多组学视角下白化茶树次生代谢产物的研究进展

白化茶树品种属珍稀茶树资源,该树种氨基酸代谢显著富集,酚氨比较低,所制绿茶品质优异,具有广泛育种的潜力。目前关于白化茶树特征次生代谢产物形成的具体机理尚不清晰,茶树叶片颜色变化对次生代谢产物所形成的影响还尚不十分清楚,阻碍了白化茶树的大范围育种与大规模生产。本研究基于转录组、蛋白组及代谢组学研究视角,系统综述了近几年在白化茶树特征次生代谢产物氨基酸、茶多酚及咖啡碱的形成机理、分子机制及影响因素等方面取得的进展,以期为今后不同叶色品种茶树的弹性育种计划及天然产物的深度利用提供理论基础。     

代谢组学研究--功能基因组学研究的重要组成部分

代谢组学(metabolomics)是上世纪90年代中期发展起来的一门对某一生物或细胞所有低分子量代谢产物进行定性和定量分析的一门新学科。本文对代谢组和代谢组学的含义、代谢组学与其它组学的区别和关系、代谢组学研究的历史沿革、代谢组学在功能基因组学研究中的作用、代谢组学的研究现状与应用概况、代谢组学研究的技术等方面内容进行了介绍,并对当前代谢组学研究中存在的问题以及今后的发展趋势试作了探讨,提出了我国科学工作者利用代谢组学研究技术进行功能基因组学研究的必要性和可能性。     

茶树CsJAZ3基因的克隆表达及其与咖啡碱含量的相关性

茶作为世界三大饮料之一,富含咖啡碱、类黄酮、茶氨酸等次生代谢产物,具有极高的营养价值。JAZ蛋白因含有TIFY保守序列而隶属于TIFY家族,是一类在植物发育和防御反应中起着关键作用的蛋白家族,也是茉莉酸信号途径中重要的负调控因子。为了探究JAZ基因在茶树中发挥的作用,本研究通过同源重组克隆技术从茶树中克隆到一个JAZ基因,命名为CsJAZ3。结合生物信息学、基因表达模式及相关性分析初步推测了该基因的生物学功能。本研究结果表明,CsJAZ3全长1 101 bp,编码366个氨基酸,属于亲水性蛋白质,不含信号肽,不属于分泌蛋白,无跨膜区域,定位在细胞核。该蛋白含有高度保守的结构域,具有典型的TIFY蛋白家族特征。CsJAZ3在茶树新梢各组织部位均有表达且存在显著差异,其中叶中表达量最高。进一步研究发现,CsJAZ3基因表达量与咖啡碱含量呈显著正相关,推测Cs JAZ3基因可能参与调控咖啡碱合成。本研究为进一步解析茶树JAZ基因功能及JA信号调控次生代谢产物合成机制提供参考。     

苗药血人参的类黄酮化学成分分析

研究血人参中的类黄酮成分,为提升血人参药材品质提供参考。本研究采用UPLC/Q-TOF-MS技术及类黄酮靶标代谢组学技术分析血人参根中的类黄酮成分,比较两种技术在类黄酮成分分析和鉴定中的差异。通过UPLC/Q-TOF-MS技术从血人参根中鉴定出14中类黄酮成分,通过类黄酮靶标代谢组学技术分析鉴定出61种类黄酮成分。原花青素B2、儿茶素、表儿茶素、表儿茶素没食子酸酯等4种成分是血人参根中的主要类黄酮物质。研究结果不仅可帮助揭示血人参药材的品质形成机制,还可为开发改良调控类黄酮物质积累种植技术提供参考。     

