海南培育出高产高淀粉条薯新品种

木薯既是重要的粮食作物，也是重要的能源植物。近日，国家973计划项目“重要热带作物木薯品种改良的基础研究”在海口通过课题验收。项目完成木薯野生祖先种和栽培种两个全基因组测序，覆盖基因区遗传密码的95％，发现2．8万余个共有基因模型，以及栽培与野生种中特有的基因。尤为重要的是，通过比较基因组和转录组，首次揭示了栽培木薯高光效、光合产物运输及淀粉高效积累途径基因的进化特征，据此提出了木薯碳硫分配和块根淀粉高效积累模型，为木薯分子辅助育种奠定了良好的基础。项目组专家们还创建木薯基因组数据库；设计了基因的系统检索工具；发展了生物技术育种新技术，结合常规育种培育出淀粉改性（包括糯性）、抗产后生理衰变PPD及高淀粉、高产量的木薯新种质和新品种，比如SCl2、新选048两个新品种，以及一批兼具耐寒、高产高淀粉的新种质，为木薯产业的良性发展提供了新的契机。     

麻栗坡县木薯丰产栽培技术

正麻栗坡县位于云南省东南部,有40%的耕地分布在海拔1000米以下的亚热带地区,年均温在18℃以上,适宜木薯种植。木薯在该县有上百年的栽培历史,但栽培零星,不成规模,发展速度缓慢,2000年全县木薯种植面积仅5000亩。自"十一五"以来,省、州、县各级人民政府将木薯生产作为生物资源开发的重要项目,把木薯产业作为高原特色农业产业加以扶持,引进龙头企业,采取"公司+基地+农户"的种     

木薯EIN3基因的序列分析及其乙烯和茉莉酸甲酯诱导表达特性

木薯是一种重要的能源和淀粉作物,具有较强的抗逆性和耐贫瘠等能力。为研究木薯中EIN3基因如何被逆境信号调控,对木薯基因组数据库中的EIN3基因进行了序列分析,表明其具有典型的EIN3-like protein DNA结合结构域;其启动子区具有茉莉酸响应元件等多种响应元件。本研究以木薯品种"华南八号"悬浮培养细胞为材料,利用q RT-PCR检测木薯EIN3基因在乙烯利和茉莉酸甲酯处理后的表达特性。结果显示:EIN3在乙烯处理后,基因表达在8 h内呈现持续上升趋势;而茉莉酸甲酯处理后则整体呈现先上升后下降的趋势,且在2 h基因表达量最大。说明EIN3基因可被乙烯和茉莉酸信号调控,并推测其可受不同激素信号的整合后的综合调控,可参与到植物体内一系列多种生理生化过程。     

木薯SR家族基因的克隆和亚细胞定位

木薯(Manihot esculenta Crantz)是热带地区重要的粮食和能源植物,关于木薯的分子生物学研究对栽培品种的遗传改良和性状优化具有积极的理论指导意义。本研究以木薯基因组数据库为基础,Gateway誖技术为主要手段,克隆了木薯剪接因子SR蛋白(MeSRs)家族18个成员,进行生物信息学分析和亚细胞定位。通过氨基酸序列同源性分析将其分为6类;蛋白理化性质分析表明,由于富含带正电荷的Arg残基,SR蛋白均为亲水的碱性蛋白。通过在烟草叶表皮细胞中表达GFP融合蛋白,发现全部18个基因都具有位于细胞核中的荧光信号,表明木薯SR蛋白是核定位蛋白。本研究为后续深入探究木薯剪接因子SR蛋白家族基因功能及选择性剪接的调节机制提供科学帮助。     

木薯谷胱甘肽过氧化物酶(MeGPX)基因全基因组鉴定及表达分析

谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)作为一种抗氧化剂,在植物调节细胞活性氧(ROS)稳态和逆境胁迫响应方面起着重要作用,但至今未对木薯GPX基因家族开展系统研究。本研究利用生物信息学手段在木薯全基因组水平上对GPX基因家族成员进行鉴定,并分析其蛋白理化性质、进化关系、染色体定位、基因结构、启动子顺式作用元件及表达模式等。结果表明,木薯基因组中共有6条GPX基因,编码氨基酸数目在164～238之间,分别在6条染色体上不均匀分布;系统进化分析将木薯、拟南芥、水稻、玉米和毛果杨的GPXs分成7个类群,且类群之间具有相似的保守基序和外显子-内含子结构;启动子顺式作用元件分析发现MeGPXs包含多种激素响应、生长发育和胁迫响应相关的顺式作用元件;表达分析结果显示,MeGPX基因家族成员在植物不同组织之间和不同生物和非生物胁迫下表达,表明各成员在木薯抗逆响应过程中起到的作用不一致;RT-qPCR结果显示,MeGPX1,MeGPX5和MeGPX6的表达量在木薯细菌性枯萎病侵染后呈显著上调趋势(P<0.05)。本研究结果将为深入研究木薯GPX基因家族功能提供理论支持。     

