青稞籽粒 β -葡聚糖含量影响因素研究进展

β -葡聚糖是青稞籽粒的重要品质性状之一,为青稞水溶性膳食纤维的重要组成部分,较高含量的β -葡聚糖具有改善肠道健康、降血糖和血脂、预防肿瘤、提高免疫力等功能特点。为了给青稞籽粒β -葡聚糖的深入研究及应用提供参考,通过查阅近年相关文献,在对青稞籽粒β -葡聚糖的含量、功能特点、合成机制进行了总结和归纳的基础上,综述了影响青稞籽粒β -葡聚糖含量的因素、β -葡聚糖与糖代谢的关系及其相关酶和基因,并对今后的研究进行了展望。     

AM真菌对西藏青稞抗旱性影响的研究

青稞是西藏自治区栽培面积最大（占粮食作物播种面积的60％左右）、产出量最多、分布最广的农作物种类。据研究报道，西藏青稞β-葡聚糖平均含量为5．25％，最高的达8．62％，迄今为止，国内外大麦β-葡聚糖平均含量尚无一例超过西藏青稞的平均含量。生物医学界普遍认为β-葡聚糖具有清肠、降血脂、降胆固醇和预防心血管疾病的作用，还可以调节血糖、提高免疫力、抗肿瘤。     

枯草芽孢杆菌ZJF-1A5 β-葡聚糖酶基因的克隆、序列分析和表达

β-1,3-1,4-葡聚糖酶是重要的工业用酶,可有效减少大麦β-葡聚糖在啤酒酿造中所造成的麦汁过滤困难和啤酒的非生物性浑浊等负面影响.但内源β-葡聚糖酶在麦芽干燥和糖化过程中丧失了大部分活性.而微生物来源β-葡聚糖酶与麦芽内源酶有相同的底物专一性,且热稳定性优于麦芽内源酶.本研究对Bacillus subtilis mutant ZJF-1A5葡聚糖酶基因进行克隆、序列分析和表达,并对酶在细胞中的分布和酶的热学性质进行了研究.     

枯草芽孢杆菌ZJF-1AS ββ-葡聚糖酶基因的克隆、序列分析和表达

β-1，3．1，4-葡聚糖酶是重要的工业用酶，可有效减少大麦β-葡聚糖在啤酒酿造中所造成的麦汁过滤困难和啤酒的非生物性浑浊等负面影响。但内源β-葡聚糖酶在麦芽干燥和糖化过程中丧失了大部分活性。而微生物来源β-葡聚糖酶与麦芽内源酶有相同的底物专一性，且热稳定性优于麦芽内源酶。本研究对Bacillus subtilis mutant ZJF-1A5葡聚糖酶基因进行克隆、序列分析和表达，并对酶在细胞中的分布和酶的热学性质进行了研究。     

大麦白粉病抗性的遗传分析与QTL定位

为探究大麦白粉病抗性遗传,定位其抗性QTL,本研究以抗病品种Gairdner和感病品种扬饲麦1号杂交F₁花药培养构建的DH群体及亲本为材料,对大麦白粉病抗性进行鉴定与遗传分析,并利用91对在亲本间多态性好的SSR标记构建了群体的遗传连锁图谱,采用Windows QTL IciMapping 4.0软件中的完备区间-加性模型对大麦白粉病抗性QTL进行定位。结果表明,DH群体各系间存在丰富的大麦白粉病抗性遗传变异。共检测到5个与大麦白粉病抗性相关的QTLs。其中3个时期均检测到qPM-2Ha位于Bmag0711-AWBMS56区间,可解释的表型变异为7.48%~12.50%;qPM-4Ha位于EBmac0906-HVM68区间,可解释的表型变异为23.07%~32.09%;2个时期均检测到qPM-2Hb位于Bmag0749-GBM1475区间,可解释的表型变异为6.22%~8.13%。qPM-2Ha、qPM-4Ha及qPM-2Hb白粉病抗性基因均来源于抗病亲本Gairdner, qPM-3Ha和qPM-4Hb白粉病抗性基因来源于感病亲本扬饲麦1号,qPM-2Hb和qPM-3Ha可能是2个新的大麦白粉病抗性QTLs位点。本研究结果为大麦白粉病抗性基因的发掘、精细定位、克隆及分子标记辅助选择育种奠定了基础。     

