20世纪80年代末，人类基因组计划 (Human Genome Project，HGP)的启动推动了生物信息学的产生和蓬勃发展。人类基因组计划的直接结果是获得了大量不连续的数据。对这些数据的收集、存储、分析和解释，从中获取有用的生物学信息，导致了生物信息学的产生，生物信息学在农作物基因组分析中的深入应用产生了农业生物信息学。

一、生物信息学研究现状及成就

1.农业生物信息学

基因图谱研究为加快转基因作物育种和生物信息学的农业应用打下了良好基础，对作物进行基因组分析需要生物信息学工具。生物信息学的特殊作用主要体现在以下3个方面：(1)通过比较基因组学、表达分析和功能基因组分析识别重要基因，为培育转基因作物、改良作物的质量和数量性状奠定基础；(2)以信号受体和转录途径组分分析为基础，进行农业化合物设计，结合化学信息学方法，鉴定可用于杀虫剂和除草剂的潜在化学成分；(3)利用植物遗传资源，保护农作物遗传多样性。

随着遗传操作技术特别是动植物细胞的基因转移技术之不断创新和完善，如外源基因在转基因禾谷类作物中的表达、“报告基因”用于植物的转化、优良性状基因的分离技术等一系列技术的突破，将农业生物信息学与常规育种技术相结合，提高育种效率、创新遗传资源、加快育种进程，已成为育种界的发展趋势。

2.研究现状及成就

同生物信息学研究一样，农业生物信息学研究当以美国取得进展较快。孟山都(Monsanto)公司、先锋 (Pioneer)公司等均有专门从事农业生物信息学研究与开发的机构，已形成规模和产业。此外，国际上已经建立了一些重要的农作物基因组数据库，我国生物信息学研究队伍多集中在中国科学院相关院所和清华大学、北京大学等。目前，农业生物信息学的主要成就在于水稻基因组的测序、分析，据估计，在未来3-5年(2005年前后)将完成小麦、玉米等主要农作物的测序工作，届时，农业生物信息学研究将会有较大发展。

水稻基因组是迄今为止所测植物基因组中最大的，约为人类基因组的1／7，大约4.3亿个碱基对。水稻的基因组序列是研究水稻的遗传变异、发育与进化的基础，更是培育高产、优质、美味优良品种的基础，其意义不言而喻。正因如此，在中国实施“中国杂交水稻基因组研究和开发计划”之前，国际上已开始3个“水稻基因组计划”：一是从1992年开始、1997年正式形成的“国际水稻基因组协作组”，中国是发起国之一，现已公布 200Mb的BAC克隆的数据及一条染色体的全序列；另外2个是由美国的孟山都(Monsanto)和瑞士的新根塔(Syngenta)两家私人公司进行的，分别于2000年4月和2001年2月宣布完成了水稻“工作框架图”，遗憾的是要么不公布数据，要么对使用其数据加以各种限制，迄今未发表论文；他们以进行科学合作的方式对学术研究人员提供使用其数据的机会，交换条件是当研究获得具有商业价值的成果时能分享利益。

中国于2000年5月启动“中国杂交水稻基因组研究和开发计划”，以中国杂交水稻父本“籼稻9311”为研究对象。2001年10月12日，中国科学院基因组生物信息学中心暨北京华大基因研究中心、杭州华大基因研究发展中心完成了具有国际领先水平的中国水稻(籼稻)基因组“工作框架图”和数据库。该课题的主要合作单位有中国科学院遗传研究所和国家杂交水稻研究中心，参加单位有中国科学院计算技术研究所、理论物理所、生物物理所、北京大学、浙江大学、神州数码等。中国完成的水稻基因组“工作框架图”在网上公布数据将打破私营公司的垄断。国际上3个“水稻基因组计划”使用的研究材料都是粳稻，而中国使用的材料是籼稻，这将推动全球的水稻研究和育种，并促进其他农作物基因组的研究。