木薯Ⅴ型几丁质酶MeCHITVb基因克隆及其表达载体构建

几丁质酶在生物逆境环境和非生物逆境环境中发挥着重要作用.为研究木薯几丁质酶在响应低温胁迫下的分子作用机制,利用RT-PCR技术,从木薯耐低温品种SC124中克隆到CHITVb基因,利用平末端连接技术构建pEASY-MeCHITVb克隆载体,用于测序确定目标基因序列,并对其序列进行分析,构建植物表达载体.结果 表明,成功克隆木薯CHITVb基因,命名为MeCHITVb.通过生物信息学分析,该基因全长1050 bp,编码349个氨基酸,理论相对分子量为38.08 kD,理论等电点为4.53,是一种稳定蛋白.经序列比对和系统进化树分析表明,MeCHITVb基因与烟草、拟南芥V型几丁质酶基因亲缘关系最近.用pEASY-MeCHITVb与植物表达载体pISV2678构建重组子pISV-MeCHITVb,利用"Golden Gate"克隆方法构建基因编辑载体CRISPR/Cas9-MeCHITVb.将植物过表达的pISV-MeCHITVb和CRISPR/Cas9-MeCHITVb载体成功转化为根状杆菌LBA4404.本研究为后续MeCHITVb基因功能研究、木薯抗寒、抗病品种的选育及木薯北移栽培提供理论依据.     

木薯基因组SSR和EST-SSR在麻疯树和橡胶树中的通用性分析

利用木薯的419对EST-SSR引物和182对基因组SSR引物在5个麻疯树品系和2个橡胶树品系中进行通用性分析。结果显示,木薯EST-SSR在麻疯树和橡胶树中的通用性比例分别为55.85%和38.90%,而木薯基因组SSR在麻疯树和橡胶树中的通用性比例分别为37.36%和26.37%。由此推测,EST-SSR的通用性高于基因组SSR。此外,木薯EST-SSR和基因组SSR的通用性在麻疯树中高于在橡胶树中。本研究发掘的通用性SSR引物可以用于木薯、麻疯树和橡胶树间的比较作图、基因发掘和QTL定位研究。     

木薯苹果酸脱氢酶结构与功能预测及分析

木薯(Manihot esculenta Crantz)是世界重要的粮食作物,块根中富含淀粉,而苹果酸脱氢酶(MDH)在淀粉和糖代谢中具有重要作用。本研究采用生物信息学方法,对木薯MDH的其氨基酸序列、导肽、跨膜结构域、亲/疏水性、二级和三维结构及功能域进行分析及预测。结果表明,MDH在8种植物中的氨基酸组成成分基本一致,二级结构最大元件均为α-螺旋;MDH在大麦中为叶绿体基质蛋白,在小麦中为细胞质基质蛋白,木薯及其他作物中为线粒体基质蛋白;MDH在木薯中有2个功能域。以野生木薯近缘种W14(M.esculenta ssp.flabellifolia)块根为对照,利用q RT-PCR从转录水平对野生橡胶木薯(M.glaziovii)和栽培种SC205和SC8块根的MDH基因表达进行分析,发现MDH基因在橡胶木薯、SC205和SC8中均下调表达,这些结果对进一步验证木薯MDH的生物学功能提供重要依据。     

木薯氰化物合成限速酶CYP79D2基因克隆与序列分析

亚麻苦苷和百脉根甙等氰化物是木薯块茎、茎叶等组织或器官中的剧毒物质,细胞色素p450是调控氰化物生物合成的关键酶基因,克隆有关酶基因对于理解木薯氰化物代谢和通过转基因对木薯氰化物的改良具有重要意义。根据国际数据库中的木薯氰化物合成限速酶基因序列信息,设计特异引物,通过同源克隆法,从木薯中克隆出1626bp cDNA基因序列。序列分析表明,克隆基因共编码541个氨基酸,与数据库中的木薯CYP79D2基因在核苷酸序列、氨基酸序列同源性上均达到99％,并含有相应基因家族的保守区域,确定克隆到木薯CYP79D2全长基因。     

木薯MeTCP4转录因子的克隆、表达分析及植物表达载体的构建

TCP转录因子家族基因参与植物生长及环境胁迫的多重调节,然而该家族基因在木薯中少有研究。木薯TCP家族基因有36个,系统进化树分析MeTCP4家族可分为8个亚组。MeTCP4基因是木薯TCP家族36个基因之一,可被miR319转录后剪切。MeTCP4基因开放性阅读框(ORF)长1 269 bp,编码422个氨基酸,预测编码蛋白质相对分子质量为45.75 kD,理论等电点为6.17。从木薯基因组中成功克隆得到MeTCP4基因全长cDNA,荧光定量RT-PCR结果显示MeTCP4基因在各组织器官都有表达,根部表达最低、茎次之、叶子中表达最高并且MeTCP4基因受干旱及低温胁迫抑制。构建高、低植物表达载体,为进一步研究该基因的功能提供依据。     

