植物果胶甲酯酶与果胶甲酯酶抑制子研究进展

果胶是植物细胞壁的主要组分,存在于胞间层与中间层,影响细胞的流变性与黏附性能.果胶的甲酯化程度影响果胶形态,对稳定细胞壁性质以及植物生长发育过程具有重要作用.果胶甲酯酶(PME)是果胶去甲酯化修饰的关键酶类,果胶甲酯酶抑制子(PMEI)可特异地结合PME,调节其活性,共同决定果胶的去甲脂化.本文综述了PME与PMEI的结构及生化作用机制、相关基因家族和表达模式,并进一步对二者介导的果胶去甲酯化过程对细胞壁的影响及其与花粉管发育、根器官形成等植物生长发育过程和逆境响应关系的最新研究进展做了介绍,并进行了展望.     

基于BSR-Seq对甘蔗脱叶性的研究和生物信息学分析

甘蔗的叶片是制糖过程中杂质的主要来源,育种过程中倾向于选育易脱叶的品种。为了研究甘蔗脱叶性相关的主效、稳定基因,本研究采用BSR-Seq技术,从‘ROC25’ב云蔗89-7’的F1后代中选取极端难脱叶品系和极端易脱叶品系的+6叶位叶鞘离区,分别构建混池,并和亲本一起进行RNA转录组测序分析,共得到60.46 Gb的有效片段,4个样品的Q30值均在93%以上,GC含量都大于51%,与参考基因组R570比对,比对率都超过41%。4个样品共检测出4085个差异基因,候选区域定位于9号染色体上的4个位置,总长1.40 Mb,注释到基因86个,亲本间注释到的非同义突变15个,挖掘出2个主效差异基因（Sh09_g020620,Sh09_g020080）,Sh09_g020080在亲本的表达差异和子代中是同向的,而Sh09_g020620在2个亲本和2个子代混池之间的差异是异向的,表明可能仅Sh09_g020080对易脱叶性有所贡献。选取BSR亚群体中极端易脱叶品系40-159和极端难脱叶品系5-94的+1~+7叶进行荧光定量分析,发现Sh09_g020080基因在单一品系的表达和子代混池的+6叶的表达是同向的。取另一个‘B35-9’בCP08-1553’的杂交后代个体中的极端易脱叶品系16-226和极端难脱叶品系16-224的+1~+7叶位的叶鞘离区进行荧光定量分析,结果显示Sh09_g020080在2个群体中+4、+5、+6叶位的表达都为易脱叶的品系高于难脱叶品系。注释显示Sh09_g020080具有σ因子活性,参与红光、远红光、蓝光反应。根据理化性质和蛋白质结构,推测Sh09_g020080编码蛋白具有4个保守区域,且具有积累叶绿素的作用。该研究为甘蔗脱叶相关主效候选基因的挖掘提出了新的见解。     

甘蔗与斑茅杂交染色体组构成特征研究

斑茅是甘蔗重要的野生种质资源,渗入斑茅血缘来提高甘蔗抗性是目前甘蔗育种的重要途径之一。对甘蔗与斑茅杂交后代进行染色体分型有利于高效利用斑茅的各种优异性状。本研究利用斑茅特异引物鉴定斑茅与甘蔗杂交高世代材料的真实性,通过荧光原位杂交对甘蔗与斑茅染色体进行分型,以探究斑茅和甘蔗染色体在子代中的遗传与分离,并分析其染色体组结构特征。结果表明,杂交群体中有30份为斑茅的真实后代,包含斑茅染色体从1～10条不等,说明其后代群体基本服从n+n的遗传方式,占整个真实后代群体的60%。斑茅与甘蔗发生染色体水平的重组约16.67%,并且斑茅与不同血缘甘蔗重组的概率趋近一致。割手密种特异探针共定位结果表明,斑茅血缘的渗入降低了近现代栽培甘蔗种中热带种血缘与重组血缘的占比,并同时提高了割手密血缘的比例。本研究分析的甘蔗与斑茅杂交后代中不同血缘染色体组的遗传及结构特点,为提高斑茅种质资源在甘蔗育种中的开发利用提供了细胞遗传学基础。     

