橡胶树‘热研7-33-97’和‘PR107’胶乳和树皮中蔗糖代谢相关的酶活与基因表达研究

对2个产胶水平差异明显的橡胶树品种（‘热研7-33-97’和‘PR107’）产胶旺季时2个与产胶直接相关的碳库（胶乳和茎干树皮）中蔗糖代谢相关的酶活、基因表达以及胶乳生理参数、树皮非结构性碳水化合物（NSC）含量进行了比较研究。结果表明：‘PR107’干胶产量的季节性变动明显大于‘热研7-33-97’,但均在9月底出现一个产胶高峰;2个品种胶乳的总固形物、无机磷和蔗糖含量差异不明显,但‘热研7-33-97’的干胶含量显著高于‘PR107’;树皮NSC的主要成分为可溶性糖（占80%以上）,但品种间的NSC及其相关组分（淀粉、可溶性糖和还原性糖）的差异均不显著;胶乳中,蔗糖合成酶（Sus）主要催化蔗糖合成,品种间的中碱性转化酶（NIN）和Sus酶活差异均不显著;树皮中,‘热研7-33-97’的NIN酶活显著大于‘PR107’,而其他蔗糖代谢相关酶活品种间的差异不显著;在胶乳中,HbSWEET10a基因的表达量高,并且‘热研7-33-97’>‘PR107’,还是唯一在品种间表达显著差异的蔗糖代谢相关基因;在树皮中,‘PR107’的HbSus3和细胞壁转化酶基因HbCIN2的表达显著高于‘热研7-33-97’,HbSUT5显著低于‘热研7-33-97’,而其他4个蔗糖代谢相关基因的表达在品种间差异不显著。本研究结果为深入探究蔗糖代谢调控与胶乳再生的互作奠定了基础。     

橡胶树sHSP基因家族的表达谱分析

小热激蛋白（small heat shock protein, sHSP）是一类胁迫诱导蛋白,不仅参与植物发育还响应生物与非生物胁迫。本研究通过分析转录组数据获得橡胶树12个sHSP基因家族成员。生物信息学分析和表达谱分析结果表明：蛋白保守结构预测显示12个sHSP均具有α-晶体蛋白保守结构域;二级结构预测结果显示,12个sHSP均由α-螺旋、β-转角、延伸链和大量的随机卷曲组成。通过RT-PCR技术分析,结果发现这12个sHSP家族基因在橡胶树不同组织和叶片不同发育时期中表达有明显差异,HbsHSP15.8、HbsHSP16.2、HbsHSP17.3、HbsHSP17.4、HbsHSP17.5b、HbsHSP18.2、HbsHSP18.3、HbsHSP22.5、HbsHSP22.6和HbsHSP23.9在胶乳中高表达,HbsHSP17.4在树皮中高表达,HbsHSP17.5a在树茎中高表达,HbsHSP25.8则在树叶中表达量最高。乙烯利处理后,12个sHSP家族基因的表达总体呈下降趋势。在不同死皮等级橡胶树中12个sHSP家族基因的表达也具有明显差异,与健康树相比,HbsHSP15.8、HbsHSP17.4、HbsHSP17.5a、HbsHSP17.5b、HbsHSP18.2、HbsHSP18.3、HbsHSP22.6、HbsHSP23.9和HbsHSP25.8在死皮树中的表达量呈下降趋势;HbsHSP16.2、HbsHSP17.3和HbsHSP22.5的表达量呈上升趋势。因此推测橡胶树sHSP家族基因可能参与橡胶树生物与非生物逆境胁迫响应,以及可能在乙烯作用途径中发挥作用。     

