小麦腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶同工酶基因型与酶活性及淀粉含量的关系

采用非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴定了我国60个代表性小麦品种的腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGP)同工酶基因型, 并测定了AGP活性及总淀粉含量, 以明确小麦籽粒AGP同工酶基因型组成及其与AGP活性和淀粉含量的关系。结果表明, AGP有AGPa、AGPb、AGPc和AGPd 4个等位基因位点, 其出现频率分别为96.7%、80.0%、86.7%和16.7%; 共检测到5种基因型, 其中基因型AGPabc出现频率最高, 为46.7%。不同基因型的品种间AGP活性和总淀粉含量差异显著(P<0.05)。其中具有基因型AGPabcd的品种酶活性及总淀粉含量最高, 表明小麦籽粒中不同AGP同工酶基因型对酶活性及淀粉含量有不同遗传效应。     

马铃薯块茎淀粉积累及相关酶活性的研究

研究不同类型马铃薯淀粉积累及相关酶活性的变化动态,探讨各种酶活性与淀粉含量的关系。以"陇薯3号"、"宁薯15号"、"农家1号"(高淀粉马铃薯品种)和"陇薯6号"、"青薯168号"、"宁薯14号"(低淀粉马铃薯品种)为试验材料,取不同发育时期的块茎,分别测定淀粉含量、ADP焦磷酸化酶(AGPase)可溶性淀粉合成酶(SSS)和淀粉分支酶(DBE)活性。6个马铃薯品种的AGPase、SSS、DBE酶活性均呈现单峰曲线变化趋势;6个马铃薯品种的淀粉含量的变化曲线表现为"升高-降低",薯块重量为120~200 g时,马铃薯淀粉总量达到最大值。马铃薯块茎淀粉含量是各种酶综合作用的结果。     

马铃薯块茎颗粒结合型淀粉合酶基因的克隆及其RNAi载体的构建

GBSSI是马铃薯块茎中控制直链淀粉合成的关键酶, 为培育高支链淀粉含量或纯支链淀粉含量的转基因马铃薯材料, 根据GenBank登录号X58453设计特异引物, 采用RT-PCR技术获得马铃薯块茎GBSSI相似基因, 利用生物信息学相关软件分析, 预测GBSSI相似基因cDNA序列编码的蛋白质结构和功能。结果表明, 克隆的GBSSI相似基因与报道的GBSSI基因序列相似性达到99.78%, 其开放阅读框长1 824 bp, 编码607个氨基酸, 具有许多重要功能位点;三级结构预测结果表明该蛋白具有淀粉合成功能, 基因序列已注册到GenBank, 序列登录号为EU403426。以此基因CDS内542 bp的靶标序列作为干扰区段, 扩增GBSSI的正反向基因片段, 并引入237 bp的内含子序列, 构建由Patatin启动子驱动的具有“正义基因片段gbss A-内含子VP1-ABI3-like protein-反义基因片段gbss B”的植物干扰表达载体pBI121g-PgABI, 将为淀粉合成的进一步研究和高支链淀粉含量或纯支链淀粉含量的马铃薯品种的培育奠定基础。     

马铃薯淀粉含量相关SSR分子标记的开发及候选基因的初步确定

淀粉含量是衡量马铃薯品质的重要性状之一,本试验以高淀粉四倍体马铃薯野生种‘YSP-4’与低淀粉四倍体马铃薯品系‘MIN-021’杂交获得的F2代分离群体为材料,基于BSA分析技术,开发了2个与马铃薯淀粉含量紧密连锁的SSR分子标记SSR-152和SSR-174,并对其进行单标记分析验证。本研究对这2个标记片段进行了回收、纯化、测序及blastn序列比对发现,与基因XM＿006348370.1的同源性分别为96.63%和98.04%,该基因可能与马铃薯淀粉合成相关基因Patatin和耐旱基因有关,通过调控糖的合成与代谢,进而影响淀粉含量的积累,初步确定为候选基因。这2个标记为马铃薯淀粉相关候选基因的筛选、克隆以及开展分子标记辅助育种等研究奠定了基础。     

