哈茨木霉Tr1菌株分泌蛋白及Peptaibols合成酶的生物信息学分析

研究旨在应用生物信息学方法分析生防菌哈茨木霉的分泌蛋白及Peptaibols合成酶。本研究以哈茨木霉Tr1菌株的11264条假定蛋白质序列为对象,利用Signal P、Protparam和Swissmodel等生物信息学工具预测出分泌蛋白,分析其信号肽特征,从中筛选可能与其生防机制有直接联系的分泌蛋白和Peptaibols合成酶,并对这些蛋白质的性质和结构功能进行分析。结果表明:哈茨木霉Tr1菌株含有403个分泌蛋白,其中假定蛋白质PNP53160和PNP56908可能起到纤维素酶和几丁质酶的作用。分泌蛋白的信号肽的中间区域富含亮氨酸和丙氨酸,C端属于A-X-A类型。假定蛋白PNP58822中的16862~20750 aa片段可能起到Peptaibols合成酶作用,该蛋白主要包括了乙酰辅酶A合成酶Ⅰ、Taq A的CT结构域和脂肽合成酶亚基Ⅲ等功能区域。本研究应用生物信息学方法分析了403个分泌蛋白及其信号肽特征,筛选出了可能与哈茨木霉生防机制相关的蛋白质,并预测了其性质、结构和功能,为进一步研究哈茨木霉的生防机制提供理论基础。     

玉米蔗糖转运蛋白基因ZmSUT4克隆及其低温胁迫下的表达模式

【目的】克隆玉米蔗糖转运蛋白基因ZmSUT4,并明确其组织表达特性及在低温胁迫下的表达模式,为深入研究SUT4基因响应低温胁迫的作用机理提供理论依据。【方法】以玉米自交系黄早四幼苗为材料,采用RT-PCR克隆其ZmSUT4基因,分析其生物学信息,构建系统发育进化树,并采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测其组织表达特异性及低温胁迫(4℃)下不同组织中的表达模式。【结果】克隆获得的ZmSUT4基因(GenBank登录号MK541991)全长为1621 bp,开放阅读框(ORF)长度为1506 bp,编码501个氨基酸,编码蛋白的分子量53.36 kD,理论等电点(pI)8.84,具有12个跨膜结构,定位于细胞膜上,既属于易化扩散载体(MFS)家族成员,也属于蔗糖/H+共转运体(GPH)超家族成员,其中第25～447位氨基酸是MFS家族蛋白的保守结构域,第17～484位氨基酸是GPH超家族成员的蔗糖运转子保守结构域GPH-sucrose。ZmSUT4蛋白的氨基酸序列与单子叶植物SUT4蛋白同源性较高,为86%～96%,聚集在同一分支上;与双子叶植物SUT4蛋白同源性较低,为62%～65%,说明该类蛋白在不同物种间高度保守。ZmSUT4基因在玉米的根、茎和叶中均有表达,以根中的表达量最高,其次是叶,茎中的表达量最低。低温胁迫下,ZmSUT4基因在不同组织中表达量模式不同,根和叶中ZmSUT4基因表达量均在胁迫24 h达最大值,分别是低温胁迫前(0 h)表达量的2.21和2.62倍,茎中的ZmSUT4基因表达量在胁迫6 h达最大值,是低温胁迫前表达量的3.01倍。【结论】ZmSUT4基因受低温胁迫诱导表达,推测其是调控玉米响应低温胁迫的关键基因。     

大丽轮枝菌微菌核发育相关基因VdPKS的功能分析

为阐明与大丽轮枝菌微菌核发育相关的聚酮合成酶基因VdPKS的功能,在前期获得VdPKS被单拷贝T-DNA插入的微菌核发育异常突变体2H3的基础上,通过基因敲除和回补技术,经分子鉴定和表型验证,获得了2株VdPKS基因敲除突变体和3株回补突变体。研究发现野生型菌株孢子在接种到PDA培养基上培养的第6 d开始积累黑色素,而此时VdPKS基因的表达量也最高。敲除突变体虽然没有形成黑色素,却也观察到微菌核的初始结构,表明VdPKS基因不是微菌核形成的必须基因,仅参与微菌核发育后期黑色素的形成。致病力测定结果表明VdPKS基因与菌株的致病力无关。杀菌剂嘧菌酯和咯菌腈对敲除突变体菌丝生长的抑制率相对于野生型菌株和回补突变体有显著提高,表明VdPKS基因与大丽轮枝菌的抗逆性相关。     

蜂蜜掺假的高效智能检测方法

研制了一款依据物质的旋光特性原理来检测蜂蜜是否掺假的智能检测仪,使用该检测仪测量了百花原蜜蜜样、蔗糖及蔗糖假蜂蜜的旋光度,并给出了回归方程。针对蔗糖掺假蜂蜜,实际检测数据表明该智能检测仪可有效检测出蜂蜜是否掺假,为检验蜂蜜品质提供了一种操作便捷、结果可靠的方法。     

