根据植物R基因特征性的保守结构, 依靠搜索、分析工具软件(如blast等)对已有公共数据库(如GenBank等)进行挖掘。在两个品种水稻(japonica 和indica)的整个基因组范围内最大限度地获取R基因的类似序列,经Pfam等判读确定R基因。选取有代表性的R基因在亲缘关系较远的其他多个水稻品种中进行扩增、克隆和测序。综合上述所有水稻R基因及其同源序列,借助Sequencher、Dnastar、PAUP、Dnasp等软件将获取的R基因排列、分析,归纳为不同的基因类型和基因家族,分析它们核苷酸序列和氨基酸序列的变异,计算和比较不同的水稻品种、基因类型和基因家族中R基因的大小、数量、分布及重组方式等,选用适合的量化指标,如π、Ka/Ks、dn/ds、nP/sP和nF/sF等,分析R基因的多样性,揭示R基因的进化规律,为水稻R基因多样性的保护和利用提供科学依据,为高效培育抗病水稻提供指导。
我们通过生物信息学的手段在两种水稻全基因组数据库中挖掘,分别得到464(Nipponbare)和483(93-11)个不同的NBS-LRR类型基因。综合抗病基因在染色体上的分布,系统分化树的相对位置以及核苷酸差异度的大小等参数,将其大致分为3类十分保守的R基因(Type I);遗传变异适中类型R基因(Type II);遗传变异丰富类型R基因(Type III)。进一步系统研究水稻在不同群体中遗传变异规律,结果证实上述对抗病基因的分类是正确的Type I型抗病基因是高度保守的,Type II型抗病基因可在不同的品种间保留更多的遗传差异,Type III 型抗病基因作为遗传多样性的储备库,为应对快速变异的病原菌提供创造出新的基本材料。在此基础上,我们深入探讨了水稻分子进化过程中的正选择作用、人工选择机制,同时还发现水稻抗病基因组的高度不对称性可能是其在分子水平隔离和保存遗传差异的重要原因。本研究不仅对水稻基因组R 基因遗传变异规律进行了系统归类与检验,同时还对种内抗病基因巨大遗传差异产生的原因进行了分析,这些结果对了解抗病基因的进化规律,更好地保存和利用抗病遗传资源将会有重要理论意义。