马铃薯蛋白水解物的理化性质研究

马铃薯蛋白作为马铃薯淀粉加工的副产物,营养丰富、氨基酸组成均衡。以马铃薯蛋白为原料,对通过酶解试验将得到的马铃薯水解物(PH)进行理化性质的研究,分析得到的酶解产物中大分子物质含量较少,大部分为小分子肽段并结合HPLC的结果和多肽含量的测定,得出马铃薯蛋白水解物分子量5～10 kD。结果表明,通过酶解后其产物可为今后研究马铃薯蛋白水解物的高附加值利用提供参考。     

转PPase基因对马铃薯块茎休眠相关生理特性的影响

马铃薯块茎的休眠和发芽对于马铃薯栽培、贮藏保鲜和加工等具有十分重要的意义。本研究以25℃室温条件下贮藏90d后的转正义和反义无机焦磷酸酶(PPase)基因马铃薯Favorita的块茎为材料,对贮藏块茎的PPase活性和及Pi、可溶性糖、淀粉、蛋白质含量进行了测定,以探讨PPase基因对马铃薯相关休眠生理特性的影响。结果表明,与对照相比,转正义PPase基因的两个株系F-2-1和F-2-4块茎中的PPase活性、Pi含量和可溶性糖含量增加、淀粉含量和蛋白质含量降低,且与对照相比均达到极显著水平(只有F-2-4淀粉含量与对照相比无显著性变化);转反义PPase基因的两个株系F-1-1和F-1-2块茎中PPase活性、Pi含量和可溶性糖含量降低、淀粉含量增加,与对照相比均达到极显著性水平,而蛋白质含量与对照相比无显著性变化。     

谷子淀粉合成酶家族分析

淀粉是植物光合作用的产物,主要在叶绿体中合成,是人类膳食的重要能量来源,同时也是一种重要的工业原料,被广泛应用于造纸、燃料、制药等行业。研究表明植物的淀粉合成与淀粉合成酶及一些其他关键酶有关。本研究以已知的水稻中淀粉合成酶基因为模板,鉴定出小麦、玉米、二穗短柄草、高粱和谷子淀粉合成酶家族的基因。我们分析了淀粉合成酶基因家族的系统进化树,结果发现它们在进化上具有高度的保守性。通过对保守基序进行分析,不同的基因所含有的保守motif的数目和位置差异很小,谷子淀粉合成酶的基序特征与其进化树基本一致。通过染色体定位分析,可以直观看出淀粉合成酶基因在每条染色体上分布不均匀。利用蛋白互作分析,可知淀粉的合成与多种酶相关,其中最主要的是与AGP酶相互作用。最后,用Cluster和Treeview程序构建了Heatmap图,发现淀粉合成酶基因在植物的生长和发育时期具有高度组织表达的特异性。由于谷子中淀粉含量的高低直接影响谷子的产量,因此,提高谷子淀粉含量和改良谷子淀粉品质已成为重要议题,对于谷子淀粉合成酶的研究具有显著的社会效益和经济效益。     

马铃薯淀粉合成关键酶与块茎淀粉积累的关系

为探讨淀粉在马铃薯块茎中积累规律, 及催化其生物合成的 4种关键酶。从而为马铃薯的淀粉品质改善提供合理依据。以淀粉含量不同的马铃薯品种 ‘东农 308’ 和 ‘延薯 4号’ 为材料, 在马铃薯匍匐茎顶端膨大后开始测定马铃薯叶片与块茎中的淀粉合成关键酶、 淀粉动态积累量以及直链淀粉动态积累量。研究结果表明, 这 4种关键酶在淀粉合成积累过程的不同时期表现出不同的活性强弱, 继而控制淀粉生物合成的开始与速率, 并影响马铃薯直链、 支链淀粉的合成与积累。且 ‘东农 308’ 淀粉含量以及淀粉各组分含量在各时期都要高于 ‘延薯 4号’ , 这也是由于 ‘东农 308’ 的淀粉合成关键酶活性高于 ‘延薯4号’ 的酶活性。     