TSA诱导橡胶树次生乳管分化过程qRT-PCR内参基因的筛选

橡胶树乳管分化过程中差异表达基因的鉴定对于进一步认识乳管分化的分子机理具有重要的作用。实时荧光定量PCR（qRT-PCR）是进行基因表达分析的常用技术手段,合适内参基因的选择是准确进行基因表达定量的前提。以组蛋白去乙酰化抑制剂曲古抑菌素A（trichostatin A, TSA）诱导橡胶树次生乳管分化的实验系统,采用qRT-PCR技术分析TSA处理橡胶树萌条及对照内层树皮中22个候选内参基因的表达情况。结果显示：TSA诱导橡胶树萌条次生乳管分化的过程中,稳定性最高的3个基因分别为UBC3、UBC4和eIF1Aa,而稳定性最差的3个基因分别为ROC3、PTP、CYP2。以UBC3、Actin和ROC3基因为内参,分析组蛋白去乙酰化酶基因HDA1和HDA2在TSA处理下树皮中表达量相对于对照的变化,结果初步证实TSA诱导橡胶树萌条次生乳管分化的过程中,UBC3是最佳的内参基因,ROC3不适合作为内参基因。     

橡胶树前纤维蛋白（profilin）基因家族的鉴定及表达分析

肌动蛋白细胞骨架可能在橡胶树乳管伤口堵塞过程中发挥重要作用。前纤维蛋白（profilin）是肌动蛋白动态平衡的重要调节子,但对橡胶树profilin基因家族系统研究的报道较少。通过分析橡胶树基因组和转录组数据,鉴定到6个橡胶树profilin基因,对其基本特性及蛋白保守基序、结构特征、进化关系和表达模式等进行分析。基因结构分析表明,橡胶树profilin基因都包含3个外显子2个内含子,编码的蛋白序列含有profilin蛋白特有的保守基序KYMVIQGE和VIRGKKG。进化分析显示,橡胶树profilin并未严格分为营养型和生殖型2种类型。profilin蛋白二级结构以无规则卷曲为主,三级结构均包含3个α螺旋和7个β折叠。表达分析结果显示,4个profilin基因在胶乳中高表达,橡胶树排胶和碘化钾处理调控这4个profilin基因表达,推测profilin基因参与橡胶树排胶过程。该研究结果为进一步阐明橡胶树profilin基因在乳管伤口堵塞和排胶中的作用奠定基础。     

橡胶树树皮miRNA定量表达分析的内参筛选

世界所需天然橡胶主要来自橡胶树，橡胶树的乳管是合成和储存天然橡胶的组织，树干树皮中的次生乳管与天然橡胶生产密切相关，由维管形成层分化而来。次生乳管数量与天然橡胶产量呈显著正相关。因此，乳管分化是天然橡胶生产面临的一个重大理论课题。植物miRNAs是一类长约20~24个核苷酸的非编码小RNA分子，通过介导基因沉默在植物生长发育、细胞分化及逆境适应中起着非常重要的调节作用。橡胶树乳管分化过程中差异miRNAs的鉴定对于进一步认识乳管分化的分子机理具有重要的作用。实时荧光定量PCR（qPCR）已广泛用于miRNA的定量表达分析，选择合适的miRNA内参对于准确进行miRNA的表达定量至关重要。本研究以冠菌素（coronatine, COR）诱导橡胶树萌条分化次生乳管的实验系统，采用小RNA Poly A加尾的qPCR技术分析COR处理对形成层区3个非编码RNA（U6 snRNA、5S rRNA、18S rRNA）和6个miRNA（hbr-miR159b、hbr-miR396b、miR169-x、miR172-y、miR535-x、miR894-x）候选内参的表达稳定性的影响。geNorm和NormFinder软件的联合分析结果显示，表达稳定性最高的是hbr-miR396b和miR894-x，稳定性较差的是U6 snRNA。hbr-miR396b和miR894-x可作为合适的内参基因，用于分析COR影响下的miRNA相对定量表达，为鉴定橡胶树次生乳管分化相关的差异表达miRNAs奠定良好基础。     

