蔗糖磷酸合成酶(SPS)基因克隆与表达研究进展

蔗糖是植物中重要的代谢产物,它直接或间接参与多种生理生化反应,研究其含量的变化规律对提高植物生物学产量和增强植物抗逆性具有重要的指导意义。蔗糖磷酸合成酶(SPS)是蔗糖代谢的关键酶之一,它催化蔗糖代谢中的限速反应,SPS基因在分子水平编码调控SPS。研究SPS基因克隆与表达规律是从分子水平揭示蔗糖代谢的基础。本文综述了近年来SPS基因克隆和表达研究进展,并展望了SPS基因的研究前景和应用前景。     

不同品种春玉米籽粒蔗糖积累规律的研究

试验以高淀粉玉米(四单19)、普通玉米(东农250)、优质蛋白玉米(丰禾10)为材料,研究氮素用量对春玉米籽粒蔗糖合成的影响,揭示蔗糖合成过程中蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)的调节作用。结果表明,氮素用量适当有利于提高玉米籽粒中蔗糖含量、蔗糖合成酶(SS)合成方向活性和蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性,并且证实了蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)能促进春玉米籽粒蔗糖积累。     

甘蔗叶片蔗糖磷酸合成酶基因cDNA克隆及序列分析

蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase,SPS)是高等植物体内控制蔗糖合成的关键酶之一。根据已报道的甘蔗蔗糖磷酸合成酶基因SoSPS2(GenBank登录号:AB001338.1)序列,采用RT-PCR方法从甘蔗(Saccharum officinarum FN95-1702)叶片中克隆获得SPS基因的cDNA片段。测序结果表明,该cDNA长3013 bp,其中第59-2953位是该基因的开放阅读框(ORF),编码964个氨基酸。与GenBank上已公布的序列比对分析表明,二者序列相似性达99.07%,氨基酸序列相似性达98.86%。     

木薯蔗糖磷酸合成酶基因克隆及组织表达分析

通过同源克隆从木薯品种辐选01(RS01)中获得SPS基因保守序列,利用RACE扩增技术获得全长cDNA序列并使用相关软件进行生物信息学分析,并采用实时荧光定量PCR分析木薯SPS基因在不同时期、不同组织中的相对表达量。结果表明:克隆获得的木薯SPS基因cDNA序列全长3 857bp,开放阅读框(ORF)长3 228bp,编码1 076个氨基酸,命名为MeSPS(GenBank登录号KX822780);同源性分析表明,MeSPS基因与麻风树、蓖麻和荔枝的SPS基因序列同源性较高,分别为89%、89%和87%;其氨基酸序列与其他植物SPS氨基酸同源性在77%~92%;经qRT-PCR分析结果表明,MeSPS在苗期的相对表达量较高;在同一生长时期,MeSPS在叶片中相对表达量高于茎段和块根。     

甜玉米蔗糖合成酶基因ZmSus6和ZmSus7的克隆及组织表达特异性检测

[目的]克隆甜玉米蔗糖合成酶(Sus)基因ZmSus6和ZmSus7,并进行生物信息学分析及组织表达特异性检测,为深入研究其在甜玉米生长发育和品质形成过程中的调控机制提供理论参考.[方法]以甜玉米品种佛甜10号为材料,采用RT-PCR克隆ZmSus6和ZmSus7基因,通过ProtParam、SOPMA、SignalP 4.0 Server等进行生物信息学分析,利用MEGA 6.0构建系统发育进化树,并采用实时荧光定量PCR检测其组织表达特异性.[结果]ZmSus6和ZmSus7基因的开放阅读框(ORF)长度分别为2550和2574 bp,编码849和857个氨基酸残基,对应的蛋白分子量为96.27和97.79 kD,理论等电点为7.63和8.19,均无信号肽和跨膜区域,二级结构以α-螺旋为主.ZmSus6蛋白为不稳定的亲水性蛋白,定位于叶绿体或线粒体;ZmSus7蛋白为稳定的亲水性蛋白,定位于细胞质中.ZmSus6和ZmSus7蛋白归属于PLN00142家族(Sus超级家族),具有Sus和糖基转移酶的两个功能域,分别与高粱SbSus6和SbSus7蛋白的氨基酸序列同源性最高,其同源性对应为88.44%和96.62%,归属为单子叶植物III型Sus基因家族.ZmSus6和ZmSus7基因在甜玉米的根、茎、叶、玉米芯和籽粒中均有表达,但存在显著差异(P<0.05),分别以叶和根中的相对表达量最高.[结论]ZmSus6和ZmSus7基因具有一定的组织表达特异性,可能在甜玉米生长发育和品质形成过程中发挥重要作用.     