蔗茎机械强度精准评价及机制解析

倒伏是限制我国糖料蔗生产的核心问题之一.茎秆机械强度是决定蔗茎抗倒伏性能的重要性状,由于缺乏精准评价甘蔗机械强度的有效方法,甘蔗抗倒伏研究进展严重受阻.本研究针对甘蔗倒伏、折断的问题,分别建立一套基于穿刺力和折断力的蔗茎力学表型测定方法,对117份甘蔗品系蔗茎机械强度精准评价,并对茎秆抗倒伏差异品种('桂糖 42号'和...     

甘蔗梢腐病病原菌Fusarium sacchari Nep1-like蛋白的筛选鉴定及功能分析

 甘蔗镰孢菌Fusarium sacchari(F. sacchari)引起的甘蔗梢腐病严重影响了甘蔗的产量和质量。解析病原菌的致病机理,对指导甘蔗抗病育种和绿色防控具有重要意义。研究发现NLPs (Nep1-like proteins)类基因在真菌侵染及定殖过程中发挥重要作用。本实验在对梢腐病病原菌基因组测序(尚未公布)基础上,通过BLASTP分析得到甘蔗梢腐病病原菌F. sacchari中4个NLP家族基因Fs_00548、Fs_03159、Fs_06646、Fs_11062。将克隆到的3个基因(Fs_00548、Fs_03159、Fs_11062;Fs_06646未克隆到)构建至PVX载体,利用农杆菌介导的烟草叶片瞬时表达系统,发现只有Fs_00548可以诱导细胞产生与Bax相似的坏死,Fs_03159和Fs_11062则不能。利用酵母信号肽分泌功能验证方法,发现Fs_00548和Fs_03159的信号肽具有分泌活性。并且Fs_00548的信号肽区域对其发挥功能具有重要作用。qRT-PCR结果显示该基因在侵染过程中均有表达,其中72 h表达量最高,是菌丝中该基因表达量的48倍。以上研究结果表明,Fs_00548在病原菌侵染过程中发挥重要作用,研究结果为进一步探究病原菌与甘蔗互作提供参考。     

一氧化氮对甘蔗锰积累的影响

近年来在广西主要的甘蔗种植区出现了土壤中锰含量过高所导致的甘蔗宿根蔗幼苗黄化问题,这严重降低了甘蔗的产量和品质,制约了甘蔗产业发展。一氧化氮（NO）是植物体内介导植物响应重金属胁迫的信号分子,在缓解重金属毒害方面起着重要作用。采用水培试验方法研究了锰胁迫下NO积累与甘蔗植株锰含量及细胞壁多糖组分的关系,旨在为揭示甘蔗锰毒耐受机制提供科学依据。结果表明,锰处理后植株锰含量显著增加,并且植株中的锰主要积累在细胞壁及其果胶组分中;0.5、1.0 mmol/L锰处理24 h,后根尖中NO的积累量显著增加。在0.5 mmol/L锰溶液中添加NO供体硝普钠（SNP,0.2 mmol/L）增加植株NO积累后,根系锰含量为1215.4 mg/kg,叶片锰含量为525.5 mg/kg,相对于对照增加了37.1%,根及叶片中的锰含量、根细胞壁及其果胶组分中的锰含量均显著增加;一氧化氮清除剂（cPTIO,0.1 mmol/L）处理后,有效减少植株NO积累,并降低了根系、根系细胞壁及细胞壁果胶组分中的锰含量,根系锰含量相较于对照降低了78.2%,根系细胞壁和细胞壁果胶的锰含量相对于对照分别降低57.4%、40.6%;与此相同,硝酸还原酶抑制剂钨酸钠（0.3 mmol/L）处理抑制了硝酸还原酶（NR）活性并降低了植株NO积累,甘蔗植株、根系细胞壁及其果胶组分中的锰含量均显著下降。虽然钨酸钠处理后根系细胞壁中的半纤维素I和半纤维素II组分含量变化不显著,但细胞壁果胶组含量、果胶甲酯酶活性以及果胶去甲酯程度显著降低,从而减少了细胞壁的锰吸附。可见,锰胁迫引起甘蔗细胞积累NO,而NO通过调控细胞壁的多糖组分及果胶甲酯化程度介导植株锰积累与分布。     

