曙光油桃果实发育过程中蔗糖积累与相关酶的关系

以曙光油桃为试材,研究了发育过程中蔗糖积累与相关酶活性的关系。结果表明：发育早期,曙光油桃果实的果糖和葡萄糖含量相对较高,随着果实的发育,果糖和葡萄糖含量逐渐降低,而蔗糖含量急剧上升并成为主要可溶性糖。相关分析结果表明：在整个发育过程中,细胞壁酸性转化酶、可溶性中性转化酶与曙光油桃果实的蔗糖含量呈显著的负相关,蔗糖合酶与蔗糖含量呈极显著的正相关。由此表明,曙光油桃果实的蔗糖积累主要受到转化酶和蔗糖合酶的调控。     

MeNINVs在不同品种木薯的表达模式及酶活性分析

碱性/中性转化酶(NINV)催化蔗糖分解成葡萄糖和果糖,是木薯块根的蔗糖分解代谢的关键酶之一。本研究以淀粉含量不同的木薯品种(SC8-高淀粉,SC124-中淀粉,9Ⅰ-低淀粉)为材料,研究木薯块根膨大期,Me NINV基因家族在源库器官的表达模式以及酶活性特点。结果表明,不同品种木薯Me NINVs的表达模式相似,Me NINV1、Me NINV16、Me NINV110及n INV1在叶片中表达量均高于其他成员;同时,Me NINV1和NINV1在块根中的表达量也高于其他成员。不同品种木薯叶片中的Me NINVs表达及酶活性差别不大,但是高淀粉品种SC8块根中的Me NINVs表达量比9Ⅰ低,而NINV酶活性却远高于9Ⅰ,推测木薯NINV酶活性存在转录后调控机制。本研究为进一步研究碱性/中性转化酶在木薯淀粉积累过程中的作用奠定了基础。     

己糖激酶调控‘赤霞珠’酿酒葡萄蔗糖分解代谢

以酿酒葡萄(Vitis viniferaL.)‘赤霞珠’果实为试材,研究己糖激酶与蔗糖分解代谢关键酶[可溶性酸性转化酶和蔗糖合酶(分解方向)]在果实发育过程中的关系,以期为己糖激酶对蔗糖分解代谢的调控提供知识。利用高效液相色谱(HPLC)分析了发育期‘赤霞珠’葡萄果实中蔗糖、葡萄糖和果糖的含量,测定了其己糖激酶、酸性转化酶和蔗糖合酶活性变化趋势。研究表明,果实整个发育过程中,蔗糖含量极微,己糖激酶表现出与葡萄糖、果糖相反的梯度变化;葡萄糖和果糖含量低时,可溶性酸性转化酶和蔗糖合酶的活性开始上升;葡萄糖和果糖含量高时,可溶性酸性转化酶和蔗糖合酶的活性降低。相关性分析表明,蔗糖含量与葡萄糖含量、果糖含量显著相关,葡萄糖和果糖含量与可溶性酸性转化酶、蔗糖合酶活性负相关,己糖激酶活性与所有因子负相关,但无显著相关。讨论后得出己糖激酶可能通过其催化活性调控葡萄糖和果糖的积累并反馈调节可溶性酸性转化酶和蔗糖合酶。     

甘薯细胞壁蔗糖转化酶基因IbCWIN家族成员鉴定及表达分析

甘薯是重要的粮食、饲料、工业原料作物和新型的生物能源作物,细胞壁蔗糖转化酶是植物源、库组织蔗糖代谢的关键酶,但关于甘薯细胞壁蔗糖转化酶基因IbCWIN家族成员的研究尚未见报道。本研究测定供试品种不同组织部位的蔗糖淀粉含量,利用生物信息学方法对IbCWIN基因家族的理化性质、保守结构域、系统进化关系、启动子作用元件、组织特异性表达模式进行分析。结果表明,甘薯茎中蔗糖含量最高,须根和叶次之,块根最低;块根淀粉含量最高,极显著高于其他部位。甘薯中含有10个IbCWIN基因,编码氨基酸442～1115个,蛋白质分子量范围49.56～124.44kD,等电点为5.0～9.1。分布在8条染色体上,都含有Glyco₃2保守结构域及相同或相似的保守基序motif,属于糖基水解酶基因家族GH32。IbCWIN与木薯MeCWINV同源性高, IbCWIN基因家族启动子区域含有多种类型的顺式作用元件。qRT-PCR结果表明,IbCWIN基因家族在甘薯不同组织中均有表达且有多种表达模式,其中IbCWIN2和IbCWIN9在块根中表达量显著高于其他组织部位。本研究为下一步探索甘薯IbCWI...     

