3个不同木薯品种的代谢产物解析

本研究以3种木薯品种（‘KU50’‘SC205’和‘SC9’）块根为实验材料,采用色谱-质谱联用非靶向代谢组学技术,对8月龄木薯块茎的代谢物进行差异性分析。通过鉴定共获得77个差异代谢物,主要涉及糖及其衍生物、氨基酸、有机酸等,‘KU50’和‘SC205’两个品种的优势代谢产物（相对含量>15%）均为蔗糖,且二者含量基本相当,‘SC9’的优势代谢产物为蔗糖与果糖;‘SC9’中蔗糖、柠檬酸相对含量显著低于‘KU50’和‘SC205’,但果糖、半乳糖、葡萄糖高于二者。利用主成分分析（PCA）发现,3个木薯品种块根代谢物组成结构差异性显著,获得差异显著的33种代谢物中主要涉及糖类及其衍生物、有机酸及其衍生物、生物碱、核苷酸及其衍生物、氨基酸及其衍生物等5个类别。通过GO、KEGG、通路富集分析共注释到14个差异显著性代谢途径,其中,共有16个代谢物富集于氨酰tRNA生物合成途径,9个富集于精氨酸和脯氨酸代谢途径,3个富集于氰基氨基酸代谢途径。本研究通过对3个木薯品种块根代谢物的种类、相对含量、主要代谢物和显著差异代谢物进行分析,阐明了不同木薯品种淀粉品质形成的物质基础。可为后期更好地进行木薯品种改良、品种选育及木薯食品加工提供参考。     

优质食味粳稻辽粳433和越光糙米代谢产物差异分析

【目的】分析优质食味粳稻辽粳433和越光之间代谢产物差异,为优质食味粳稻辽粳433推广及优质食味粳稻品种选育提供参考。【方法】利用气相色谱-质谱(GC-MS)检测辽粳433和越光的糙米代谢产物,采用在线软件对两个品种糙米差异代谢产物和差异代谢通路进行分析。【结果】通过GC-MS检测两个品种均定性到233种代谢产物。与越光相比,辽粳433糙米代谢产物相对含量高的有158种,占检测到的代谢物总数的67.81%。PCA和PLS-DA分析可以将辽粳433和越光糙米代谢产物分离开。辽粳433与越光糙米之间共有64种代谢产物含量差异显著,辽粳433糙米中相对含量高的差异代谢产物有42种,与营养相关的氨基葡萄糖酸、三糖、纤维二糖、4-氨基丁酸、油酸、α-生育酚、泛酸、肌醇、奎尼酸和绿原酸分别是越光的23.86、13.35、2.53、2.44、9.32、2.66、2.90、3.54、4.05和2.10倍;越光糙米中相对含量高的差异代谢产物有22种,与营养相关的阿拉伯糖醇、亚油酸、阿魏酸和肌醇-4-磷酸是辽粳433的1.61、2.33、1.39和2.39倍。辽粳433与越光糙米之间11个代谢通路有显著差异,肌醇磷酸代谢、抗坏血酸和醛酸代谢、酪氨酸代谢和苯丙烷生物合成检测到的代谢产物相对含量均表现为辽粳433高于越光。【结论】辽粳433与越光糙米之间代谢产物组成差异显著。与越光相比,辽粳433具有与营养相关的差异代谢产物数量更多,含量更高。辽粳433具有成为高膳食纤维和保健功能大米的潜力。GC-MS代谢组学分析方法可作为水稻品种间营养差异分析的有力工具。     