甘蔗镰孢菌质子偶联寡聚肽转运蛋白基因FsPTR2E的功能研究

甘蔗镰孢菌(Fusarium sacchari)是引起甘蔗梢腐病的主要病原菌之一,明确其致病机理对于探寻甘蔗梢腐病防治策略具有重要意义。质子偶联寡聚肽转运蛋白由质子移动力提供能量,转运二肽、三肽等氮源,在生物体生长发育过程中发挥着至关重要的作用。本文对F.sacchari中一个与质子偶联寡聚肽转运蛋白编码基因高度同源的基因FsPTR2E在病菌大型分生孢子形成过程及侵染阶段的表达模式进行分析,同时对FsPTR2E敲除突变体(ΔFsPTR2E)的主要生物学特性进行研究。结果表明,1)同在常规培养基(PDA)上相比,F.sacchari在大型分生孢子诱导培养基上培养24～72 h,FsPTR2E的表达量显著升高;2)F.sacchari侵染寄主72 h时,FsPTR2E的表达量和菌丝阶段相比显著下降;3)敲除FsPTR2E不影响病菌生长、孢子萌发以及对逆境胁迫的响应,但是敲除突变体ΔFsPTR2E的大型分生孢子和小型分生孢子的产量和野生型菌株相比均显著降低;4)ΔFsPTR2E的致病力较野生型菌株显著增强;5)同野生型菌株一样,ΔFsPTR2E可以在以二肽为唯一氮源的培养基上正常生长。这些结...     

烟酰胺对甘蔗锰毒的缓解效应

本文揭示锰毒胁迫下甘蔗根分泌烟酰胺及其作用,为解决甘蔗锰毒问题提供依据。采用液质联用技术分离、鉴定甘蔗分泌物中的烟酰胺;采用水培试验方法,在培养液中添加烟酰胺研究烟酰胺对锰毒引起的甘蔗根伸长、胼胝质和活性氧积累及其相关酶活性等的影响。结果液质联用质谱图上显示,甘蔗根系分泌物中存在烟酰胺质谱峰,且锰胁迫条件下烟酰胺信号更强;锰毒胁迫下甘蔗根系伸长受阻、根系活力降低,根尖积累胼胝质,根系中过氧化氢、活性氧及丙二醛含量和超氧化歧化酶、氧化氢酶、抗坏血酸氧化物酶活性显著提高;在锰胁迫下添加于培养液中的烟酰胺显著降低或消除锰的上述影响。可见,过多的锰诱导甘蔗根系分泌烟酰胺,而烟酰胺显著抑制过多的锰对甘蔗生长及过氧化胁迫伤害。     

