继人类基因组计划之后,1999年初,法国启动了植物基因组研究计划,正式开始对植物基因的研究。2003年又开始动物基因组的研究计划。这是一个大型的研究计划,联合了公共和私营领域的研究力量,目的是识别包含在动物和植物染色体中的遗传信息。计划分为5年实施,预算为2.2亿欧元。参加植物基因组研究计划的企业,目的是列出22 000种到35 000种植物基因,并识别出组成这些基因的每一个碱基对。对这一计划感兴趣的不止一家公司,所以联合设立了植物基因组计划,由国家正式推出了这项计划。国家投资占65%,私营企业投资占30%以上。植物基因组计划以设在法国各地的试验室为基础,首先研究十字花科的小“筷子芥”(Arabidopsis)和水稻,然后扩展到4种对法国市场具有战略意义的作物,如玉米、小麦、油菜籽、向日葵。

    1，在选种中的应用

    科学家可以对因一种或两三种基因的特点进行干预,比如加强小麦的抗病性。而涉及到一些较为复杂的特点时,比如要改变植物的早熟或产量特性时,到目前为止只能靠经验方法,将各种潜在能力较高的物种进行杂交,但杂交后会发生什么样的变化,却不得而知,只好种在大田里,看其结果。但是这样做往往需要几年的时间,才能获得足够多的种子,才能测算产量。有了对基因组的了解,科学家可以更加明确地选择育种的方向,更快地取得成果。Biogemma的总经理Michel Debrand说:“经过前4年的研究,植物基因组研究计划取得了非常重要的成果。已经识别出30万个DNA片段(EST-Express Sequence Tag),相当于玉米、小麦、水稻、油菜子和向日葵表达基因的50%到60%,还为研究所有植物品种建立了DNA芯片。”

    DNA芯片是将DNA样本按照一定的序列固定在某种载体上,如玻璃片。每一个片段都来自植物的一个基因,因此可以检测出这一基因是否得到了表达,因为,如果这一基因得到了表达,其相应的信息核糖核酸(RNA)可以以特异的方式固定在这一片段上。Biogemma的总经理解释说:“这些DNA芯片在应用计划中使用。可以编制出病害侵入或发生应激变化的基因。”研究人员也开始做功能基因组的研究工作,也就是把一个基因和一种功能组合在一起。Biogemma说:“我们成功将小麦的基因组‘切’成了100多万个DNA片段,借助于一些细菌将这些片段放大,已形成细菌人工染色体(BAC)的克隆体,可以提取一些有用的基因。玉米的基因组比较少,因此,可分为大约10万个DNA片段。这是一种在玉米的25 000个基因当中100来个会对某种疾病做出了反应的方法。”

    2，使玉米容忍应激反应并具有抗病虫害的能力

    具体来说,植物基因组计划的研究人员已经识别出10多个管理应激反应(比如对冷、热的应激反应)的基因。他们也识别出了控制玉米的消化程度的基因,尤其是木质素含量的基因,并确定了这些基因在染色体中的位置。他们非常意外地发现了一种基因,这种基因有可以诱发植物抵抗虫害的一种机制,可以在多种大田作物上发挥作用。他们也在研究植物对水、对病害的应激反应机制,研究基因对油料作物和粮食作物的品质的影响。到2003年2月,植物基因组研究计划已经注册了21项专利。

    根据这些已经识别出的基因序列,研究人员制出了新的“分子标记”,为育种科学家选育新的品种提供了方便。一个分子标记就是基因组的一个标志,一个基因组与植物的一种特性相关,可以让育种专家在植物杂交之后,在大田种植之前,也就是在基因表达之前就知道,杂交后的植物中是否还保有这一特性。这是一项长期计划,但现在就已经知道,第一批植物的新品种7、8年之后就可以诞生。目前在全世界范围内,只有筷子芥和水稻的基因序列被全部列了出来。筷子芥共有120万对碱基对,水稻有400万个碱基对。玉米的基因组有35亿个碱基对(与人的基因碱基对数量相当),小麦有140亿个碱基对。但是科学家注意到,水稻的很多基因与小麦和其他一些粮食作物的基因是一样的。科学家称这种现象为“基因组合”(synthenie),而这种现象简化了对基因的研究工作。科学家还注意到,植物基因组中有相当大的一部分是属于无效基因。在法国,植物基因组计划的研究集中在得到表达的基因上,而不是全部基因。