木薯块根不同发育期β-胡萝卜素和蛋白质积累变化及其有色体蛋白质组学研究

木薯是世界重要的粮食作物,在我国发展潜力巨大。蛋白质和类胡萝卜素是重要的营养品质特性,但木薯蛋白质含量低,提高木薯块根类胡萝卜素和蛋白质含量,提高其营养成分,已成为木薯选育种的重要目标。本研究以蛋黄木薯（‘SC9'）、紫叶黄心木薯（‘BGM019'）和白心面包木薯（‘SC101'）3个木薯品种为试验材料,开展黄心和白心木薯块根营养品质特性的研究,分析其不同发育期类胡萝卜素和蛋白质含量的变化,同时利用双向电泳和质谱法开展木薯块根有色体亚细胞结构蛋白质组的研究,揭示其蛋白质含量提高与类胡萝卜素积累的关联性。结果表明：3个木薯品种块根β-胡萝卜素含量在块根形成期、膨大期和成熟期差异显著（P<0.05）,‘BGM019'和‘SC9'蛋白质含量在同一生长发育时期差异不显著（P>0.05）,但显著高于‘SC101'（P<0.05）。随着木薯块根发育成熟,其类胡萝卜素和蛋白质含量均呈上升趋势,且二者表现为正相关。以膨大期为对照,在‘SC9'成熟期块根有色体中检测到36个差异表达蛋白质,其中26个上调表达,10个下调表达;‘BGM019'中检测到49个差异表达蛋白质,其中28个上调表达,21个下调表达;‘SC101'检测到38个差异蛋白质,其中20个上调表达,18个下调表达。通过对上述差异蛋白质的功能分析,发现它们均参与抗氧化、碳代谢和能量代谢、信号转导等多个代谢过程,说明木薯块根类胡萝卜素积累是由多个代谢途径协同作用的结果。对比分析3个木薯品种块根有色体亚细胞结构的差异蛋白质,发现20个差异表达蛋白质在其中2个品种或3个品种间出现相同的表达趋势。它们主要涉及到碳代谢及能量代谢、抗氧化、细胞骨架蛋白、无机离子运输及代谢、分子伴侣和蛋白质合成等代谢途径,其中与抗氧化相关的蛋白质占20%。构建蛋白质生物调控网络揭示块根有色体蛋白质与β-胡萝卜素积累的关联性,为培育优质高营养的木薯新品种提供新思路。     

不同品种木薯叶绿体比较蛋白质组学初步研究

以“华南8号”木薯(SC8)和“华南124号”木薯(SC124)的叶绿体作为研究材料,采用改进酚抽提法提取蛋白,通过单向SDS-PAGE电泳和双向SDS-PAGE电泳,比较不同木薯品种叶绿体的蛋白表达谱,并对表达的差异蛋白进行MALDI-TOF MS质谱鉴定,获得15个差异蛋白,其中有6个蛋白在SC124木薯叶绿体中表达较高,9个蛋白表达很低.对蛋白进行功能分析,发现差异蛋白主要参与蛋白翻译后修饰、周转、分子伴侣、碳水化合物运输等过程.通过RT-PCR验证了木薯核酮糖1.5-二磷酸羧化酶、ATP合酶β亚基的基因表达情况,结果表明,ATP合酶β亚基基因表达与蛋白质的表达比较一致,而核酮糖1,5-二磷酸羧化酶基因与蛋白质表达变化不一致.     

低温胁迫对木薯幼苗叶片转化酶及可溶性糖含量的影响

以华南124(SC124)、华南8号(SC8)和阿根廷7号(ARG7)3个木薯品种为材料,研究在持续低温胁迫下木薯幼苗叶片转化酶活性(SAI,NI)及可溶性糖含量的变化。结果表明:可溶性酸性转化酶(SAI)在木薯耐寒品种中(ARG7)活性较高;低温胁迫均能提高3个品种木薯中SAI酶的活性,但是在耐寒品种ARG7中表现为稳定提高。中性转化酶(NI)在木薯耐寒品种中(ARG7)活性较高,低温胁迫也能提高3个木薯品种中的NI酶活性,而NI酶活性均表现为短期提高。初步推断,SAI活性与木薯的抗寒存在一定的正相关。低温胁迫后3个木薯品种叶片蔗糖、还原糖和可溶性总糖的含量均升高,且抗寒品种ARG7叶片的还原糖、蔗糖和可溶性总糖含量极显著高于SC124和SC8。     

木薯分支酶活性测定及同工酶电泳技术应用初探

淀粉分支酶(Starch branching enzyme,SBE)是唯一引入α-1,6糖苷键分支点,催化支链淀粉形成的酶,影响淀粉分支程度及淀粉粒的精细结构。本文以3个亲缘关系较远的高产木薯品种(SC124、SC8、Arg7)为材料,利用SBE同工酶电泳及酶活性检测观察木薯块根支链淀粉增长较快时期SBE活性变化动态,结合支链淀粉含量检测分析木薯淀粉同工酶表达特点与支链淀粉积累的关系。结果表明:种植后140d至180d为木薯单株支链淀粉含量快速增加时期;SC124和SC8支链淀粉积累量早于Arg7达到高峰;Arg7各个时期的支链淀粉含量及SBE活性均表现最高。同工酶分析表明,木薯分支酶有SBE-I和SBE-II两个基因位点:SBE-Ι至少有3个等位基因位点(SBE-Ιa、SBE-Ιb、SBE-Ιc),品种间具有多态性;SBE-II为单一条带,但活性大小在品种间和发育不同阶段有差异。初步判定等位基因位点SBE-Ιc和SBE-II可能对SBE酶活性和支链淀粉含量贡献较大。     