都匀毛尖本地种茶树代谢组研究

为了研究都匀毛尖茶本地种茶树不同器官代谢物的差异,对都匀毛尖本地茶树的叶、茎和根的代谢产物进行定性定量分析,鉴定出504个代谢物。采用主成分分析、正交偏最小二乘判别分析和差异倍数,筛选出叶与根205个差异代谢物,在根中下调的差异代谢物主要参与黄酮和黄酮醇生物合成、类黄酮生物合成、花青素生物合成等,主要决定茶汤的涩味,咖啡碱使茶叶具有辛苦味,氨基酸使茶叶具有鲜爽味,各种糖类代谢,增加茶的甜味。叶与茎的112个差异代谢物主要富集在谷胱甘肽、精氨酸和脯氨酸代谢、戊糖和葡萄糖醛酸转换等通路中。     

转录组学技术在茶树抗逆性的研究进展

茶树(Camellia sinensis)属山茶科山茶属,是一种重要的木本经济作物,其叶片富含多种活性物质,其中尤以儿茶素、咖啡因、茶氨酸及其他游离氨基酸等活性成分对茶叶品质有重要影响。逆境胁迫是影响茶树生长发育、产量及品质的重要因素,人们对茶树应答逆境胁迫的分子机理越来越关注。转录组学作为功能基因组学的重要组成部分,它从RNA水平上全面研究物种的基因表达情况。利用该技术研究逆境胁迫下茶树基因表达的情况,有利于阐明茶树对逆境胁迫的应答机理。本综述主要介绍应用转录组学技术研究茶树应答生物胁迫和非生物胁迫(干旱,温度,盐碱,重金属等)的进展,以期为茶树抗逆性分子机理的研究提供理论参考。     

"中茶108"诱变育种的实践和体会

通过对茶树的物理诱变,化学诱变及理化复合诱变的系统研究,提出了适宜于茶树的诱变技术及其技术指标。明确了茶树体内自由基及咖啡碱、儿茶素等次生代谢产物含量与辐照损伤、辐照致敏的关系,探讨了茶树体内DNA辐照损伤的机制,发现了微核细胞率作为预测茶树辐照损伤的鉴定指标。成功地诱变选育出国内首个应用辐照诱变育种技术育成的国家茶树品种——"中茶108"。     

代谢组学在乳酸菌发酵食品研究中的应用

乳酸菌是具有调节免疫、防癌抗突变的益生菌,也是食品生产中的重要工业发酵菌群。代谢组学技术已在乳酸菌发酵食品的进程监控、产品分型、风味形成机理等研究中广泛应用。本研究概述了代谢组学在食品与营养科学研究中的分离和检测技术平台以及数据分析方法,着重阐述了代谢组学技术在乳酸菌发酵食品行业中的应用现状,包括乳制品、豆制品、腌渍食品和饮品。未来代谢组学在乳酸菌发酵食品中的研究将集中在功能性乳酸菌的代谢机理、乳酸菌代谢组学数据库建设和扩容、代谢组学与基因组学、蛋白质组学等系统生物学技术结合应用等领域,尤其是代谢组学技术引入腐乳、酸菜等中国传统乳酸菌发酵食品的产品开发和品质监控,完善行业规范并提升行业发展水平。     

茶树莽草酸代谢途径相关基因研究进展

莽草酸生物合成是连接植物初生代谢和次生代谢的关键节点。目前,莽草酸合成代谢途径关键基因的克隆、功能验证及表达调控的研究取得了一定成果,对调控茶树生长发育、提高茶叶产量和品质等研究均有重要意义。为此,本综述就莽草酸代谢途径与茶叶产量品质形成的相关性、相关调控基因研究进展,以及其他植物中该途径相关基因研究进展等进行了总结,以期为茶树遗传育种基础理论及高效育种技术的研发等提供参考。     

茶树功能基因分离克隆研究进展

茶叶是世界上最流行的无酒精饮品之一,具有许多生理保健作用。在包括中国在内的许多国家,茶树是重要的木本经济作物之一,它含有许多有价值的次生代谢产物。最近十多年来,茶树分子生物学研究是茶叶科学中最活跃和进展最快的一个领域。分离和克隆重要的茶树功能基因,对揭示茶树优质、高产和抗逆的分子机理,对采用基因工程技术进行茶树遗传调控等都有重要意义。本文介绍了茶树功能基因分离克隆的研究进展,并对今后茶树功能基因的研究提出了展望。     