HbNIN2基因在巴西橡胶树嫩皮和中脉中的RNA原位杂交分析

在橡胶树（Hevea brasiliensis）中,转化酶基因HbNIN2被证明是决定产胶细胞乳管中蔗糖代谢的关键基因,同时在叶片、树皮等多种组织中均有表达。为进一步研究HbNIN2基因的功能,利用原位杂交（in situ hybridization）技术对HbNIN2基因在橡胶树嫩皮和中脉两种组织中的表达区域与表达特点进行研究。结果显示,在橡胶树嫩皮中,HbNIN2基因主要在韧皮部中表达,而在中脉中,HbNIN2基因在除木质部外的其它部位均有表达,同时在两种组织的乳管细胞中HbNIN2基因均有明显的表达信号。比较而言,HbNIN2基因在中脉中的表达量远高于嫩皮。结合其它研究结果,推测HbNIN2基因可能参与橡胶树乳管蔗糖代谢、叶片生长发育调控等。     

巴西橡胶树HbCCoAOMT基因克隆及其表达分析

木质素是植物细胞壁的成分之一,其含量高低影响到细胞壁的弹性。橡胶树乳管膨压是割胶后胶乳排出的初动力,乳管细胞壁的物理性能可能是影响乳管膨压的因素之一。本研究采用QRT-PCR和RACE技术,从巴西橡胶树无性系CATAS7-33-97的乳管细胞中克隆到一个木质素合成关键酶CCo AOMT基因的同源基因,命名为HbCCoAOMT。该基因的开放阅读框为741 bp,编码1个由246个氨基酸残基组成的蛋白质。该蛋白质分子量为27.76 ku,理论等电点为5.255。实时荧光定量PCR结果表明,割胶和乙烯利处理均下调HbCCoAOMT基因在胶乳中的表达。该基因的表达量以及内层树皮的木质素含量在两个橡胶树品种(CATAS8-79和PR107)间存在显著差异。HbCCoAOMT差异表达可能影响到乳管细胞木质素含量和乳管细胞壁的物理性能。     

巴西橡胶树氰丙氨酸合成酶基因HbCAS的克隆与表达分析

氰丙氨酸合成酶（β-cyanoalanine synthase,β-CAS）是植物氰化物解毒的关键酶,在调节植物生长发育及逆境胁迫中扮演重要角色。本研究从巴西橡胶树中克隆氰丙氨酸合成酶基因HbCAS,并对其进行分析。结果表明：HbCAS基因开放阅读框长为1113 bp,编码370个氨基酸,其理论分子量为40.15 kDa,等电点为8.90,属于色氨酸合成酶超家族。实时荧光定量PCR分析结果显示,HbCAS基因在橡胶树各种组织中均有表达,其中在胶乳中的表达量最高。同健康树相比,HbCAS基因在死皮树中的表达显著下调。过氧化氢及乙烯利、茉莉酸甲酯、水杨酸及脱落酸等多种激素均能调控HbCAS基因的表达。同时,HbCAS基因的表达也受干旱、低温、甲基紫精、高盐等多种非生物胁迫调节。本研究结果揭示HbCAS基因可能在橡胶树死皮发生、活性氧信号、激素调节及多种非生物胁迫应答中起重要作用。     

菠萝SVP基因对乙烯利刺激的响应

SVP（short vegetative phase）是一类开花抑制基因,通过调节开花相关基因的表达,影响植物从营养生长阶段向生殖生长阶段的转变进程。根据公布的菠萝基因组信息,从‘台农4号’菠萝中克隆到2个AcSVP基因AcSVP1和AcSVP2。结果表明：AcSVP1和AcSVP2分别编码225和230个氨基酸,均含有MADS-box、K-box保守结构域,二者所编码蛋白均属MADS-box基因家族成员。定量PCR分析结果显示,2个AcSVP基因在菠萝茎尖、茎基和叶中均有不同程度的表达,乙烯利处理后主要表现为下调。乙烯利处理8 h内,AcSVP1在茎尖、叶中的表达显著下调,但在茎基组织中呈现先下调后上升的趋势;乙烯利处理后8 h,茎基组织中AcSVP1的相对表达量略高于对照。与AcSVP1不同,乙烯利处理8 h内AcSVP2在茎尖、茎基、叶3种组织中均明显下调;乙烯利处理后8 h,AcSVP2在茎尖、茎基、叶组织中的相对表达量只有对照的8%、44%和33%。SVP是目前已知的最重要的一类开花抑制基因,AcSVP在响应乙烯利的过程中表达显著下调,表明其在乙烯利诱导菠萝成花过程中可能发挥重要作用。     