青稞OMT1基因克隆及原核表达分析

类黄酮O-甲基转移酶(FOMT)是一种在植物甲基化黄酮代谢合成中有着重要作用的酶,但在中国青藏高原的特色作物青稞中研究较少。为了更好了解该酶及编码基因在青稞中的生理功能及作用,以高总黄酮青稞品系94-19-1为材料,通过RT-PCR扩增、克隆得到青稞OMT1基因的ORF序列。结果表明,该基因ORF长1 071 bp,编码356个氨基酸,预测蛋白分子量为38.65 KDa,等电点为5.33。序列比对分析发现,所克隆的基因与NCBI数据库收录的大麦Hv OMT1基因有99.44%的一致性,氨基酸序列存在5个残基差异,编码的蛋白序列具有OMT蛋白家族典型的保守结构域。进一步将该基因连接到原核表达载体转化大肠杆菌,最终成功将该基因所编码的蛋白在大肠杆菌诱导表达,并利用亲和层析柱分离技术,将该表达蛋白进行了纯化。这为进一步研究该酶蛋白功能和选育高品质青稞品种奠定了基础。     

青稞中主要功效成分最新研究进展

青稞是禾本科大麦属的一种古老的谷类作物,具有较高的营养价值和功效作用。本文综述了近3年来国内外有关青稞中含有的β-葡聚糖、酚类、黄酮类化合物、γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid, GABA)等活性成分的最新研究进展,并对今后青稞营养功效的发展前景进行了展望。     

内生解淀粉芽胞杆菌β-1,3-1,4-葡聚糖酶基因(bglS)的克隆与表达及酶学特性分析

β-1,3-1,4-内切葡聚糖酶普遍存在于植物内生芽胞杆菌中,为了探讨其功能,以内生解淀粉芽胞杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)TB2菌株基因组为模板,克隆了β-1,3-1,4-内切葡聚糖酶基因(bglS).测序结果表明,该基因的ORF全长732 bp,编码一条243个氨基酸的蛋白,理论分子量约为27.33 kD,等电点约为6.89,其ORF序列已登录GenBank(Accession No.EU368224).Blast同源性分析结果表明,该基因的ORF序列与植物互作生防解淀粉芽胞杆菌(B.amyloliquefaciens FZB42,GenBank Accession No.CP000560)的β-1,3-1,4-葡聚糖酶基因核苷酸序列的一致性达97.3%,氨基酸序列的一致性达97.1%.将β-1,3-1,4-内切葡聚糖酶基因全长克隆至pUC18载体上,利用基因自身的启动子构建重组表达载体pUC-bglS,并导入大肠杆菌(Escherichia coli)BL21菌株中表达.SDS-PAGE分析表明,BL21::pUC-bglS菌株表达了27 kD左右的蛋白;该酶的最适反应温度为55℃,在50℃以下保温60 min后残余80%以上酶活;最适反应pH为6.2,在pH4.4～6.8 4℃保温30 min残余85%以上的酶活;Ca2+和Fe肛可提高β-1,3-1,4-葡聚糖酶的活性,而Cu2+、Zn2+、Mg2+和Mn2+对其活性具有显著的抑制作用.实验结果为进一步研究植物内生解淀粉芽胞杆菌TB2 β-1,3-1,4-葡聚糖酶的功能和应用打下了基础.     