Wx^mp基因背景下可溶性淀粉合成酶基因SSⅡa和去分支酶基因PUL对水稻蒸煮食味品质的影响

【目的】分析在同一主效基因(Wx^mp)背景下可溶性淀粉合成酶基因SSⅡa和去分支酶基因PUL对稻米蒸煮食味品质的影响,以期为水稻品质遗传改良提供依据。【方法】选择在SSⅡa和PUL存在多态性而其他淀粉合成酶相关基因没有多态性的半糯品系宁0145和粳稻品种武运粳21进行杂交,获得F2群体与F3株系。利用分子标记,选择含有Wx^mp基因的F2单株与F3株系,将这些F2单株与F3株系分成SSⅡa^nPUL^n、SSⅡa^nPUL^w、SSⅡa^wPUL^n和SSⅡa^wPUL^w4种基因型(n和w分别表示该基因来源于宁0145和武运粳21),分析不同基因型蒸煮食味品质性状的差异,探讨同一Wxmp基因背景下不同SSⅡa和PUL等位基因对蒸煮食味品质性状的影响。【结果】不同基因型间蒸煮食味品质性状均存在显著差异,来源于武运粳21的SSⅡa^w基因和PUL^w基因分别使直链淀粉含量增加0.29%~1.00%和0.62%~1.18%,且PUL的效应大于SSⅡa,两者间存在互作效应。SSⅡa^w基因和PUL^w基因降低胶稠度和崩解值,提高了热浆黏度、冷胶黏度、消减值和回复值,对糊化温度、峰值黏度和峰值时间的作用较小。【结论】明确了Wx^mp背景下SSⅡa和PUL基因对稻米蒸煮食味品质的遗传效应,该研究结果为SSⅡa和PUL基因的分子标记辅助选择改良稻米品质提供了理论依据。     

色氨酰-tRNA合成酶基因WRS1调控水稻种子发育

【目的】氨酰-tRNA合成酶（aminoacyl-tRNA synthetases, aaRSs）与遗传信息传递密切相关,已发现植物中aaRSs家族蛋白在维持翻译功能之余,还参与配子发生与胚发育、质体的早期发育以及免疫信号的感知与病害防御等生物学过程。本研究利用水稻胚乳发育缺陷突变体,分析水稻色氨酰-tRNA合成酶（WRS1）在胚乳发育中的作用,证明WRS1基因编码一个影响水稻胚乳发育的关键因子。【方法】本研究通过甲烷磺酸乙酯（ethyl methane sulfonate, EMS）诱变籼稻（Oryza sativa subsp. indica）品种N22,筛选到一个稳定遗传的水稻粉质胚乳突变体（wrs1）,图位克隆获得目标基因。对wrs1成熟种子进行形态学观察以及淀粉相关理化性质测定,利用细胞学切片分析wrs1发育中胚乳的结构,利用实时荧光定量PCR（quantitative real-time PCR, qRT-PCR）和GUS活性染色分析基因表达模式,通过qRT-PCR比较野生型与突变体花后12 d胚乳中淀粉合成相关基因表达情况,免疫印迹检测野生型与突变体成熟种子中淀粉合成酶蛋白积累情况,使用全自动氨基酸分析仪测定游离氨基酸含量。【结果】 wrs1突变体幼苗表现出明显的发育滞后且逐渐蔫萎死亡,从杂合突变体（WRS1wrs1）中分离到的粉质籽粒呈现明显的腹部皱缩,粒厚、千粒重下降,同时总淀粉含量下降,糊化淀粉的峰值黏度和崩解值均低于野生型。wrs1突变体发育胚乳中复合淀粉颗粒变小,排列疏松。WRS1定位于第12染色体长臂约183 kb的区间内,测序发现编码色氨酰-tRNA合成酶（tryptophanyl-tRNA synthetase, WRS）基因的第6外显子上发生单碱基替换,导致一个保守位置上的甲硫氨酸被替换。wrs1突变体中大部分淀粉合成相关基因表达量下调,且野生型与突变体间基因表达的变化与相应蛋白积累的差异存在不一致的趋势。wrs1突变体籽粒中蛋白质积累降低,而游离氨基酸含量显著升高。【结论】 WRS1编码色氨酰-tRNA合成酶,该基因突变后通过影响氨基酸稳态和蛋白质合成,造成淀粉合成相关基因异常表达从而影响淀粉的合成与积累,导致种子发育缺陷。     

巴西蔗糖产业特点及对我国蔗糖业的借鉴

通过对巴西蔗糖产业种植、管理、贸易、政策、加工等方面的详细分析可知,巴西是世界上最大的甘蔗生产国和出口国,拥有先进的技术水平和管理经验,其制糖成本低、国际竞争力强。其甘蔗病虫害防控实行:⑴重点培育和推广抗病虫甘蔗良种;⑵通过种苗检疫、脱毒和健康种苗繁育技术严防病虫害的发生与传播;⑶建立病虫害监测预警和防控系统;⑷生物防控技术和化学药剂相结合。其糖厂已实行全网络自动化控制系统,蔗糖生产采用两步法生产精制糖。其蔗糖产业发展特点:重视氮高效品种的选育、甘蔗生产全程机械化率高、采用酒精发酵液定量还田技术、燃料乙醇工业发达、多种糖料蔗供应渠道、加工技术先进生产效率高、甘蔗运输成本较高等特点。我们可从中得到的借鉴为:重视强宿根蔗的选种计划、加速推进甘蔗生产全程机械化进程、建立完善的甘蔗病虫害防控系统、加强蔗糖高值化及副产物综合利用。     