运用新方法鉴定木薯抗旱相关miRNA表达差异

为更加灵敏、高效地发现新miRNA并改进其表达差异鉴定方法,对木薯（Manihot esculenta Crantz）SC124和KU50这2个品种进行了驯化和非驯化2种干旱处理方式,利用Multiplexed RT-PCR法对2个木薯品种的8个 miRNA 进行了表达差异研究。结果表明,8个miRNA具有明显的品种、组织和时序表达特异性,较为客观真实地反映了miRNA的表达模式对胁迫信号的响应。因此,Multiplexed RT-PCR法是一种快速、高效的分析miRNA表达差异的方法,在未来miRNA的研究中有着很好的应用前景。     

遮荫对木薯块根淀粉含量和品质的影响

以2个木薯主栽品种(SC124、SC8)为材料,自盛暑期开始遮荫(植后70 d至植后160 d),对植后160 d木薯块根进行淀粉含量及相关酶活性分析,结合扫描电镜观察遮荫处理与正常光照下木薯块根淀粉结构的变化,探讨弱光对木薯贮藏淀粉含量和品质的影响。结果表明,遮荫处理改变了木薯光合产物在"源"与"库"之间的分配,造成茎叶变长,茎干细弱,块根减重,根冠比显著降低。弱光显著影响淀粉含量及其组成,遮荫处理提高或显著提高了SC124和SC8块根直链淀粉含量,降低了2个品种块根的总淀粉含量和支链淀粉含量,以及支链淀粉与直支链淀粉的比率。遮荫处理后木薯块根AGPase活性均降低;GBSS活性增加(SC8)或无显著变化(SC124);而遮荫处理对SSS和SBE活性影响不一致。扫描电镜观察表明,遮荫处理形成许多直径较小的淀粉粒,影响淀粉充实程度而造成淀粉含量降低。     

实时荧光定量PCR检测木薯海藻糖合成酶基因（MeTPS1-3）干旱胁迫下的表达

采用实时荧光定量PCR的方法测定木薯SC124和KU50两个品种在模拟干旱胁迫下海藻糖合成酶基因（MeTPS1-3）的转录水平变化。结果显示,与正常水分组相比：干旱处理2 h后,SC124根、茎、下部成熟叶和上部幼叶MeTPS1-3基因的表达量没有明显变化;而在KU50中,根部相对表达量上升了12倍,茎、下部成熟叶和上部幼叶没有明显变化。干旱处理24 h后,SC124根部相对表达量上升约30倍、茎部有微小的上升、下部成熟叶片却有小幅下降、上部幼叶部位上升约4倍;在KU50品种中,根部上升约14倍,茎部有微小的下调,下部成熟叶和上部幼叶表达量下调。木薯遭受干旱胁迫时,根部MeTPS1-3基因上调表达最明显,由此推测其在木薯抗干旱胁迫中起重要调控作用。     

干旱胁迫对木薯K+、Ca2+和ABA的影响

为了研究干旱胁迫木薯K+、Ca2+和ABA对干旱胁迫的响应及其变化规律,对2个品种的木薯SC124（高抗）和KU50（低抗）进行对照、驯化、非驯化旱害和驯化旱害等不同方式的干旱处理。研究发现2个木薯品种中,干旱胁迫对叶片K+和ABA的含量影响较大,而Ca2+含量变化较小;SC124在驯化和非驯化处理下的K+含量发生显著变化;ABA的含量在2个品种中的驯化干旱和非驯化干旱中变化显著,且变化趋势不同;干旱胁迫下,ABA、K+和Ca2+之间存在显著相关性。     