番茄果实蔗糖磷酸合成酶基因的克隆与序列分析

根据GenBank中已登记的番茄、马铃薯等蔗糖磷酸合成酶基因的保守序列设计特异引物,采用RT-PCR方法,从番茄自交系20-19果实总RNA中克隆到目的基因的全长 cDNA。序列分析表明,它与Gen Bank中登记号为AB051216的番茄蔗糖磷酸合成酶基因高度同源,核苷酸序列的同源性为98%。该基因已在GenBank中注册,登记号为AY726439。     

玉米蔗糖合成酶基因Sh1生物信息学分析

蔗糖合成酶是玉米生物合成及代谢途径实现蔗糖合成和分解的关键酶,蔗糖合成酶基因Sh1位于玉米第9号染色体的短臂,基因全长5 816 bp。Sh1编码蛋白SH1含802个氨基酸,由1个蔗糖合成酶亚基(PF00862)和1个糖基转移酶亚基(PF00534)组成,是一种具有催化合成和分解双重作用的可逆酶,不存在跨膜结构,属于稳定型膜外蛋白,3种可能的结构模型显示其具有复杂的空间结构,玉米籽粒蔗糖生物合成的关键时期是授粉后12～27 d。生物进化结果显示,玉米和高粱、甘蔗的蔗糖合成酶基因Sh1在物种进化演变中序列高度保守。为揭示玉米蔗糖代谢途径的分子机制,本研究对Sh1基因结构及功能进行了分析,并对Sh1编码蛋白结构进行了基本理化性质和物种进化分析。     

甘蔗蔗糖磷酸合成酶SPSⅢ基因表达的初步研究

[目的]了解蔗糖磷酸合成酶基因在甘蔗中表达特性及其对甘蔗糖分积累影响的作用机理.[方法]以甘蔗品种桂糖28号(GT28)、拔地拉、新台糖20号(ROC20)、新台糖22号(ROC22)为供试材料,选取0叶、+1叶、幼嫩叶鞘、幼茎,通过半定量RT-PCR法对甘蔗SPSⅢ基因的表达进行分析.[结果]SPSⅢ在4个甘蔗基因型中的0叶、+1叶、幼嫩叶鞘和幼茎中均有表达,在GT28 4个不同部位的表达量较低,在拔地拉4个不同部位表达较均匀,在ROC20 4个部位中以嫩叶鞘的表达较高,在ROC22中以幼茎的表达较高.[结论]SPSⅢ在4个甘蔗基因型中的0叶和+1叶、幼嫩叶鞘和幼茎中均有表达,但SPSⅢ表达因甘蔗基因型不同而有所差异.     

巨龙竹蔗糖磷酸合成酶基因（sps）的分离克隆

根据已报道的玉米和水稻sps序列的保守区域设计并合成简并引物,以巨龙竹的cDNA第一链为模板,运用TD-PCR的方法,克隆巨龙竹的sps基因,通过测序和序列分析,得到大小为474 bp的基因片段,该片段与毛绿竹、黑麦草、六稜大麦等物种的sps基因均具有较高的同源性.     