钾肥对高淀粉马铃薯块茎淀粉合成相关酶活性的影响

以东北地区选育的2个高淀粉马铃薯品种东农310和克新22号为试验材料,研究不同施钾量对高淀粉马铃薯品种块茎形成过程中淀粉合成相关酶活性的影响。结果表明,随着生育期的推进,不同施钾量处理马铃薯品种东农310和克新22号块茎中的腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)、颗粒凝结性淀粉合成酶(GBSS)、可溶性淀粉合成酶(SSS)、淀粉分支酶(SBE)都呈现先增加、达到峰值后又开始下降的单峰曲线变化。增施钾肥对东农310和克新22号块茎淀粉合成中AGPase和GBSS活性影响比较大,而对SSS和SBE的活性影响较小。     

机插密度和穗肥减量对优质食味水稻品种籽粒淀粉合成的影响

机插密度对优质食味水稻品种籽粒淀粉合成的影响尚不明确。试验以3个江苏省代表性优质食味水稻品种南粳9108、南粳5055和南粳46为材料,行距固定为30 cm,通过设置10、12、14、16和18 cm株距,形成33.3×10~4、27.8×10~4、23.8×10~4、20.8×10~4和18.5×10~4穴hm~(–2) 5种机插密度,研究了机插密度对上述优质食味水稻品种产量和籽粒淀粉合成的影响,并观察了穗肥施氮量减半施用对优质食味水稻籽粒淀粉合成的调控效应。结果表明:(1) 3个优质食味水稻品种产量均在密度为27.8×104穴hm~(–2)时最高。成熟期稻米直链淀粉含量随机插密度增加呈先下降后上升的趋势,支链淀粉含量则不断下降。机插密度控制在27.5×10~4～29.9×10~4穴hm~(–2)时,有利于提高上述优质食味水稻品种的食味值。(2)随机插密度增加,颗粒结合态淀粉合成酶(granule-bound starch synthase, GBSS)和ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(ADP-glucose pyrophosphorylase, AGP)在籽粒灌浆前中期(抽穗后8～20 d)的活性有所上升,但在灌浆后期迅速下降,而机插密度对淀粉分支酶(starch branching enzyme, SBE)活性无明显影响。其中,抽穗后12～16 d籽粒中GBSS和AGP活性与直链淀粉和总淀粉含量呈显著或极显著正相关。(3)与正常穗肥相比,穗肥减半处理能显著降低优质食味水稻品种灌浆前中期籽粒中GBSS和AGP活性,降低稻米直链淀粉含量,提升优质食味稻米的食味值。上述结果表明,机插密度可通过调控灌浆前中期籽粒中淀粉合成关键酶(GBSS和AGP)活性,调控直链淀粉含量进而影响稻米食味值。合理的机插密度和穗肥施用量有助于进一步改善优质食味稻米的食味品质。     

反义trxs基因导入对不同品质类型小麦产量和品质性状的影响

以转反义trxs基因小麦TY18和TY34及其相应未转基因对照为材料,于2007-2009年通过大田试验系统研究了反义trxs基因导入对两种品质类型小麦籽粒产量性状和加工品质指标的影响。结果表明,4个转基因株系的穗粒数和产量较对照显著提高,反义trxs基因对小麦籽粒淀粉品质有一定的正效应。4个转基因株系的淀粉含量、支链淀粉含量、峰值黏度、低谷黏度、最终黏度均显著提高,直/支比降低。反义trxs基因对小麦籽粒蛋白质品质的影响因品种类型而异,其中弱筋小麦的总蛋白、清蛋白、球蛋白、谷蛋白含量显著减少,醇溶蛋白含量显著增加,面粉的形成时间和稳定时间降低。强筋小麦除清蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白含量减少外,面团的粉质和拉伸参数变化不明显。上述结果说明,反义trxs基因导入有利于两种品质类型小麦籽粒淀粉品质的改善,并在一定程度上改善了弱筋小麦的烘焙品质。     

马铃薯品质性状分子育种研究进展

较为简要地叙述了目前马铃薯品质性状分子育种研究进展状况,对马铃薯炸片颜色基因、高蛋白质基因两品质性状的分子标记研究进展以及利用基因工程技术提高马铃薯淀粉含量、降低还原糖含量、提高蛋白质含量、选育优质品种等方面的进展情况进行了描述,并对利用分子育种技术改良马铃薯品质研究中分子标记、基因工程技术上存在的问题作以探讨,为今后开展马铃薯分子育种研究奠定基础,同时对利用分子育种技术改良马铃薯品质前景进行了展望。     