橡胶树COP9家族基因的克隆及表达分析

COP9信号小体（CSN）是进化上保守的蛋白复合体,在茉莉酸信号途径中起着重要的作用。橡胶树的乳管是一种特化的细胞器,是天然橡胶合成和储存的场所。现有的证据表明橡胶的生物合成可能受到茉莉酸信号途径的调控,但是对于茉莉酸信号途径调控天然橡胶的生物合成还了解的不够。本研究采用RACE技术结合RT-PCR从胶乳中克隆了8个CSN基因的全长cDNA序列,根据与拟南芥的相似性,分别命名为HbCSN1~HbCSN8。荧光定量PCR结果显示,8个CSN基因均能在树皮、不同发育时期的叶片、胶乳、雄花和雌花中表达,其中HbCSN5在胶乳中的表达量最高,其他成员在叶片中的表达量最高。而且,部分HbCSNs基因在胶乳中的表达受到割胶和茉莉酸甲酯处理的上调表达。因此,推测这些上调表达的成员可能参与胶乳的茉莉酸信号途径。     

橡胶树产胶生物学研究进展

天然橡胶（顺式-1,4-聚异戊二烯）是一种重要的工业原料,主要来自橡胶树。以天然橡胶的生物合成与产量形成为主要内容的产胶生物学研究为橡胶树高产遗传改良提供理论指导,近10年取得了重要进展。本文从橡胶树基因组测序、橡胶转移酶、转基因、以及转录组和蛋白质组等4个方面介绍产胶生物学研究主要进展,并讨论了相关领域研究存在的问题,对未来5~10年需重点关注的研究内容提出了建议。在介绍橡胶转移酶时,同时概述其他几种产胶植物的相关研究进展。     

橡胶树F3’H基因克隆及其功能分析

从橡胶树叶片转录组数据库中调取花青素合成途径中的关键酶类黄酮3’-羟化酶（F3’H）基因序列信息,通过RT-PCR扩增得到2个橡胶树F3’H基因,分别命名为HbF3’H1和HbF3’H2。通过荧光定量PCR分析发现,只有HbF3’H1基因在不同发育时期的橡胶树叶片和嫩茎中的表达水平与花青素的合成积累趋势完全一致。HbF3’H1所编码的蛋白属于P450超家族,具有保守的F3’H结构域,而且HbF3’H1基因的启动子中包含多种环境效应元件,说明HbF3’H1基因的表达受环境因子调控。通过农杆菌转化烟草发现,过表达HbF3’H1基因的烟草花瓣大量累积花青素,其颜色较非转基因烟草显著加深,同时,荧光定量PCR发现HbF3’H1表达水平与转基因烟草花瓣颜色呈正相关,说明HbF3’H1基因表达促进花青素的累积。本研究为阐明橡胶树花青素代谢途径奠定基础。     

蒲公英橡胶的提取及其结构性能初探

采用碱煮法、酸解法和溶剂法从橡胶草根中提取蒲公英橡胶,并对提取后橡胶的组分和结构性能进行了初步分析。结果表明,溶剂法提取蒲公英橡胶的纯度较高;通过红外光谱和核磁共振波谱的分析可知,蒲公英橡胶的结构与三叶天然橡胶大致一样;蒲公英橡胶的交联密度则低于三叶天然橡胶;在分子量及其分布上,蒲公英橡胶的分子量小于三叶天然橡胶,且分子量分布较窄和较均匀;蒲公英橡胶的塑性初值和门尼黏度低于三叶天然橡胶,其后续生产加工存在一定难度。     