甘蔗脱毒健康种苗蔗糖磷酸合成酶基因差异表达分析

[目的]探究甘蔗脱毒健康种苗中蔗糖磷酸合成酶(SPS)基因表达对产量和糖分积累影响的作用机理,为提高甘蔗产量和蔗糖含量提供理论参考.[方法]以甘蔗品种新台糖22号的脱毒健康种苗和未脱毒种苗(CK)为供试材料,分别在苗期、分蘖期、拔节期和成熟期进行混合取样,包括未成熟叶、成熟叶、幼茎和成熟茎,利用实时荧光定量PCR(qPCR)检测分析对不同类型SPS基因(SPSA、SPSB、SPSC、SPSD1和SPSD2)在不同生长时期不同组织中的表达情况.[结果]不同类型SPS基因在甘蔗脱毒健康种苗不同部位均有表达,SPSD1和SPSD2基因在未成熟叶和成熟叶中表达量差异明显,且与CK间也存在明显差异,SPSA、SPSB、SPSD1和SPSD2基因在脱毒健康种苗1~3茎节中的表达量高于CK.在拔节期10~23茎节中,SPSA基因在脱毒健康种苗中的表达量较CK低,SPSB基因的表达量较CK高,SPSD1和SPSD2基因的表达量与CK无明显差异.在成熟期10~37茎节中,SPSB基因在脱毒健康种苗中的表达量较CK低,SPSA、SPSD1和SPSD2基因的表达量与CK无明显差异.总体上,随茎秆节间成熟度的增加,SPSA、SPSB、SPSD1和SPSD2基因在脱毒健康种苗中的表达量与CK差异逐渐减小.[结论]不同类型SPS基因在甘蔗脱毒健康种苗不同生长时期不同组织中均差异表达,推测甘蔗脱毒处理能促进叶片和未成熟茎节中SPS基因的表达,有利于提高甘蔗产量和蔗糖含量.     

超甜型玉米可溶性总糖性状的配合力研究

以7个超甜型玉米自交系为亲本，按Griffing完全双列杂交方法1配制组合，研究了超甜型玉米粒可溶性总糖性状的配合力效应，结果表明，超甜型玉米可溶性总糖性状除受加性基因和非加性基因的共同控制外，还受细胞质基因的影响，可溶性总糖性状的一般配合力在各亲本间，特殊配合力在各组合间均存在显著差异，集一般配合和特殊配合力之和的总配合力效应，可以较好地反映杂交组合的优势强弱。     

高粱可溶性糖含量与SS、SPS酶活性的相关性研究

以5个高粱品系和1个杂交种为试材,研究了不同生长发育时期高粱可溶性糖含量与SS、SPS酶活性的变     

不同播种期下甜高粱秸秆SS、SPS酶活性的研究

[目的]以新高粱3号(XT -2)和新高粱9号(T601)为研究对象,分析不同播期甜高粱不同生育阶段茎秆SS和SPS酶活性的变化规律及相关性.[方法]在5个不同播期条件下进行了蔗糖和酶活性测定试验.[结果]茎秆的蔗糖含量随着生育期不断升高,成熟期达到最高值.不同品种和不同播期秸秆蔗糖含量有差异,新高粱3号第二播期的蔗糖含量最高,高达7.66;,第五播期最低,仅为1.87;.对于新高粱9号来说第三播期蔗糖含量最高,达9.17;,第二播期最低,仅为6.19;.不同播期和不同品种之间秸秆蔗糖含量与SS、SPS酶活性的相关趋势有差异.除新高粱3号第一播期、第三播期的蔗糖含量与SS酶活性呈极显著相关外,其余播期的蔗糖含量与SS酶活性均呈相关性不显著.不同播期下秸秆蔗糖含量与SPS酶活性均呈相关不显著.[结论]早播时新高粱3号蔗糖含量比较高,晚播时新高粱9号蔗糖含量高.因此新疆,尤其是在北疆新高粱3号糖分积累的最适播期为5月初旬,新高粱9号最适播期为5月中旬.     