青藏高原青稞产量性状与品质性状PLS模型优化的研究

为构建并不断优化青藏高原青稞株高、穗粒数、千粒重等产量性状因子与赖氨酸、β-葡聚糖等品质性状因子的数学模型,揭示高原青稞产量性状因子与品质性状因子之间内在联系,本研究利用偏最小二乘回归(PLSR)法,对从青藏高原不同的生态种植区采收的83份青稞的产量性状和品质性状进行数学模型优化研究。结果表明,产量性状和品质性状PLS(考虑互作项)模型精度最高。影响赖氨酸的产量性状因子依次为穗长小穗密度千粒重株高穗粒数;影响淀粉的产量性状因子依次为穗长小穗密度穗粒数穗长和小穗密度互作株高穗长和千粒重互作;影响β-葡聚糖的产量性状因子依次为小穗密度穗长株高千粒重穗长和小穗密度互作;影响蛋白质的产量性状因子依次为小穗密度千粒重穗粒数穗长株高。其中,穗长、小穗密度、千粒重等产量性状因子对高原青稞赖氨酸、β-葡聚糖等品质性状影响较大,但正负不一。综上,高原青稞品质性状是各产量性状因子综合作用的结果。本研究为指导高原青稞优质高产育种和栽培提供了理论依据。     

水稻DH群体(CJ06×TN1)稻米品质相关QTL分析

对于不同品种和不同种植环境中的稻米品质进行数量性状位点(quantitative trait locus,QTL)检测分析,可为分子遗传育种提供实验数据。本研究以粳稻(Oryza sativa ssp.japonica)春江06(CJ06)和籼稻(Oryza sativa ssp.indica)台中本地1号(TN1)杂交衍生的加倍单倍体群体(double haploid,DH)为试材,在西南地区种植并检测与稻米品质相关的特征值,进行QTL定位与分析,以期了解该生态环境对稻米品质的影响,为水稻品质的分子改良育种提供理论依据。经检测分析,共获得13个与稻米粒型、直链淀粉含量以及淀粉RVA(rapid viscosity analysis)谱特征值相关的QTLs,其中5个与粒型相关、7个与RVA谱相关、1个与直链淀粉相关。上述QTLs分别分布在第1、2、3、6、7、8、10染色体,即q HPV-6、q CPV-6、q BDV-6、q CSV-6、q SBV-1、q SBV-6、q SBV-7、q RL-2、q RLW-2、q RLW-3、q RLW-8-1、q RLW-10、q AC-6;分别调控热浆黏度、冷胶黏度、崩解值、回复值、消减值、稻米粒长、稻米长宽比和直链淀粉含量。其中7个与RVA相关的QTLs,似然函数比值对数值(logarithm of odds,LOD)在2.55~13.18之间,单个QTL贡献率在7.03%~49.05%之间,除q SBV-1和q SBV-7贡献率较低,其余单个QTL位点的贡献率均在25%以上,属于主效QTLs。此外,与RVA相关的5个QTLs—q HPV-6、q CPV-6、q BDV-6、q CSV-6及q SBV-6均定位于6号染色体同一区间,在该区间内还检测到1个与直链淀粉含量相关的主效QTL(q AC-6),其贡献率达到45.21%;生物信息学分析发现,该区间包含已被克隆的直链淀粉合成相关的Waxy(Wx)基因。粒型方面共检测到5个具有加性效应的QTL位点,LOD值在3.16~8.47之间,单个QTL贡献率在8.95%~27.23%之间,其中q RL-2、q RLW-3、q RLW-8等3个区间内包含了3个已被克隆的主效QTLs—GW2、GS3以及GW8。本研究通过QTL检测分析,为水稻品质的分子改良育种提供了基础资料。     

生态条件对大麦产量及β-葡聚糖含量的影响

为明确不同生态条件下大麦籽粒产量及β-葡聚糖含量的环境效应,选取了11个不同的大麦品种,在全国6个生态条件有差异的试点种植。结果表明,各试点间大麦籽粒产量差异显著,襄樊试点平均产量最高;苏啤3号大麦在6个试点的平均产量最高,达5391.7kg/hm2,与其他品种差异显著。各试点及各品种间,大麦籽粒β-葡聚糖含量差异也达到显著水平。G231M004M大麦在6个试点β-葡聚糖含量的平均值显著高于其他品种;各个大麦品种在保山试点的籽粒β-葡聚糖含量均明显高于其他试点。因此,选取特定品种种植在适宜的生态条件下对调节大麦籽粒产量和β-葡聚糖含量具有积极意义。     