玉米杂种优势与相关酶活性的关系

玉米淀粉的杂种优势表现最优,本试验对普通玉米8个自交系和配组的杂交组合的淀粉合成酶活性进行了研究,通过比较玉米淀粉合成过程中的酶活性,研究玉米杂种优势与几种酶活性的关系。结果表明,AGP、SSS、GBSS、SBE和DBE酶的活性在8个亲本(自交系)之间没有差异。除DBE酶活性在F1杂交组合中差异显著,其它4种酶差异均不显著;另外,GBSS酶活性在亲本(自交系)自交系与F1杂交系之间存在差异。组合中GBSS的中亲优势最高,中亲优势平均值为8.14%,范围在-60.50%～130.85%之间,有15个组合表现出正向超中亲现象。本研究中,AGP、SSS、GBSS、DBE和SBE这5个酶对玉米的产量、株高、穗粒重和千粒重等性状影响不大,而AGP、SSS、GBSS、SBE和DBE这5个酶对穗长有影响。     

马铃薯品种（系）淀粉与产量表现稳定性分析

为选育高淀粉加工型马铃薯品种（系）,以21份马铃薯品系和黑龙江垦区2个主栽品种垦薯1号、大西洋为试验材料,测定马铃薯块茎产量、淀粉含量、淀粉产量及直链淀粉含量。结果表明,马铃薯的块茎产量、淀粉含量、淀粉产量及直链淀粉含量存在着环境与基因型极显著的互作关系（P<0.01）,但基因型影响效应大于环境因素（P>0.05）;参试品种（系）的产量为17 552~49 639kg/hm²,淀粉含量13.17%~19.66%,淀粉产量2428.17~8792.31kg/hm²,直链淀粉含量13.21%~21.30%;通过与对照品种比较,从21份马铃薯品系中筛选出高产、稳产、高淀粉含量和高淀粉产量的品系4份。结果为选育高淀粉含量、稳定性强的马铃薯品种提供科学依据。     

玉米MS22基因生物信息与GRX基因进化分析

谷氧还蛋白(glutaredoxin,GRX)是一类小分子氧化还原酶,在植物生长发育调控及逆境胁迫中起着重要调节作用。本研究拟对玉米MS22基因的生物信息及玉米中GRX基因家族的亲缘进化进行分析研究。通过对MS22基因的生物信息分析,发现MS22基因全长881 bp,编码159个氨基酸,属于CC型谷氧还蛋白。玉米基因组中共鉴定出22个GRX类基因,其中有6个基因为GRX-subⅠ,7个基因属于GRX-subⅡ,9个基因属于GRX-subⅢ。通过聚类分析发现MS22属于GRX-subⅢ类型,该蛋白与不同来源CC型谷氧还蛋白的氨基酸序列保守性较高,一致率介于61%~87%之间。通过该研究对玉米中该类型基因的进一步研究具有较好的理论指导意义。     

高淀粉马铃薯种质资源核心样品的初建

以国家种质克山马铃薯试管苗保存库保存的1910份种质资源为研究材料,筛选出淀粉含量大于17%的高淀粉马铃薯种质资源103份,在22个表型性状聚类的基础上,按最大遗传距离取样法取样,并依据代表性检测加以调整,提出在生产上或育种中起过重要作用的品种(系)为必选材料,初步构建了高淀粉马铃薯种质资源核心样品16份,占高淀粉马铃薯全部种质的15.5%。     

小麦籽粒灌浆过程中淀粉去分支酶的类型、活性及其纯化

以小麦品种鲁麦21和烟优361（低支链淀粉含量）、鲁麦1号和济宁13（中支链淀粉含量）、济南16和糯麦2号（高支链淀粉含量）为材料,采用分光光度、聚丙烯酰胺凝胶电泳和高效液相色谱法,对小麦籽粒灌浆成熟过程中异淀粉酶和极限糊精酶的活性变化、类型特征及酶解产物进行了分析,并利用硫酸铵沉淀、葡聚糖凝胶层析（G-100）和阴离子交换柱层析（DEAE）分别对两种淀粉去分支酶进行了分离纯化。结果表明,两种淀粉去分支酶均存在于淀粉合成过程中;在灌浆成熟过程中,6个品种的两种淀粉去分支酶活性都在15 d左右达最高值,且异淀粉酶活性呈单峰曲线,而极限糊精酶活性呈波浪形曲线,在25 d左右又出现另一峰值;纯化后的异淀粉酶和极限糊精酶分子量分别为83和100 kD。高效液相色谱图谱表明,以支链淀粉为底物时生成葡萄糖和糊精,以普鲁蓝为底物时只生成麦芽三糖。     