种子发育过程中糖的吸收和代谢过程

本文分析了种子发育过程中糖的吸收和代谢过程，包括糖卸载过程中糖转运蛋白的功能和调控作用，以及糖代谢过程中转化酶、蔗糖合酶及蔗糖磷酸合酶对种子发育过程中碳水化合物变化的影响，同时还总结了最近在种子的糖吸收与代谢过程中所取得的研究成果。     

木薯碱性/中性转化酶MeNINV4酵母功能互补

木薯(Manihot esculenta Crantz)为大戟科植物,其块根富含淀粉,主要用于食用、饲用,同时木薯淀粉还可广泛应用于工业生产中。木薯块根淀粉的合成需要蔗糖提供碳水化合物和能量,碱性/中性转化酶在木薯块根蔗糖分解利用时起关键作用。前期已从木薯基因组中克隆获得了11个碱性/中性转化酶基因,其中Me NINV4主要在茎中表达。本研究主要利用转化酶酵母突变菌株SEY2102进行酵母功能互补实验,鉴定Me NINV4是否具有催化蔗糖分解的功能。结果发现,转了p DR196-Me NINV4的SEY2102酵母可以在以蔗糖为唯一碳源的培养基中生长,表明Me NINV4能催化分解蔗糖。提取含有p DR196-Me NINV4质粒的SEY2102酵母粗酶液,进行碱性/中性转化酶活性检测,发现其能催化蔗糖分解成还原糖。这些结果为进一步研究Me NINV4的酶学特性及生理功能提供参考。     

花生籽仁发育过程中糖分积累特征及蔗糖代谢酶活性分析

花生籽仁的含糖量与其食用品质和加工特性密切相关,为了明确花生籽仁发育过程中糖分积累特征以及与蔗糖代谢相关酶活性的关系,以3个不同蔗糖含量的花生品种为材料,分别比较了它们在籽仁发育不同时期可溶性总糖、蔗糖、果糖、葡萄糖含量以及蔗糖磷酸合酶(SPS)、蔗糖合酶(SS)、中性转化酶(NI)、酸性转化酶(SAI)等蔗糖代谢关键酶的活性差异。结果表明不同品种在籽仁发育过程中的糖组分含量及酶活性变化规律相似;无论是合成方向还是分解方向,都以SS活性值相对最高;相关性分析显示,籽仁发育后期蔗糖含量与NI呈极显著负相关,与SPS呈显著正相关。推测可以在花生籽仁趋于成熟时,通过调节NI和SPS活性来提高其蔗糖含量。     

甜菜蔗糖代谢相关酶活性与糖积累关系的研究

在甜菜不同生育时期同步测定了块根和叶片中的可溶性总糖、果糖和蔗糖含量及蔗糖代谢相关酶-酸性转化酶(AI)、中性转化酶(NI)、蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)的活性,并对糖积累与酶活性的关系进行了分析.结果表明,甜菜蔗糖代谢的相关酶对块根的糖积累的影响要高于叶片;甜菜块根和叶片中的合成和分解酶类是协同作用进行糖积累过程,并非哪类酶在单独发挥作用;整个生育期甜菜块根的可溶性总糖、果糖和蔗糖含量均大于叶片,苗期块根中果糖是块根糖积累的主要产物,叶丛形成期块根中蔗糖是块根糖积累的主要产物.     