甘蔗不同基因型对白条病抗性的评价

【目的】甘蔗白条病是影响甘蔗产业的一种重要细菌检疫性病害,选择抗病品种可有效降低病害的发生。了解甘蔗基因型的白条病抗性,规范抗性评价方法,为甘蔗白条病抗病种质资源的选育和利用提供依据。【方法】以桂糖46号分离得到的黄单胞菌株JG43菌株为接种病原,采用截头法人工接种于70个不同基因型的甘蔗上。通过蘸有细菌悬浮液（10⁸ CFU/mL）的剪刀剪切甘蔗生长点上方,并用棉花吸取500 μL细菌悬浮液置于斜切面上。分别于接种后14、28、42、56和70 d,对每个甘蔗基因型的发病情况进行调查,计算发病率（incidence,IC）。根据甘蔗白条病严重度评判标准计算病情指数（disease index,DI）和病害进展曲线下面积（area under the disease progress curve,AUDPC）。利用SPSS 25.0软件分别进行方差分析、主成分分析和判别分析。其中,采用一般线性模型和类型Ⅲ的平方和模型进行方差分析,以IC、DI和AUDPC作为因变量,基因型、区组及接种后时间为固定因子。原始数据经过标准化（Z-score）处理后,通过KOM和Bartlett球体检验法进行主成分分析。运用DPS 9.50软件的WPGMA法,计算欧几里得距离（Euclidean metric）进行聚类分析。以聚类分析结果中的不同抗性等级作为分组变量,AUDPC、IC和DI作为自变量,根据Fisher准则进行判别分析,计算分类准确率。【结果】接种14 d,部分基因型叶片开始发病,出现1—2条铅笔状条纹;接种28 d,条纹数增多且逐步向边缘扩展;接种42 d,叶片黄化或白化症状从边缘逐步向叶脉扩展;接种56 d,叶片向内卷曲枯死;接种70 d时,发病严重的甘蔗整株枯萎死亡。方差分析发现,不同基因型（genotype,Gen）、接种后持续时间（days post-inoculation,Dpi)及其互作（Gen×Dpi）对IC、DI和AUDPC均具有极显著影响（P<0.01）,其中,总方差的42%归因于接种后时间效应,表明不同接种时间甘蔗基因型的抗性反应存在显著差异。接种56 d,病害的发生达到相对稳定状态,这一时期的病害数据经平均值多重比较后能较好地进行甘蔗基因型间的抗性划分。判别分析与聚类分析的结果基本一致,将70个基因型分为5个不同抗病等级,包括高抗基因型15份、抗病基因型14份、中抗基因型15份、感病基因型11份、高感基因型15份。【结论】通过截头法人工接种进行甘蔗抗白条病鉴定时,以接种56 d基因型的IC、DI和AUDPC作为抗性鉴定评价指标,在聚类分析的基础上增加判别分析,可以提高试验结果的准确性。筛选出中蔗9号、中蔗4号、中蔗2号、GUC19、GUC8、云瑞03-103、云瑞05-649、云瑞05-182、云瑞05-367、云瑞89-159、福农11-601、福农09-4059、桂糖02-467、桂糖08-297、新台糖22号等15个高抗品种,可进一步用于甘蔗抗白条病育种研究。     

甘蔗镰孢菌插入突变体库的构建、致病变异突变体筛选及突变基因定位

由镰孢菌复合种引起的甘蔗梢腐病（pokkah boeng disease, PBD）是甘蔗的主要病害之一。在广西,甘蔗镰孢菌（Fusarium sacchari）是PBD的优势病原菌。尽管PBD的研究已有较长的历史,但甘蔗镰孢菌的致病分子机理远未得到阐明。为研究甘蔗镰孢菌的致病分子机理,本研究采用农杆菌介导的遗传转化（Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation,ATMT）技术构建甘蔗镰孢菌FF001菌株的T-DNA插入突变体库。采用携带潮霉素B磷酸转移酶基因pTHR1-AH双元载体的农杆菌菌株AGL-1介导转化F. sacchari分生孢子,获得3018个转化子;随机选取12个转化子进行PCR检测和Southern杂交分析,结果显示所有检测突变株均插入潮霉素B磷酸转移酶基因,多数为单拷贝插入。采用离体叶片接种评价转化子的致病力,获得致病力明显减弱21个和致病力增强9个,共30个突变体。通过TAIL-PCR扩增测序并与甘蔗镰孢菌基因组序列比对,确定了其中27个突变株的T-DNA插入位点。观察到多个插入位点伴随有基因组片段缺失,导致1...