中国获得的水稻基因组“工作框架图”和数据库，是“中国杂交水稻基因组研究和开发计划”的第一部分，其“精细图”将在 2002年完成。与此同时，还将进行超级杂交水稻母本“培矮64s”的比较基因组研究。在此基础上，中国科学家将全面开展杂交稻杂种优势机理研究和基因预测分析；解析和发现与水稻育性、丰产、优质、抗病、耐逆、成熟期等有关的遗传信息和功能基因；进而发现控制优良性状如米质、香味、抗性的因子，为中国的水稻应用研究和育种提供全面的生物信息服务，全部计划预计在2003年完成。

浙江大学生物技术研究所于2001年12月率先在国内独立开发出容量为13400点的水稻基因芯片，同时还完成了36000余个水稻基因片断的分离、测序和分析，并在国际权威基因库的水稻EST(基因表达序列标签)数据库中发布了20381条EST序列 (占总量的 19.5％)。水稻基因芯片的研制成功，将加快新型农产品开发和新型农药除草剂的筛选，为优质、高产、多抗作物育种提供有效手段，为作物性状的遗传机理和功能基因组研究提供基础材料。

“水稻基因组计划”在农业生产上的意义，完全可以与人类基因组计划在人类健康中的意义相媲美。对水稻全基因组序列的分析，可以获得大量的水稻遗传信息和功能基因；全面了解其遗传机理，同时得到大量用于作物改良的有益基因。水稻已成为公认的禾本科作物的“模式生物”，研究水稻的基因组有助于了解小麦、玉米等其他禾本科作物的基因组，从而带动整个粮食作物的基础与应用研究。水稻“工作框架图”的绘制和公布，将为世界粮食作物的基础和应用性研究提供宝贵的数据化信息，促进中国生物技术的产权化、产业化进程，也必将会促进中国在此领域的快速发展和新的突破。

二、农业生物信息学前景

21世纪生物技术产业发展的关键就是对基因的占有和利用，不占有基因，发展就是空话。我们应以最积极的态度参与到“基因大战”中，组织力量加强合作，尽快开展重要农作物功能性基因组的研究。同时，要加强农业生物信息学的研究以及相关专业人才的培养，农业生物信息学是农作物基因组学研究的基础，对基因、基因的结构、基因产物的功能分析都是必不可少的技术手段。如何利用当前国际上已有的信息学研究成果并结合我国实际服务于我国农作物基因工程研究是当务之急。

第一，收集分析国内外基因库数据，建立与动、植物良种繁育相关的基因组数据库，特别是要尽快建立包括水稻、小麦、玉米、棉花、油菜和甘薯在内的六大作物优良品种、优良种质的基因库管理系统。

第二，获取上述六大作物的完整基因组。农作物基因组研究的首要目标是获得其整套遗传密码，有了完整基因组，人类对农作物的认识才能更为精确、更为深入。

第三，发现新基因和新的单核苷酸多态性。发现新基因是当前国际上基因组研究的热点，使用生物信息学的方法是发现新基因的重要手段。运用先进有效的农业生物信息学研究手段，结合我国丰富的特有的遗传资源，开展中国优良农作物资源的单核苷酸多态性(SNP)和插入缺失多态性(InDel)的研究，分离、克隆有自主知识产权的有重要经济价值的新基因及重要的基因表达调控元件，发现控制优良性状(如稻米品质、香味、抗性)基因的分子标记，为我国的农作物应用研究和育种提供全面的生物信息学服务。

第四，重视农业生物信息学与常规育种特别是与杂交育种技术的有机结合。常规育种技术对我国农业生产的发展做出了巨大贡献，而现代基因工程以其自身固有的优势和特点与常规育种技术相辅相成，二者的结合构成技术优势互补，从而为可持续农业的发展做出贡献。

第五，加强农业转基因生物的安全性评估。虽然我国已经颁布了《农业转基因生物安全管理条例》，但目前很少甚至没有自己独立知识产权的功能性基因，主要是借鉴国外已有的实验数据对现有农作物基因工程产品的安全性做出评价。随着农业生物信息学研究的开展以及新基因的不断发现和利用，需要积累大量科学数据为新基因对环境和人体健康的影响做出正确评价。因此，有必要建立转基因生物安全性评估中心(基地)和相关技术体系，为转基因生物安全性研究提供科学依据。