黄金茶CsDAM2基因克隆及其功能分析

休眠是通过植物体内相应基因的表达调控机制,使植物芽停止生长,以适应外界低温、短日照等不良环境条件的结果。茶芽打破休眠的早晚,密切关系到茶树经济生产的效益。为进一步掌握茶树芽休眠与解除的分子机理>本研究克隆了可能与黄金茶发芽早相关的转录因子(dormancy associated MADS-box CsDAM2),并在烟草中过表达CsDAM2,对CsDAM2转基因烟草和野生型烟草进行低温处理。结果表明,在相同处理条件下,随着温度的降低,同野生型烟草比较,转基因烟草电导率增加幅度小,并且叶绿素荧光值降低率低,说明在抗寒性能上,转基因烟草具有显著优势,进而一定程度上证实了 CsDAM2具有提髙茶树抗寒性的作用。本研究结果为进一步揭示茶树芽休眠与解除的分子机理提供了科学依据。     

安吉白茶阶段性白化过程中光合特性的变化

为阐明安吉白茶阶段性白化过程中光合特性的变化,本研究以特殊茶树资源安吉白茶为材料,研究其阶段性白化过程中叶绿体超微结构、光合作用、光合色素和生化成分的变化。结果表明,安吉白茶白化阶段叶绿体发育受阻,已发育的叶绿体超微结构被破坏,复绿阶段则逐渐恢复正常;净光合速率、气孔导度和蒸腾作用在阶段性白化过程中整体呈上升趋势,而在白化期显著下降;胞间CO2浓度在阶段性白化过程中整体呈下降趋势,而在白化期有所升高;光合色素和茶多酚含量在阶段性白化过程中整体逐渐上升,而在白化期显著降低;总氨基酸和茶氨酸含量在阶段性白化过程中整体逐渐下降,而在白化期显著升高。为安吉白茶叶色突变和高氨基酸含量形成机制研究提供了一定的理论基础。     

茶树CCoAOMT基因克隆及启动子的结构分析

茶树咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶(CCoAOMT)是甲基化EGCG生物合成的一种重要酶,为探明CCoAOMT基因的表达调控规律,进一步解析甲基化EGCG生物合成的调控机制。本研究采用同源克隆法获得了茶树CCoAOMT的cDNA全长序列,采用染色体步移技术(Genome walking)获得了该基因的启动子序列,并对其序列进行了生物信息学分析。结果表明,CCo AOMT全长cDNA为1 000 bp,其中开放阅读框长735 bp,编码245个氨基酸,含有caffeoyl-CoA O-methyltransferase和SAM功能结构域;进一步分离得到CCoAOMT基因上游调控序列1 624 bp,发现其含启动子核心元件TATA-box、CAAT-box及5'UTR Py-rich stretch (高水平转录顺式作用元件)、MYB (干旱诱导时的MYB结合位点)、G-box、GAG-motif、GATA-motif、GT1-motif、Sp1 (光响应元件)、CGTCA-motif、TGACG-motif (茉莉酸甲酯响应元件)等重要顺式作用元件。由结果推测,CCoAOMT基因在转录水平受各类转录因子的调控,该结论为进一步研究CCoAOMT基因的转录调控机制提供了理论指导。     