木薯MeSWEET3b的基因克隆及功能分析

SWEET基因家族是近年新发现的一类糖转运蛋白家族,对植物的生长发育、激素平衡及植物与微生物互作等方面有着重要的调控作用。为了探索木薯SWEET基因的功能,本研究通过RT-PCR的方法从木薯主栽品种‘华南9号’(SC9)的叶片中克隆得到了木薯MeSWEET3b基因,并对其进行了生物信息学分析和功能的初步探究。结果表明,木薯MeSWEET3b蛋白具有典型的SWEET蛋白结构域的特征,含有2个Mt N3＿slv结构域和7个跨膜螺旋;MeSWEET3b与拟南芥AtSWEET3基因、水稻OsSWEET3a、OsSWEET3b基因高度同源,都属于CladeⅠ的第一分支;木薯MeSWEET蛋白定位在细胞膜上,且行使转运半乳糖的功能。此外,木薯MeSWEET3b基因还受到木薯黄单胞菌Xam的诱导而高表达。本研究明确了木薯SWEET家族成员MeSWEET3b转运半乳糖这一重要功能,且受到病原菌Xam的诱导表达。本实验结果为进一步揭示木薯体内光合产物从源到库的运输分配以及木薯与微生物互作机理提供了理论依据。     

烟草NtNCED基因的鉴定分析

脱落酸(abscisic acid,ABA)是植物生长、发育所需的重要植物激素,ABA在植物应对干旱、盐、病原菌等胁迫过程中也起到重要作用。烟草是一种重要的经济作物,尤其对于边远地区更为重要。目前国内外极端气候多发,在烟叶生产中,面临着干旱的影响,NCED基因家族是ABA合成路径上的关键基因。本研究在基因组范围内鉴定了栽培烟草的18个Nt NCED基因。基于系统进化相似性及保守结构域,将18个栽培烟草Nt NCED蛋白分为4组,组Ⅰ含有9个成员,组Ⅱ含有5个成员,组Ⅲ含有3个成员,组Ⅳ含有2个成员。本研究还获得了Nt NCED基因在基因组染色体上的分布情况,分析了Nt NCED基因家族成员进化关系、基因结构及结构域。本研究的结果将为进一步研究栽培烟草中Nt NCED家族的功能提供有价值的分析基础。     

木薯栽培种与野生种叶片光合器官结构和酶学差异

为探究栽培型木薯高光效的机理,采用石蜡切片法和酶活测定等方法分别对木薯栽培品种Arg7(Manihot esculenta)和野生种W14(Manihot esculenta subsp. flabellifolia)进行了叶片解剖结构、光合淀粉累积关键酶活性、净光合效率和叶绿素含量的测定。对比分析两木薯种试验结果,发现栽培型木薯较野生种具有独特的叶片维管束鞘细胞结构,较高的PEPCase(50.41NADHμmol/(mg protein?hr)活性和净光合速率(36.82μmol/(m2s))以及低于野生种的叶绿素含量。另外,木薯种Arg7叶片中Rubisco、PEPC、AGPase和SuSy这4个酶活性动态变化与净光合速率变化趋势基本一致,表明木薯光合作用、淀粉合成以及光合产物的运输是个协同作用的过程。最后推断出栽培型木薯高光效的原因可能是叶片中存在一定程度的C4光合模式以及较野生种通畅的光合产物运输通路。     

粉垄栽培木薯增产效果及理论探讨

为木薯等作物粉垄栽培提供依据,利用粉垄栽培技术种植木薯,与常规方法种植木薯相比较,探明2种栽培方法在根系、产量、品质等方面的区别。以‘华南205’、‘新选048’2个木薯品种为试验材料,在同一地点连续2年进行粉垄栽培和常规种植比较试验,在成熟期进行块根、产量、品质等调查测定。结果显示,木薯粉垄栽培比常规栽培单株结薯条数增加23.13%~39.10%,薯长增加6.94%~60.00%,薯径增加8.40%~13.91%,产量增加29.22%~63.78%;鲜薯淀粉含量增加3.23%~18.67%。表明粉垄栽培木薯可以提高产量,改善品质。并在此基础上进行以根系为主导的作物栽培的“根”本理论探讨。     