反义Trxs基因导入对弱筋小麦豫麦18淀粉积累及淀粉合成关键酶表达的影响

以转反义硫氧还蛋白基因小麦TY18-99和TY18-100及其相应未转基因对照为材料,于2007-2009年通过盆栽试验系统研究了反义Trxs基因(anti-Trxs)导入对弱筋小麦豫麦18籽粒灌浆过程中淀粉积累、淀粉合成关键酶活性以及淀粉合成酶基因表达的影响。结果表明,反义Trxs基因对小麦籽粒淀粉积累有一定的正效应。2个转基因株系的总淀粉和支链淀粉的积累速率较对照显著提高;在整个籽粒形成过程中,反义Trxs基因导入显著提高了淀粉分支酶(SBE)活性。在籽粒灌浆中期和后期,反义Trxs基因导入显著提高了腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)和可溶性淀粉合酶(SSS)活性,降低了颗粒束缚型淀粉合酶(GBSS)活性。实时荧光定量RT-PCR分析表明,反义Trxs基因促进了AGPase、SBE I和SSS (SSS I、SSS II和SSS III)基因的表达,抑制了GBSS I基因的表达。上述结果说明,反义Trxs基因导入后促进了AGPase、SBE I和SSS基因的转录,从而使籽粒灌浆期间的淀粉积累速率发生了改变,最终显著提高了总淀粉和支链淀粉的含量,降低了直链淀粉含量,进而提高了淀粉的支/直比,这可能是转基因小麦淀粉品质改善和产量提高的主要原因。     

马铃薯耐旱品种的鉴定及StAREB基因生物信息学分析

随着沙漠化面积的不断扩大,耐旱品种马铃薯的培育对生产越来越重要。本试验用PEG-6000模拟干旱,研究六个马铃薯组培苗生理指标的变化。结果表明,随PEG-6000浓度的升高,六个马铃薯品种的脯氨酸(Pro)含量、丙二醛(MDA)含量、过氧化物酶(SOD)活性和过氧化氢酶(CAT)活性都出现了先升高后降低的现象,且‘荷兰15’上升快,下降慢,说明其对干旱胁迫具有较强的耐受性。利用NCBI进行检索,得到马铃薯耐旱相关基因StAREB。生物信息学分析发现,StAREB总计编码453个氨基酸,多肽链属于非分泌型、疏水性蛋白。二级结构预测发现,该蛋白含有α-螺旋、延伸链和无规则卷曲分别为123、75和255处。本研究结果表明,六个品种中‘荷兰15’的耐旱能力最强,对选育耐旱马铃薯品种具有指导意义。     

施氮处理对水稻颖果淀粉积累和相关酶活性的影响

以扬稻6号和粳稻941为材料,通过盆栽试验,研究了不同施氮处理对水稻颖果淀粉积累和相关酶活性的影响。结果表明,增加穗肥施氮量显著降低颖果中的可溶性糖含量,淀粉含量有降低的趋势,但不明显。颖果中直链淀粉和支链淀粉含量随粒重的增加而上升,二者积累具有同步性;增加穗肥施氮量能显著降低颖果中直链淀粉含量,并使颖果中直链/总淀粉的比例降低,其效果要好于分蘖期施氮。分蘖期或孕穗期增施氮肥可以显著提高灌浆中、后期颖果中的ADPG焦磷酸化酶(AGP)、可溶性淀粉合酶(SSS)和淀粉分支酶(SBE)的活性,降低颖果中淀粉粒结合型淀粉合酶(GBSS)的活性。就施氮时期来看,孕穗期施氮(LH)对这些酶的促进或抑制效果好于分蘖期施氮(HL)。