4个不同苯甲醇含量茶树品种的转录组分析

香气是茶叶品质决定因子之一,苯甲醇作为一种芳香族醇,参与茶叶香气物质形成。本研究选用4个苯甲醇含量不同的茶树品种,分别是‘薮北’(苯甲醇含量低)、‘湘妃翠’、‘牛皮茶’(苯甲醇含量中等)和‘铁香茗’(苯甲醇含量高),通过Illumina Hiseq^TM2000高通量测序技术对上述4种茶树一芽二叶的转录组进行测序,通过Blast搜索比对,共有151 198条Unigene获得了基因注释。4种茶树在新陈代谢路径中注释的基因数最多,其中次生代谢物生物合成和萜类和聚酮化合物代谢途径可能与茶树苯甲醇合成有关,通过对4种茶树样品的Unigene与NR数据库比对,发现5条可能编码茶树苯甲醇合成途径的关键酶β-葡萄糖苷酶基因,这些相关研究为分析茶树香气功能基因提供理论指导,为香气相关候选基因的发掘提供重要依据。     

马铃薯晚疫病菌应答WRKY基因的结构功能预测与植物表达载体构建

WRKY是一类广泛参与高等植物各种抗逆调控活动的转录因子,可以通过激活下游相关信号转导途径调节自身的应激反应,进而增强植物抗逆性。本研究通过RNA-Seq从马铃薯(Solanum tuberosum)中筛选出一个晚疫病菌诱导WRKY转录因子基因StWRKY。采用RT-PCR技术获得该基因CDS全长,并对其进行序列分析及结构功能预测。根据StWRKY蛋白序列进行同源性搜索,得到与其蛋白序列相似度较高的其他物种的蛋白序列,使用MEGA7软件对St WRKY蛋白序列及其同源序列进行多序列比对分析并构建了系统进化树。利用在线工具ProtParam对StWRKY进行氨基酸理化性质分析;利用SMART在线工具进行蛋白序列分析;利用SWISS-MODEL在线工具和PredictProtein在线平台分别对StWRKY蛋白二级结构和三级结构进行分析。结果表明,StWRKY核苷酸序列CDS全长为957 bp,编码含318个氨基酸的蛋白质,预测蛋白分子量为36.17 k D,等电点为6.49。既不是分泌蛋白也不是膜蛋白,未发现跨膜区、信号肽和复合螺旋区。StWRKY三维空间结构主要由无规卷曲以及β-折叠组成。通过XcmⅠ酶切、连接将StWRKY装载到pCXSN载体上,构建了该基因的超表达载体pCXSN-StWRKY。StWRKY基因的克隆,为进一步从分子水平上验证其抗晚疫病的生物学功能以及揭示马铃薯生物胁迫抗逆机制奠定基础,并为马铃薯抗病育种提供新的基因资源。     

温度对小果博落回种子萌发的影响与血根碱合成基因表达分析

博落回属植物属于罂粟科,包括两个种:博落回Macleaya cordata (Willd.) R. Br.与小果博落回Macleaya microcarpa (Maxim.) Fedde.。博落回属植物中含有一些重要的药用活性成分。一些包含博落回提取物的产品广泛用于饲料添加剂和其他领域。当前对于博落回属植物资源的研究主要集中于博落回,而对小果博落回资源的研究较少。主要是由于小果博落回无菌苗较难获取,使得遗传转化等方面的研究很难进行。本研究在5个不同温度下筛选出小果博落回最优的萌发温度,并且分析了3个不同时期的小果博落回无菌苗中血根碱合成相关基因的表达情况。除此以外,还比较了同一时期的小果博落回与博落回的根、茎、叶组织中的血根碱合成相关基因的表达情况,为下一步小果博落回的资源开发提供了前期研究基础。     