施氮与不施氮条件下玉米开花期相关性状的 QTL 定位

【目的】 探究施氮与不施氮对玉米开花期相关性状变异的影响,并定位相关 QTLs。 【方法】 以玉米的骨干自交系综 3 为供体亲本,许 178 为受体亲本,通过杂交、回交和分子标记辅助选择的方法,构建了一套以许 178 为遗传背景的综 3 染色体单片段代换系 (SSSLs) 群体,其中包含 160 个单片段代换系。以这套 SSSLs 以及许 178 为材料,采用裂区试验设计,在施氮 (N+) 和不施氮 (N–) 条件下,通过一年三点 (贵州贵阳、德江和云南罗平) 的表型评价,利用复合区间作图法对玉米散粉期、吐丝期和散粉–吐丝间隔期 (ASI) 3 个开花期相关性状进行 QTL 定位。 【结果】 在基因组范围内,2 种氮处理条件下共定位到 54 个开花期相关性状 QTLs,主要定位在第 1、3、6、9 和 10 染色体上。其中 5 个 QTLs 在 3 个环境中均被检测到。施氮条件下,吐丝期 (DTS) 相关位点qDTS9a,位于第 9 染色体,可解释表型变异的 3.05%;吐丝散粉间隔期 (ASI) 相关位点qASI10a,位于第 10 染色体,可解释表型变异的 30.74%。不施氮条件下,散粉期 (DTP) 相关位点qDTP9,可解释表型变异的 3.43%;吐丝期相关位点qDTS9a,位于第 9 染色体,可解释表型变异的 4.08%;ASI 相关位点qASI10,位于第 10 染色体,可解释表型变异的 50.28%。对不同处理条件下的定位结果比较发现,不施氮条件下检测到的 QTLs 数目显著高于施氮条件下的检测数量。 【结论】 不同氮素处理下存在一些共有的控制玉米开花期相关的遗传区段,分别位于 Bin9.02 (umc1170-umc1636-bnlg1401-umc1271) 和 Bin10.04 (umc1077-umc1053-umc2350),这些区段可能在玉米氮素吸收、转运和利用过程中起重要作用,可作为下一步精细定位和图位克隆玉米开花期相关基因的重要候选区域。      

源于厌氧真菌Orpinomyces sp.PC-2的xynA在毕赤酵母中的高效表达及其酶学性质分析

β-D-1,4-内切木聚糖酶(endo-1,4-β-D-xylanase,xynA,EC.3.2.1.8)简称β-木聚糖酶(β-xylanase),是木聚糖降解酶系中最重要的成员,广泛用于饲料、食品、造纸和生物能源等领域.厌氧真菌Orpinomyces sp.PC-2 xynA具有潜在的开发价值,但是其异源表达的活性较低.本研究根据毕赤酵母(Pichia pastoris)对基因密码子偏好性,对厌氧真菌Orpinomyces sp.PC-2的xynA进行密码子优化.通过全基因合成技术合成优化后的xynAm,并克隆到毕赤酵母表达载体pPIC9K的多克隆位点,构建重组质粒pPIC9K-xynAm,电击转化至毕赤酵母GS115菌株中,以29℃、0.5％甲醇诱导表达,获得重组xynA,并对该酶的酶学特性进行了研究.结果表明,在摇瓶水平条件下,诱导表达108 h时重组β-木聚糖酶活性达到最大值,为612 IU/mL.在10L发酵罐中诱导表达96 h后,xynA的活性为3 515 IU/mL,比活性为2 411 IU/mg;菌体培养湿重、干重和培养上清总蛋白质的浓度分别为324、156和2.25 g/L.非变性十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺(sodiumdodecyl sulfate-polyacrylamide gel electropheresis,SDS-PAGE)凝胶电泳显示,重组木聚糖酶的分子量约为42.7 kD.酶学性质分析表明,重组β-木聚糖酶的最适反应温度为55℃,最适反应pH 6.0,在温度为30～50℃、pH 4.0～10.6之间该酶具有较好的稳定性,其Km=27.86 mg/mL,Vmax=277.78 mg/(mL· min).底物特异性分析表明,重组xynA可水解低粘度阿拉伯木聚糖、高粘度阿拉伯木聚糖、燕麦木聚糖、桦木木聚糖和4-O-甲基-D-葡萄糖醛酸-D-木聚糖,但不降解大麦(Hordeum vulgare)β-葡聚糖和地衣多糖.10 mmol/L的Co2+和K+对该酶的活性略有激活作用,Mn2+、Fe2+和SDS对该酶活性有一定的抑制作用.本研究为进一步工业化应用来源于厌氧真菌Orpinomyces sp.PC-2的β-内切木聚糖酶奠定了基础.     