水氮供应对灌浆期冬小麦籽粒淀粉合成相关酶活性及产量的影响

为明确不同水氮供应对冬小麦灌浆期籽粒蔗糖代谢、淀粉合成相关酶活性及籽粒产量的影响，在大田栽培条件下，以冬小麦品种矮抗58为材料，设3种水分处理（低水W₀、中水W₁、高水W₂）和4个施氮水平（无氮N₀、低氮N₁、中氮N₂、高氮N₃），研究了不同水氮供应下灌浆期籽粒蔗糖代谢、淀粉合成相关酶活性的变化特点。结果表明，水分胁迫能增加籽粒的蔗糖积累速率，缩短灌浆进程，促进小麦早熟；降低了籽粒中腺苷二膦酸葡萄糖磷酸化酶（ADPG-PPase）、可溶性淀粉合成酶（SSS）、束缚态淀粉合成酶（GBSS）和淀粉分支酶（SBE）活性。适当增施氮肥能够促进籽粒中蔗糖向淀粉转化，增加4种淀粉合成相关酶活性，其中W₁N₂处理的ADPG-PPase、SSS、GBSS和SBE活性峰值最高， 较W₁N₃、W₁N₁和W₁N₀处理分别增加了1.5%、7.9%、11.9%、5.8%和9.6%、4.5%、4.7%、5.2%和13.6%、7.6%、20.9%、10.5%，氮肥过量会对以上4种酶活性产生抑制作用。适当提高氮肥水平能增加小麦成穗数、穗粒数和千粒重，最终极显著地提高小麦产量，W₁N₂处理较W₀N₀和W₂N₃处理分别增产164.6%、3.0%。在小麦灌浆期间控制土壤田间持水量为60%~65%、配施氮肥240 kg·hm^-2能协同提高小麦籽粒蔗糖含量，保证源器官有足够供应能力，提高淀粉合成酶活性，促进小麦体内碳氮代谢，最终增加产量。     

亚洲玉米螟幼虫膜结合海藻糖酶基因RNAi效应

海藻糖是昆虫的血糖，为昆虫提供能量；海藻糖酶催化海藻糖分解为葡萄糖，是几丁质生物合成的原料。围食膜（peritrophic membranes，PMs）是昆虫消化道特有结构，对昆虫消化食物、保护肠道表皮细胞具有重要作用；几丁质是PMs的重要组分。海藻糖酶（trehalase，Tre）和几丁质合成酶（chitin synthase，CHS）是几丁质合成途径的第1个和最后1个酶。本研究通过饲喂亚洲玉米螟（Orstrinia furnacalis，Asian corn borer，ACB）膜结合海藻糖酶（OfMT）基因特异的干扰dsRNA，研究RNAi对ACB幼虫中肠CHSB（OfCHSB）基因表达及幼虫发育的影响。发现处理48 h后，OfMT基因和OfCHSB基因表达量分别下降了52%和53%，幼虫发育迟缓。通过对处理及对照ACB幼虫中肠石蜡切片进行苏木精-伊红染色（hematoxylin-ethanol，HE染色）和几丁质标记，发现血腔内脂肪体组织减小、中肠围食膜组织中几丁质含量减少。推测OfMT基因有可能成为ACB的生物防治的靶标基因。     

山梨醇和蔗糖对桃果实、叶片可溶性糖含量及果实品质的影响

为了探讨山梨醇和蔗糖对春蜜桃不同发育时期果实和叶片可溶性糖含量及果实品质的影响,以5年生春蜜桃为试材,于其幼果期喷施不同质量浓度的山梨醇和蔗糖,研究其对果实和叶片可溶性糖组分及其含量、叶绿素相对含量及果实品质等相关指标的影响。结果表明,在成熟期(盛花后77 d),喷施5 g/L山梨醇、50 g/L山梨醇、0.5 g/L蔗糖和5 g/L蔗糖处理的果实可溶性固形物含量比清水对照分别提高19.81%、32.03%、29.01%和37.13%;5 g/L蔗糖、5 g/L山梨醇、50 g/L山梨醇的色调角h°比对照分别降低8.63%、5.61%、7.28%。果实发育初期,以还原糖为主,蔗糖含量最低;果实成熟期,各处理果实蔗糖含量占总糖的69%～77%。在果实和叶片发育过程中,果糖和葡萄糖变化趋势一致,蔗糖变化幅度最大。果实成熟期蔗糖含量最高,山梨醇含量最低;而叶片蔗糖含量最低。山梨醇和蔗糖处理均能改善春蜜桃果实着色及品质,其中,以5 g/L蔗糖处理效果最佳。