巴西橡胶树次生乳管分化能力早期预测的相关基因初步研究

目前通过常规的试割测产进行橡胶树产量育种的方法,周期长且效率低,亟须改进。橡胶树次生乳管分化能 力是决定橡胶产量的关键因子之一,因此,次生乳管分化能力的早期预测对缩短橡胶树产量育种周期具有重要意义。 本研究采用分子生物学技术,割胶处理不同次生乳管分化能力等级的橡胶树种质的杂交后代,对水囊皮组织中的茉莉 酸生物合成关键酶基因、茉莉酸途径关键环节基因和橡胶生物合成关键酶基因等 20 个基因的表达模式进行分析,并将 基因表达与橡胶树种质次生乳管分化能力等级进行相关性分析。结果发现：茉莉酸生物合成关键酶基因 HbAOCa 和橡 胶生物学合成关键酶基因 HbHevb7 在割胶处理后上调表达,且与橡胶树种质的次生乳管分化能力等级相关性较好。该 方法可用于区分橡胶树种质间次生乳管分化能力的差异。研究结果不仅可以夯实橡胶树种质的乳管分化能力的早期预 测方法,而且可为开发次生乳管分化能力的相关分子标记提供理论基础。     

橡胶树无性系产胶能力株间一致性分析

橡胶树无性系株间产量存在明显差异是导致产量育种选择周期长的主要原因之一。橡胶树的产量主要取决于产胶能力和排胶能力2个因素。树干树皮中的次生乳管数量及乳管细胞内的天然橡胶生物合成效率与产胶能力直接相关。从次生乳管分化和橡胶合成关键因子基因表达2个层面对无性系株间产胶能力的一致性进行分析。结果表明:树皮最内石细胞群以内次生乳管列数与次生韧皮部厚度的比值具有品系特征;在同一品系中,该比值的株间差异小,表现出良好的一致性。8 a割龄大树该比值的株间一致性较3 a幼树差,而在3 a幼树中,树高40 cm处该比值的株间一致性比树高100 cm处更好。因此,以3 a幼树树高40 cm处的该比值作为产量育种早期筛选标记较合适。胶乳中MYC1、HRT2基因的表达量在割胶后上调,并且具有品系特征,但这2个基因的表达量在株间的一致性较差,故在产量育种早期筛选中只能起到辅助作用。     

橡胶树 HMGS 编码基因的分离鉴定

羟甲基戊二酸单酰辅酶 A 合成酶（HMGS）将乙酰辅酶 A 转化为羟甲基戊二酸单酰辅酶 A,是甲羟戊酸代谢 途径的限速酶之一。本研究从橡胶树热研 879 和热研 7-33-97 品系的胶乳中分离出 HbHMGS1 和 HbHMGS2 基因。相比 HbHMGS1 基因在胶乳和树皮中的共表达模式,胶乳中高丰度表达的 HbHMGS2 基因可能是乳管细胞中参与天然橡胶合 成的主效基因,而 HbHMGS1 是功能冗余基因。HbHMGS2 基因在橡胶树高产品系热研 879 胶乳中的表达量亦高于测序 品系热研 7-33-97,表明 HbHMGS2 基因的高水平表达可能有助于橡胶的合成。其上游启动子的顺式作用元件差异可能 与该基因在热研 879 和热研 7-33-97 的差异表达有关。HbHMGS2 基因的转录亦受茉莉酸诱导,可能参与了茉莉酸信号 调控天然橡胶的合成过程。HbHMGS2 基因在大肠杆菌中成功表达为后续研究该基因的功能、利用该基因生产活性物质 提供新的基因资源。