不同木薯品种主要根系分泌物提取与鉴定

本研究通过对木薯根系分泌物进行提取、分离与鉴定,探究不同木薯品种根系分泌物的差异,为筛选抗化感耐连作木薯新种质提供参考。以木薯组培苗琼脂培养基为试验材料,采用正交试验设计,结合GC-MS技术考察不同萃取材料和洗脱剂对木薯根系分泌物的提取和分离效果,选择最优方案测定‘新选048’‘南植199’和‘华南205’的根系分泌物。结果表明：（1）木薯根系分泌物水溶性物质提取的最优方案为：用去离子水超声提取捣碎的琼脂培养基30 min,固液分离后用XAD-2萃取、无水乙醇洗脱,浓缩后用GC-MS检测,成功鉴定出包括有机酸类、醇类、酯类、酮类、醛类等26种有机化合物。（2）醇溶性物质提取的最优方案为：用50%乙醇超声提取捣碎的琼脂培养基30 min,固液分离后用XAD-4萃取、无水乙醇洗脱,浓缩后用GC-MS检测,鉴定出包括有机酸类、醚类、酯类、酮类、醛类等15种有机化合物。（3）不同品种根系分泌物的水溶性和醇溶性成分均有差异。‘南植199’根系分泌物的主要水溶性物质有羟乙酸甲酯（相对含量为3.72%）、羟基丙酮（2.40%）、甲肼（1.79%）等,主要醇溶性物质有乙醇醛（18.89%）、羟基丙酮（2.47%）、甲酸（2.25%）等;‘新选048’的主要水溶性物质有甲酸（2.68%）、1,5-戊二醇（2.39%）、丙烯酸羟乙酯（2.01%）等,主要醇溶性物质有乙醇醛（17.00%）、甲酸（2.62%）、羟基丙酮（2.46%）等;‘华南205’的主要水溶性物质有甲酸（2.23%）、羟基丙酮（1.80%）、羟乙酸甲酯（1.43%）等,主要醇溶性物质有乙醇醛（16.58%）、甲酸（3.06%）、八氟戊醇（2.98%）等。不同木薯品种的根系分泌物种类和含量均有差异,从而导致其抗化感耐连作能力的差异,为筛选耐连作品种缓解木薯连作障碍成为可能。     

索引

在对我国木薯主栽区的调查中发现,疫霉根腐病在云南、海南、广西、广东等地普遍发生,已经成为木薯产业中一个值得关注的新问题。采用室内离体接种法进行了59份木薯种质的抗性评价,结果发现仅有6份种质为高抗,占10.20%,11份种质为高感,占18.64%,大部分种质均表现出一定程度的感病性。田间活体接种进一步证明SC11为高抗,而GR4为高感。     

基于UPLC-Q-orbitrap-MS的非靶向代谢组学用于不同橄榄品种差异代谢物分析

橄榄含有丰富的生物活性物质,这些成分的含量与橄榄品种、加工过程及储存条件等密切相关。分析我国乌橄榄和青橄榄2个主栽橄榄品种,利用液相色谱-高分辨质谱（UPLC-Q-orbitrap-MS）结合统计学模型进行综合评价。结果表明：利用非靶向代谢物分析流程筛选鉴定出47种显著性差异代谢物,其中氨基酸9种,黄酮多酚类20种,油脂类8种,有机酸类3种,香豆素类化合物2种,其他5种。乌橄榄中含量较高的物质有山柰酚-3-O-α-L-吡喃阿拉伯糖苷、罗汉松脂素、高车前苷、杨梅素、花旗松素、1-棕榈酰-2-月桂酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱PLPC、桐油酸、甘草次酸,青橄榄中含量较高的物质有鞣花酸、短叶苏木酚酸、没食子酸及相应的葡萄糖苷,这些物质在2个品种中的平均含量比率超过30倍以上。这表明不同橄榄品种内源性代谢物存在明显差异且各具特色,为今后橄榄品质评价、资源合理利用及不同产品的深度开发提供数据支撑。     

基于HS-GC-IMS的无核黄皮果实挥发性风味物质分析

为明确无核黄皮挥发性风味化合物组分,采用顶空气相-离子迁移色谱（headspace-gas chromatography-ion mobility spectrometry, HS-GC-IMS）技术,并结合挥发性化合物的指纹图谱、峰强度及主成分分析（principal component analysis, PCA）,测定分析并比较4个不同成熟度无核黄皮果实的挥发性风味化合物组分差异。从无核黄皮果实中共鉴定出60个已知的和3个未知的挥发性风味化合物,已知的挥发性风味化合物包含13种醛类、12种醇类、9种烯烃类、6种酮类、2种酯类、2种醚类、1种苯和1种乙酸。挥发性风味物质指纹图谱显示,在特有的风味化合物方面,STAGE2的种类最多,STAGE4次之,STAGE1仅有2种,而STAGE3无明显的特有风味化合物。此外,STAGE1与STAGE2共有的风味化合物种类最多,STAGE3与STAGE4仅共有乙酸和乙醇。各化合物的信号峰强度值显示,各成熟度果实中含量均较为丰富的有己醛、戊烯醛、乙烯醇、石竹烯、α-水芹烯、柠檬烯、1-戊烯-3-酮和丁香酚甲醚。丁香酚甲醚和乙烯醇的峰强度最高,且表现为随果实成熟度的增强,其相对含量逐渐降低。主成分分析（PCA）显示不同成熟度果实的挥发性风味组分各自聚类,但STAGE1与STAGE2、STAGE3与STAGE4的距离分别较近。无核黄皮果实中主要的挥发性风味化合物是醛类和醇类,其次是烯氢类和酮类,不同成熟度果实分别具有共同的及特有的挥发性风味化合物特征峰区域,成熟度越接近,其风味化合物的组成也较为相近。本研究可为无核黄皮的成熟度、品质和标准判定、风味成分研究及精深加工产品开发等提供理论基础。     