甘蔗细胞壁蔗糖转化酶基因SoCIN2的克隆和表达分析

细胞壁蔗糖转化酶(CIN)主要参与韧皮部质外体的蔗糖卸载,在调控果实发育中起作用。为探究CIN在调控甘蔗糖分积累过程中的作用,本试验从低糖甘蔗品种B8中克隆到一个1个CIN基因,命名为SoCIN2基因。结果显示,SoCIN2基因全长为2 269 bp,其中开放阅读框为1 857 bp,编码618个氨基酸。So CIN2蛋白分子量为67.59 kD,理论等电点为5.25;定位于细胞壁上,不含信号肽序列;具有保守的NDPNG、FRDP和MWECP结构域,属于糖基转移酶GH32家族。系统进化分析表明,甘蔗SoCIN2蛋白与高粱SbCIN2遗传距离最近。荧光定量PCR结果表明,在甘蔗根、茎、叶和芽中SoCIN2基因均表达,其中在叶中基因表达量最高,茎中最低。甘蔗+1叶中SoCIN2基因表达量显著高于茎中。在伸长期和成熟期,茎中SoCIN2基因的表达模式相同,成熟茎中基因表达量显著高于未成熟茎中基因表达量,表明SoCIN2基因可能在调控甘蔗成熟茎中蔗糖积累中起作用。     

慈竹细胞壁转化酶BeCWINV1的克隆、亚细胞定位和表达分析

细胞壁转化酶(CWINVs)是糖降解关键酶之一,在植物发育、同化物分配和调节库强等方面具有重要作用。为了探究慈竹中CWINVs基因的亚细胞定位和表达水平,本研究以慈竹转录组数据库为基础,从慈竹笋中克隆到BeCWINV1基因。其开放阅读框序列长度为1 758 bp,编码585个氨基酸残基。序列比对和系统进化分析表明,BeCWINV1具有细胞壁转化酶特异的活性功能位点"WECPD",并与绿竹Boβfruct1、水稻CIN2、玉米INCW2亲缘关系较近,聚在一个CWINV分支上。将BeCWINV1-GFP融合载体瞬时转化洋葱表皮细胞的研究也证明了BeCWINV1定位在细胞壁上,表明其可能参与质外体空间蔗糖的水解。实时荧光定量PCR分析表明,BeCWINV1在慈竹茎杆中表达量显著高于其他部位;额外施加蔗糖对BeCWINV1表达没有明显影响,但糖供应受到限制时其表达被显著激活。这些结果表明,BeCWINV1参与慈竹茎杆韧皮部卸载,对逆境胁迫下维持细胞内糖浓度和库活性方面有重要的作用。     

木薯MeVINV1基因的CRISPR/Cas9基因编辑载体构建及验证

液泡转化酶(vacuolar invertase, VINV)是参与植物蔗糖代谢、器官发育的关键酶之一。木薯MeVINV1在块根发育及淀粉积累阶段的表达活跃,对该基因进行编辑敲除,将有助于解析MeVINV1在木薯块根淀粉积累过程中的作用。本研究构建了MeVINV1的CRISPR/Cas9基因编辑载体,转化木薯脆性胚性愈伤组织以验证载体的编辑效果。结果发现：转化后的样品中,MeVINV1基因靶点位置出现测序多峰,而未转化样品中没有多峰出现,表明本研究构建的基因编辑载体可对MeVINV1基因进行编辑;检测分析潜在脱靶位点的序列,发现未出现脱靶现象。该研究为获得MeVINV1基因的突变体,明确其在木薯块根发育及淀粉积累过程中的功能奠定了基础。     

过表达αNAC基因抑制木薯蔗糖合酶Ⅰ基因的转录活性

木薯是世界第三大薯类作物,所产淀粉广泛用作食品和工业原料,是重要的粮食和经济作物。木薯蔗糖合酶是将光合同化物蔗糖向淀粉转化的第一个关键酶,前期本课题组通过酵母单杂交分析发现αNAC可能是木薯蔗糖合酶Ⅰ基因的调控因子,本研究在此基础上获得了αNAC基因转录序列并克隆其编码序列,发现编码蛋白具有典型的NAC和UBA保守结构域。αNAC基因在木薯地上部叶和地下部块根肉中转录活性较高,为β-actin基因的5%~25%,在施用外源激素条件下转录活性显著上调,其中茉莉酸达到峰值时间最短,水杨酸次之,乙烯、脱落酸、赤霉素和生长素较长。此外,在MeSuSy1Promoter::GUS的转化株中二次过表达αNAC基因,发现二次转化株中GUS酶活显著低于单价转化株,表明过表达αNAC基因可以显著抑制木薯蔗糖合酶Ⅰ基因的转录活性。     