青海黑青稞营养及活性成分分析与评价

为明确青海不同品种黑青稞的营养及化学成分含量,筛选优异种质资源,本研究开展了12种黑青稞营养及化学成分分析与评价。结果表明,参试黑青稞蛋白、总淀粉、直链淀粉、粗脂肪、粗纤维、灰分、β-葡聚糖含量在部分品种间存在显著差异(P<0.05),黑青稞具有较高含量的蛋白质(12.19%~14.07%)、纤维(2.13%~3.64%)、直链淀粉(18.96%~25.94%)和β-葡聚糖(3.91%~7.50%);参试黑青稞中Ca、K、Zn含量存在品种间显著差异(P<0.05),其余测定的矿物质含量存在部分品种间显著差异(P<0.05),其中K(581.42 mg·100g^-1)、Mg(171.90 mg·100g^-1)、Ca(90.28 mg·100g^-1)、Na(17.33 mg·100g^-1)含量较高;参试黑青稞蛋白中总必需氨基酸含量平均值为319.90 mg·g^-1(接近WHO/FAO推荐值360 mg·g^-1),第一限制性氨基酸为赖氨酸,第二限制性氨基酸为甲硫氨酸和胱氨酸,第三限制性氨基酸为苏氨酸;参试部分黑青稞品种的总酚、游离酚、结合酚、总黄酮、游离黄酮、结合黄酮及花色苷含量存在显著差异(P<0.05);主成分筛选出950、Z536、Z533黑青稞综合品质较优,聚类分析将12个黑青稞品种分为4类,第1类蛋白质、多酚、黄酮、β-葡聚糖含量较高;第2类花色苷、氨基酸含量较高;第3类纤维含量较高;第4类淀粉含量较高。本研究结果为黑青稞营养功能品质评价及加工利用奠定了基础,也为特异青稞资源的筛选提供了参考。     

费氏弧菌β-内切葡聚糖酶基因在大肠杆菌中的表达及酶学分析

以费氏弧菌（Vibrio fischeri）EM17基因组DNA为模板，通过PCR方法克隆了该菌的β-内切葡聚糖酶基因（GenBank Accession Number : EF533943）。将其插入到表达载体pGEX-6p-1中，转化大肠杆菌BL21（DE3），诱导表达。测序结果经DNAMAN软件分析，该基因与GeneBank中费氏弧菌 ES114基因组预测的β-内切葡聚糖酶基因同源性达到97.1％，但与GeneBank中其他β-内切葡聚糖酶基因同源性较低。酶学性质研究表明，该酶的最适反应温度为60℃，最适反应pH值为9.0。同时研究了6种金属离子对该酶活性的影响，结果显示该酶活性依赖金属离子的存在 Mg2+，Ca2+对酶有激活作用，Mn2+, Pb2+则严重抑制该酶的活性。     