木薯MeHXK1酵母功能互补鉴定

已糖激酶是植物催化已糖磷酸化生成磷酸已糖的一类重要的酶,参与植物生长发育及信号转导的过程。在前期研究中已从木薯基因组克隆获得7个已糖激酶基因,其中木薯已糖激酶基因MeHXK1主要在叶片、块根韧皮部、雄花和雌花中表达。本研究利用已糖激酶酵母突变菌株YSH7.4-3C鉴定酵母功能,研究已糖激酶是否具有催化已糖磷酸化的作用。结果发现:转pDR195-MeHXK1载体的YSH7.4-3C酵母在以葡萄糖或果糖为唯一碳源的培养基中能生长,说明木薯已糖激酶MeHXK1可通过催化己糖磷酸化为酵母的生长提供碳水化合物和能量。这些结果为进一步研究MeHXK1蛋白的酶学特性及生理功能提供参考。     

木薯MeCIPK1基因克隆及表达分析

CIPK蛋白是一类植物特有的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,已在多个物种中被证实参与逆境胁迫应答。本研究利用PCR技术从木薯栽培种KU50中克隆得到一个CIPK家族基因,命名为Me CIPK1,该基因的开放阅读框全长为1 137 bp,编码379个氨基酸。生物信息学分析表明Me CIPK1蛋白含有CIPK家族保守的丝氨酸/苏氨酸激酶结构域和NAF结构域,与橡胶树和麻疯树中的氨基酸序列同源性最高。利用荧光定量PCR研究Me CIPK1在多种处理下的表达模式,结果表明Me CIPK1在转录水平受到ABA、高盐胁迫、干旱胁迫和低温的抑制作用,同时受到氧化胁迫的诱导作用,故此推测Me CIPK1在木薯应答多种非生物胁迫的过程中可能会发挥重要作用。本研究结果为后期深入分析木薯Me CIPK1基因的功能提供理论基础。     

木薯钾离子通道蛋白MeAKT1的基因克隆及转基因拟南芥构建

钾元素参与植物体多种重要的生理功能。AKT1作为钾离子(K+)通道中的重要组分,介导拟南芥根对钾离子的吸收,然而木薯中的AKT1基因尚未被克隆。为探究木薯AKT1基因的功能,本研究通过qRT-PCR检测低钾处理后木薯中AKT1基因的表达量,发现木薯中AKT1基因的表达量在低钾处理后升高,可知木薯AKT1基因在木薯响应低钾胁迫中发挥作用。通过PCR扩增获得木薯AKT1基因的目的片段,将该片段连接到过表达载体pEGAD中,转化到拟南芥,获得转基因植株,并对木薯AKT1基因的启动子区域进行分析。这将为进一步研究木薯中AKT1基因的生理功能及其在木薯抗低钾胁迫中的作用机制提供帮助。     

花生SWEET基因全基因组鉴定及表达分析

SWEET (sugars will eventually be exported transporter)蛋白是一类结构保守、不依赖能量的糖转运蛋白,在植物生长发育、响应生物/非生物逆境胁迫等生理过程发挥重要作用。目前,尚未见花生SWEET基因相关报道。本研究首次全基因组挖掘了花生SWEET基因,对其分子特征及表达模式进行了细致分析。结果表明,栽培种花生和2个祖先野生种基因组分别存在55、25、28个SWEET基因,随机不均匀分布在各染色体上。来源于野生种和栽培种的同源基因在染色体位置相近,但也存在个别缺失,这验证了花生野生种和栽培种的进化关系,也暗示了基因组复制加倍过程中存在同源基因的丢失或扩张。基因内含子-外显子数目和位置以及启动子中顺式作用元件种类和数量均存在差异,暗示了花生SWEET基因生物学功能的多样性。系统进化分析将花生SWEET基因分为4个亚家族Clade I～Clade IV,同一亚家族同一分支的基因具有相似的外显子-内含子结构。分析Clevenger等组织表达谱发现部分基因表现为组织优势表达,这为深入了解SWEET基因行使功能部位提供了参考。此外,基于课题组前期发表...     

木薯淀粉分支酶SBEⅠ反义基因遗传转化木薯的研究

旨在获得转淀粉分支酶反义SBEI基因的‘华南木薯8号’转基因植株,为利用转基因技术改良木薯淀粉品质打下基础。在建立了木薯从胚状体子叶到完整植株的再生体系的基础上,用块根特异表达启动子Sporamin驱动的木薯淀粉分支酶SBEI反义基因,通过农杆菌介导法对‘华南木薯8号’进行遗传转化。共接种‘华南木薯8号’子叶517块,获得7株生长良好的转化再生植株,转化再生频率达到1.35%。经PCR检测,其中5株转化再生植株扩增出目的条带,初步证实木薯淀粉分支酶SBEI反义基因已整合进了‘华南木薯8号’基因组中。通过农杆菌介导法可以将淀粉分支酶SBEI反义基因导入到‘华南木薯8号’基因组中,获得了5株转基因植株。