木薯MeCYP79D1和MeCYP79D2基因启动子克隆及表达模式分析

MeCYP79D1和MeCYP79D2基因是调控木薯生氰糖苷合成的关键基因,研究其表达特性对低氰木薯改良具有重要意义。为了探究MeCYP79D1和MeCYP79D2基因在SC8木薯品种中的表达模式,本研究克隆获得了SC8木薯品种的MeCYP79D1和MeCYP79D2基因启动子,发现它们的启动子上具有ABA、SA、GA、Me JA及生长素等激素响应元件,同时具有低温、干旱、伤害胁迫相关元件。采用ABA、SA、GA3、MeJA、低温处理,证明MeCYP79D1和MeCYP79D2基因表达受激素和低温调控。MeCYP79D1和MeCYP79D2基因主要在须根中表达,其次为嫩叶;在块根发育过程中,MeCYP79D1和MeCYP79D2基因主要在块根形成期和膨大前期表达。此研究结果为解析MeCYP79D1和MeCYP79D2基因表达调控机理提供了新的线索。     

外源生长素对番茄果实蔗糖代谢关键酶活性及基因表达的影响

以普通栽培型番茄辽园多丽为试验材料,研究了花期施用PCPA对发育过程中的番茄果实糖含量变化、蔗糖代谢关键酶活性及可溶性酸性转化酶基因表达的影响.结果表明,随着番茄果实的发育,可溶性酸性转化酶的活性和酶基因的表达均增强,果糖和葡萄糖的含量也呈递增的趋势,成熟时含量最高.PCPA处理在果实发育的成熟期提高了酸性转化酶的活性,促进了可溶性酸性转化酶基因的表达,增加了果糖和葡萄糖的含量.     

木薯磷脂酰肌醇磷酸5-激酶PIP5K9基因的克隆及表达分析

磷脂酰肌醇磷酸5-激酶9(PIP5K9)参与负调控植物碱性/中性转化酶的活性。本研究根据拟南芥PIP5K9基因序列信息,BLAST搜索木薯基因组数据库,找到木薯PIP5K9基因序列信息,利用RT-PCR方法克隆了木薯PIP5K9基因,命名为Me PIP5K9。生物信息学分析结果表明,该基因全长5 421 bp,包含8个外显子和7个内含子,CDS区全长2 496 bp,编码831个氨基酸。蛋白的N端包含8个MORN结构域,C端具有PIPKc结构域。序列比对和系统进化树分析结果表明,Me PIP5K9与麻风树PIP5K9亲缘关系最近,其次为蓖麻。基因表达分析发现,Me PIP5K9在叶片中表达量最高,其次是须根、茎和花,在块根和果中的表达量最低。本研究分离鉴定了木薯PIP5K9基因,分析了该基因的生物学信息及在不同组织中的表达模式,为进一步探讨其调控木薯碱性/中性转化酶的活性奠定基础。     

甘薯扩展蛋白IbEXPA2基因克隆和表达分析

扩展蛋白(Expansin)是细胞壁的重要组成成分,参与细胞壁的舒张,与植物器官生长发育密切相关。甘薯是一种块根类作物,其块根不仅是繁殖器官,也是储能器官,因此,开展甘薯块根生长膨大机理研究具有重要意义。本研究在前期转录组学研究基础上,克隆到一个可能与块根膨大相关的扩展蛋白基因IbEXPA2,并进行生物信息学和qPCR表达分析。生物信息分析表明,IbEXPA2编码253个氨基酸,包含DPBB＿1和Pollen＿allerg＿1结构域,具有一段信号肽及23个氨基酸的跨膜结构域。该基因编码的蛋白与三裂叶薯expansin-A4蛋白(登录号:XP＿031109781.1)的同源性最高,为98.03%;时空表达分析表明该基因在甘薯品种‘西瓜红’和‘桂经薯8号’块根中表达显著高于纤维根,‘西瓜红’生长的各个时期块根中表达均显著高于茎和叶,在移栽50 d时表达量最高,为对照纤维根的8.49倍;‘桂经薯8号’生长多数时期在块根中的表达也显著高于茎和叶,在移栽35 d时表达量最高,为对照的8.11倍。推测该基因参与甘薯块根生长膨大调控。     