编码日本梨树(Pyrus pyrifolia )花粉类β-1,3-葡聚糖酶蛋白的cDNA克隆与核苷酸序列

构建了日本梨树(Pyrus pyrifolia)花粉cDNA文库,发现了一个编码花粉管分泌的类β-1,3-葡聚糖酶蛋白(BGN-1)的cDNA(bgn-1)并测定了其序列.bgn-1由1408 bp组成,包括47 bp的5'-非翻译区,由1194bp组成并编码了397个氨基酸的ORF和167 bp的3'-非翻译区.3'-非翻译区含有1个NUE(AATTAA)和3个似FUE的基序,分别位于1369～1374(AATTAA)、1320～1325、1327～1332(TTTTTA)和1363～1368(TTTGGA).bgn-1编码的蛋白(BGN-1)与DDBJ中的植物β-1,3-葡聚糖酶的序列相似性范围为37%～59%,与3D结构已知的大麦β-1,3-葡聚糖酶(GⅡ)的序列相似性为39.7%.对GⅡ与BGN-1进行的疏水簇分析(HCA同源分为87.1%,＞75%的一般标准)和使用3D-PSSM软件进行的分析暗示,BGN-1的3D结构与大麦GⅡ同源性最大(≥95%的肯定度).BGN-1的信号肽长度为22 aa,成熟的BGN-1(375 aa)的理论分子量为4 0723 D,理论pI值为9.59,诊断氨基酸残基模式(D,L,S,L)与禾谷类的与生长相关的亚家族D的诊断氨基酸残基模式(D,L,S,Q)极相似.在BGN-1的C-端延伸区的位点352～367之间发现了1个功能不清,重复出现的ProXXPro结构.     

巴斯德毕赤酵母新型分泌表达载体构建

巴斯德毕赤酵母分泌表达载体pPICINU是利用来源于克鲁维酵母（Kluyveromyces marxianus)的菊粉酶基因信号肽DNA序列（ISP）构建的。表达实验结果表明，带有分泌表达载体pPICINU的β-1，3－1，4葡聚糖酶基因重组菌，具有与带有表达载体pPIC9K(带有α因子信号肽）的β-1，3－1，4葡聚糖酶基因重组菌相同的分泌效率。     

木霉β—1，3—1，4—葡聚糖酶性质及其cDNA片段克隆

本研究探讨了里氏木霉GXC的-1,3-1,4-葡聚糖酶特性，克隆和分析了酶基因片段。结果表明，粗酶液经硫酸铵沉淀、SephadexG-25、SephadexG-100和DEAE-SephadexA-50柱层析得到纯-1,3-1,4-葡聚糖酶；经12.5%SDS-PAGE凝胶电泳表明，该酶的分子量为35.21kD；酶最适反应pH5.0，最适反应温度为60℃；Michaelis-Menten动力学分析表明，-1,3-1,4-葡聚糖酶的Km和Vmax分别为10.86mg/mL和14286mol/(minmg)。通过RT-PCR方法扩增并克隆了-1,3-1,4-葡聚糖酶cDNA片段，测序表明,该片段长度为280bp；同源性分析显示，该cDNA片段与水解淀粉芽孢杆菌、厌氧真菌OrpinomycesstrainPC-2、枯草芽孢杆菌中的-1,3-1,4-葡聚糖酶的基因片段有较高的同源性，分别为90%，79%，91%。     

不结球白菜β-1,3-葡聚糖酶基因cDNA全长的克隆与表达分析

以不结球白菜(Brassicacampestrisssp.chinensis)抗病自交系雪克青为实验材料,通过RACE技术,获得了不结球白菜β-1,3-葡聚糖酶基因的cDNA全长序列。序列分析发现,该基因全长1275bp,编码363个氨基酸,分子量40.66kD,等电点(pI)9.27。推导的氨基酸序列与芜菁bg1基因具有96%的同源性,与拟南芥bg2基因具有61%的同源性,与其它植物β-1,3-葡聚糖酶基因的同源性为49%￣57%。将该序列提交GenBank,登录号为AY836001。Southern杂交显示该基因在不结球白菜基因组中的拷贝数多于1个。半定量RT-PCR分析表明,该基因有低水平的组成型表达,在霜霉病菌(Peronosporaparasitica)诱导后24h其表达量达到高峰。     

枣遗传图谱构建研究进展

枣遗传图谱是枣树分子辅助育种的重要工具之一。高质量的枣遗传图谱在遗传演化分析、QTLs基因定位等研究中发挥了重要作用。为开展图位克隆重要农艺性状基因、加快枣育种进程,本文简要概述了目前国内外枣遗传图谱的研究进展,包括设计亲本组合、真实子代鉴定、构建作图群体、遗传图谱构建和相关QTL定位研究等方面,进一步探讨前人研究存在的问题并提出相关解决措施,为开展筛选农艺状候选基因和枣分子辅助育种研究奠定了理论基础。