甜玉米葡萄糖、果糖和蔗糖含量近红外反射光谱模型构建

甜玉米是世界上重要的果蔬两用型作物之一。建立快速、无损检测甜玉米糖分含量的方法,对于甜玉米品质育种工作中的材料鉴定、筛选具有重要意义。选取了104份糖分含量变幅较大的甜玉米材料进行了近红外光谱分析,结合酶法测量的化学值,利用偏最小二乘法以及不同光谱处理和数学处理相结合,对全光谱波段进行了化学计量学的分析统计,构建了葡萄糖、果糖和蔗糖含量的近红外光谱定标模型。用外部验证样品集进行验证,对所建模型的实际预测能力进行检验。结果表明：最优光谱处理方式葡萄糖为加权多元散射校正,果糖和蔗糖的为标准正常化加去散射处理;最优的导数处理葡萄糖为2阶导数,果糖和蔗糖的为1阶和3阶导数。葡萄糖、果糖和蔗糖定标模型的交叉验证相关系数分别为0.646、0.645、0.820,交叉验证标准偏差分别为0.321、0.275、1.508;外部验证集葡萄糖、果糖和蔗糖的预测相关系数分别为0.593、0.780、0.891,表明所建立的果糖和蔗糖预测模型具有较好的预测性,可应用于甜玉米种质资源筛选,而葡萄糖模型的预测性较差,需继续完善。     

超甜玉米品质性状的遗传分析

以超甜玉米优良杂交种“吉甜6号”的F2:3家系为材料,研究其主要品质性状的遗传特点。结果表明:4个品质性状的广义遗传力均较高;在F1代中,杂种优势强的性状是可溶性糖含量、蛋白质含量和脂肪含量;在F2:3家系中,杂种优势较强的性状是可溶性糖含量和脂肪含量。可溶性糖含量与蛋白质含量呈高度正相关,与淀粉含量呈高度负相关;淀粉含量与蛋白质含量呈高度负相关;脂肪含量与蛋白质含量呈高度正相关,与可溶性糖含量相关不显著,与淀粉含量呈高度负相关。     

早熟水果型超甜玉米新特玉5号的选育研究

新特玉5号是新疆农科院粮食作物研究所选育出的早熟水果型超甜玉米新品种.该品种早熟性好,春播生育期(出苗至籽粒成熟,下同)100～105 d,鲜穗采收期84.5 d,复播生育期85～90 d,鲜穗采收期74.5 d.丰产性好,平均鲜穗产量943.32～1 203.7 kg/667 m2.营养品质好,鲜籽粒粗蛋白含量13.12;,粗脂肪5.7;;甜度高,可溶性总糖含量40.73;,蔗糖35.43;.甜脆可口,可生食,皮薄渣少,综合性状优良.适宜南北疆春播、复播两茬种植,所需≥10℃有效积温2 000℃.     

超甜玉米籽粒果皮厚度及灌浆特性研究

对4个不同超甜玉米品种籽粒果皮厚度及灌浆特性进行了分析。结果表明,不同品种和不同授粉天数的果皮厚度差异明显;同一品种籽粒内不同部位间的果皮厚度也有较大差异,这种差异在灌浆前期更为明显,主要表现为胚背面的果皮较胚面薄,之后这种差异逐渐缩小。灌浆期间,籽粒体积和鲜质量变化呈Logistic曲线,相应的拐点分别是授粉后12.1和12.7d;籽粒含水量直线下降,干物质则直线上升。     

超甜玉米单交种"吉甜9号"选育报告

超甜玉米新品种“吉甜9号”是吉林农业大学以自选系“吉529”为母本、“吉326”为父本育成的甜玉米杂交种。2年区域试验平均产量11918．9kg／hm2,比对照“吉甜6号”增产7．2％;生产试验平均产量12648．9kg／hm2,比对照“吉甜6号”增产9．7％。该杂交种于2007年1月通过吉林省农作物品种审定委员会审定。“吉甜9号”果穗长筒型,穗长20．5cm,穗行数14～16行,单穗鲜子粒质量256g,子粒浅黄色,鲜百粒质量37．4g,可溶性糖含量18．68％,品质好,抗病抗倒伏,出苗至鲜穗采收需80～84d。适于吉林省的通化、吉林、长春、白城等地区种植。