播期对棉铃对位叶蔗糖代谢及棉铃产量性状、纤维品质的影响

【目的】探讨棉铃对位叶蔗糖代谢机制及棉铃产量性状、纤维品质对不同播期条件的响应。【方法】以棉铃产量性状具有明显差异的两个陆地棉品系A705和A201为供试材料,于2016―2017年进行大田试验研究,在不同播期(早播2016年4月12日,2017年4月15日;晚播2016年5月6日,2017年5月28日)条件下,研究棉铃对位叶非结构性碳水化合物(蔗糖、己糖、淀粉)和蔗糖代谢关键酶(液泡酸性转化酶、细胞壁酸性转化酶、蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶)的动态变化及差异,及不同播期对棉铃产量性状和纤维品质的影响。【结果】晚播棉铃铃期更长,铃重、单铃种子质量、籽指和纤维上半部平均长度增加,衣分和马克隆值降低。晚播导致棉铃对位叶细胞壁酸性转化酶和蔗糖合成酶活性降低,蔗糖浓度升高,可能为棉铃的发育提供了更充足的碳源。【结论】晚播相对低温条件下,棉铃发育更完全,在生产上适当晚播可以提高纤维品质。     

玉米籽粒发育与同化物卸载关系的研究

对玉米果穗上部和中部籽粒发育前期的生理生化指标进行了比较研究,并采用"种子杯"技术研究了籽粒小穗柄卸载情况。结果显示,中部籽粒的发育情况明显优于上部;与上部籽粒相比,中部籽粒早期可溶性糖浓度高、后期淀粉累积快;中部籽粒和小穗柄中酸性蔗糖转化酶(SAI)活性均高于上部。对比不同时期小穗柄端的可溶性糖卸载量也是中部高于上部。研究认为,上部籽粒的发育不良不仅受制于库活性的不足,小穗柄端同化物卸载的不足也是一重要原因。     

木薯碱性/中性转化酶MeNINV1基因启动子的克隆及激素应答表达分析

为了解木薯碱性/中性转化酶基因MeNINV1对激素的应答模式及调控机制本研究采用PCR技术,从木薯基因组中分离出MeNINV1基因启动子序列。分析结果显示该启动子长度1 714 bp,含有TATA box和CAAT box保守元件,以及四个激素响应元件:ERE(乙烯应答)、ABRE(ABA应答)、TAC-element(SA应答)和P-box(GA应答)。根据启动子上存在的参与激素应答相关的顺式作用元件信息,选用30μmol/L GA3、30μmol/L ABA、100μmol/L SA和1%乙烯利四种外源激素胁迫处理木薯SC8组培苗,利用实时荧光定量PCR技术,研究MeNINV1基因在不同激素处理下的表达模式。结果表明,MeNINV1基因的表达受激素的调控,因此推断碱性/中性转化酶基因MeNINV1启动子上的激素应答元件响应激素诱导,调控基因的表达。研究结果为进一步研究激素信号如何调控木薯块根蔗糖的分解代谢提供理论基础。     

施氮对夏玉米顶部籽粒早期发育及产量的影响

以夏玉米杂交种郑单958为材料,对不同施氮水平下顶部籽粒的早期发育状况及产量进行了研究。结果表明,施氮明显促进关键酶活性的增强,促进顶部籽粒的早期发育。当施氮量为180 kg/hm²时,顶部籽粒的酸性蔗糖转化酶（AI）、中性蔗糖转化酶（NI）、蔗糖合成酶（SS）、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（ADPGase）、淀粉