甘蓝型油菜BnDGAT3基因克隆与载体构建及其生物信息学分析

二酰甘油酰基转移酶(DGATs)是肯尼迪途径中三酰甘油合成的限速酶,DGAT3基因是DGAT基因家族重要成员之一,参与植物体内油脂代谢。为进一步探索甘蓝型油菜BnDGAT3基因功能,本研究通过查找拟南芥AtDGAT3 (AT1G48300),并在Brassica Database数据库检索到2条甘蓝型油菜DGAT3序列,以此为参考序列设计引物,在甘蓝型油菜W0111中克隆了大小均为1 071 bp的BnDGAT3两个拷贝,分别命名为BnDGAT3-1、BnDGAT3-2;经双酶切技术,构建pBI101-DGAT3-35S载体,并转化根癌农杆菌GV3101。2条BnDGAT3序列经生物信息学预测结果显示:BnDGAT3编码的氨基酸均为356,理论分子量约38 442.55 Da;BnDGAT3蛋白的二级结构大致相同且无跨膜结构,由具有TRX-like Fds及含有类似TRX-like Fd结构域的蛋白组成,属于TRX-like Fdfamily超基因家族;BnDGAT3均含有相同数目的外显子和内含子,分别位于A08、C08染色体上。本研究克隆的BnDGAT3经生物信息学分析表明该基因是DGAT3基因家族成员,为进一步探索甘蓝型油菜BnDGAT3基因功能及油菜分子育种提供帮助。     

MAS育种改良籼稻恢复系R747及其杂交种稻瘟病抗性

为了改良籼稻恢复系R747及其杂交种的稻瘟病抗性,以携带广谱抗稻瘟病基因Pi9的籼稻品系75-1-127为供体亲本,以R747为受体及轮回亲本,利用Pi9基因内功能标记,开展分子标记辅助选择育种实践。获得了如下主要结果:室内接种试验表明,75-1-127与R747对来自国内外不同稻区的24份稻瘟菌菌株的抗菌谱差异显著,抗性频率分别为91.7%和41.7%,两亲本在田间自然病圃苗瘟抗性表现分别为高抗和高感;根据Pi9基因序列信息开发了一个共显性多态标记SPL-1,该标记在75-1-127和R747基因组中分别扩增出一条745 bp和一条850 bp的条带,标记基因型对稻瘟病抗感表型的选择效率为100%;从BC6F3株系中遴选出一个高抗苗瘟的改良恢复系R747-Pi9,并用它与不育系培矮64S、P88S和桃1A分别配制出高抗稻瘟病的杂交种;利用分布于水稻全基因组不同位点的220个SSR标记,分析了改良抗病恢复系R747-Pi9与受体亲本R747的遗传背景差异,结果表明R747-Pi9对R747的背景回复率为0.94。本研究通过分子标记辅助选择和连续回交育种,成功定向改良了恢复系R747及其杂交种的稻瘟病抗性。     

光合作用信号途径调控陆地棉矮化的机理研究

【目的】了解光合作用信号途径基因调控陆地棉矮化的机理。【方法】以现蕾期陆地棉矮化突变体LA-1及其近等基因系LH-1茎尖为材料,通过同位素标记相对和绝对定量(Isobaric tags for relative and absolute quantitation, i TRAQ)结合液相质谱串联(LC-MS/MS)的定量蛋白质组学技术及定量反转录-聚合酶链式反应(Quantitative reverse-polymerase chain reaction, qRT-PCR)技术,分析两种材料中蛋白水平及m RNA水平基因表达情况,并通过生理生化方法检测两种材料光合能力差异。【结果】光合作用信号途径差异表达蛋白PsbO、PsaE、PsaH、PetF-1、PetF-2在LA-1中表达量下调,PetC和delta表达量上调。m RNA水平,除delta基因在两种材料中表达量无显著差别外,其它基因与蛋白水平具有同样的表达趋势。现蕾后,LA-1的净光合速率(P_n)、气孔导度(Cond)显著小于LH-1,蒸腾速率(Tr)极显著小于LH-1,而胞间CO2浓度(Ci)无显著差异。与LH-1相比,LA-1的实际光化学效率(Y_Ⅱ)、光系统Ⅱ(PS Ⅱ)的潜在活性(F_v/F_0)显著减少,叶绿素荧光非光化学猝灭(NPQ)显著增大。【结论】陆地棉矮化突变体LA-1的矮化与光合作用信号途径存在相关性,为进一步研究LA-1矮化的分子机理及棉花的矮化育种提供基础。