低温胁迫下2种木薯幼苗形态及抗渗透差异

为探究木薯的耐寒性及其在低温胁迫下抗渗透响应,对耐寒‘F200’木薯和低温敏感品种‘华南8号’（‘SC8’）木薯幼苗在人工低温条件下进行4 ℃低温处理,分别观测处理前和处理3、6、12、24 h下不同木薯品种生长表型情况以及渗透性物质含量变化情况。结果表明：随着胁迫时间的增加,‘F200’木薯幼苗上部和下部叶片出现轻度萎焉,而‘SC8’所有叶片均严重萎焉,顶部叶片甚至出现脱水现象;‘F200’木薯叶片受H₂O₂的损害轻于‘SC8’,相对于‘SC8’的损伤持续增加,‘F200’呈现先加重后减轻的趋势;随着低温胁迫时间的延长,木薯叶片的相对叶绿素含量呈现先急剧下降、再上升、后下降的过程;相对电导率（REC）和丙二醛（MDA）、可溶性糖（SS）、可溶性蛋白（SP）、脯氨酸（Pro）的含量均逐渐升高;低温胁迫下,‘F200’木薯的总叶绿素减少64.23%,且小于‘SC8’的78.15%,二者差异不显著;REC增加11.48%,且显著小于‘SC8’的188%;MDA增加14.74%,且显著小于‘SC8’的20.98%;Pro增加90.53%,显著大于‘SC8’的27.95%;SP增加12.96%,且大于‘SC8’的17.82%,二者无显著差异;SP增加45.18%,且显著大于‘SC8’的2.16%。可见,低温胁迫下,‘F200’木薯通过增强H₂O₂的清除能力、增强光合作用、增加渗透调节物质含量等途径,缓解了低温对木薯幼苗造成的伤害。低温耐受型木薯‘F200’和低温敏感型木薯‘SC8’的形态结构和生理指标在低温胁迫下存在明显差异,可作为木薯种质资源耐低温性评价的参考指标。     

华南5号和华南6号木薯体胚发生 过程中酯酶和淀粉酶同工酶分析

以木薯华南5号(SC5)和华南6号(SC6)两个品种的成熟体胚子叶为外植体进行体胚诱导培养。对诱导培养0、5、10、20、30 d的材料,采用聚丙烯酰胺垂直板凝胶电泳比较其酯酶(EST)和淀粉酶同工酶酶谱的差异。结果表明,酯酶同工酶的表达在品种间存在差异。SC5中E2和E3条带与SC6中E’2和E’3条带迁移率不一致,可能是品种差异的原因。表达最强的酶带在SC5中是E3,SC6是E’4。两个品种淀粉酶同工酶的区别在于,SC5诱导过程中最多时有3条酶带出现,而SC6自始至终只有1条酶带出现。SC5酶带最亮时出现在体胚诱导培养5 d时,且此时也是酶带最多的时候。SC6酶带出现的最亮时是在外植体诱导前和诱导培养20 d时。     

木薯MYB转录因子MeMYB2特性及功能分析

MYB转录因子是植物最大的转录因子家族之一,其部分成员在植物非生物胁迫响应过程中发挥着重要的调控作用。通过转录组数据分析,筛选到了多个木薯干旱胁迫相关的MYB类基因,本研究针对其中的1个MYB转录因子MeMYB2展开研究。MeMYB2蛋白N末端与AtMYB60蛋白的N末端氨基酸序列具有95%以上的相似度,但其C末端氨基酸序列与AtMYB60只有30%左右的相似度。编码该蛋白的基因在木薯成熟叶片中优势表达,并且其表达受干旱胁迫负调控。MeMYB2蛋白主要定位于细胞核中,且在酵母中具有明显的转录自激活活性,其转录激活结构域在蛋白C末端247~267位点之间的20个氨基酸残基内。利用酵母双杂交系统从木薯cDNA文库中筛选到了8个与MeMYB2互作的蛋白,其中的2个蛋白与气孔运动和光合作用有关。MeMYB2-RNAi转基因木薯成熟叶片的失水率显著低于野生型木薯成熟叶片,说明MeMYB2转录因子负调控木薯叶片失水率,推测其可能具有调控气孔运动的功能。