拟南芥RabD2b保守半胱氨酸的缺失或突变影响其定位和功能

Rab蛋白羧基末端含有保守的半胱氨酸残基,是蛋白质翻译后进行异戊二烯化修饰的位点。本研究以拟南芥(Arabidopsis thaliana)突变型Rab D2b为对象,用定点突变的方法,获得At Rab D2b羧基末端第199位和200位保守半胱氨酸残基共同缺失的突变基因At Rab D2bΔCC,及第199位保守半胱氨酸残基突变为丝氨酸的基因At Rab D2bC199S。将突变基因瞬时转化烟草(Nicotiana tabacum)叶片或稳定转化拟南芥,发现两种突变蛋白都定位在细胞质中,而野生型At Rab D2b蛋白则主要定位在高尔基体上。酵母温敏突变体ypt1产生的温度致死表型能够通过转化At Rab D2b获得恢复,而突变后的At Rab D2b均丧失了恢复功能。结果表明,拟南芥At Rab D2b羧基末端单个保守半胱氨酸残基的突变或两个保守半胱氨酸的缺失都会影响其亚细胞定位和功能发挥。本研究为深入开展植物Rab蛋白的异戊二烯化修饰机制提供参考资料。     

朊蛋白基因敲除无启动子打靶载体的构建策略

基因敲除是建立在同源重组技术基础之上的一种定点修饰基因组的实验方法,其与体细胞核移植技术的成功结合,已经成为一种有效的定点修饰、改造大动物基因组DNA片段的实验策略。朊蛋白是传染性海绵状脑病的致病蛋白。目前,在小鼠和绵羊中已经成功获得朊蛋白基因敲除的动物,但在牛中尚未有成功的报道。文章旨在介绍牛朊蛋白基因敲除无启动子打靶载体的构建过程及技巧,以为将来利用核移植技术生产敲除朊蛋白基因的克隆牛提供依据。     

转基因技术在玉米育种中的应用

介绍了应用转基因技术在改善玉米抗性方面培育出了抗虫、抗除草剂及抗病毒的转基因玉米,并提出转基因技术还用于改良玉米的品质。在基因转化途径方面主要分析了农杆菌介导法、基因枪法和花粉管通道等技术。     

玉米生长素响应因子基因家族全基因组鉴定及表达分析

生长素响应因子(ARF)在植物中可以特异性结合在应答基因的启动子区域,调控植物的生长发育。为了进一步了解玉米ARF基因家族的数量、基本特征、进化关系及响应非生物胁迫和激素的表达模式,本研究在全基因组水平,通过生物信息学方法鉴定玉米ARF基因家族,分析了蛋白理化性质及系统发育,利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)分析了4个ZmARFs基因的时空表达模式及高温、干旱、盐和脱落酸(ABA)处理下的表达情况。结果表明,玉米36个ARFs基因随机非均匀分布在9条染色体上,编码氨基酸长度、分子量、等电点及二级结构存在很大的差异。高粱、水稻、拟南芥和玉米的蛋白复合进化树显示共分为Ⅰ~Ⅳ四大类,玉米与高粱ARF蛋白亲缘关系最近,而与拟南芥ARF蛋白亲缘关系最远,且玉米中发生基因内和基因间复制现象。启动子顺式作用元件主要是干旱、低温、氧化和激素类响应元件。RT-qPCR结果显示,ZmARF1、ZmARF6、ZmARF13和ZmARF22基因均在雄穗分支和胚中表达量较高,在花粉中表达量较低;4个基因(除ZmARF22)在高温、干旱、盐和ABA诱导时均显著上调表达。亚细胞定位表明上述4个基因编码的蛋白质均定位于细胞核。本研究结果为揭示玉米ARF蛋白功能和挖掘玉米的抗逆基因提供了理论基础,为抗逆育种提供了分子资源。     

转植酸酶基因玉米的研究与安全评价

植酸酶是应用最广泛的饲料添加剂之一,它在自然界中广泛存在,能提高饲料中磷的利用率,对减轻动物高磷粪便导致的环境水域污染有着重要意义。玉米是动物饲料的主要原料,在玉米饲料中添加植酸酶易造成饲料成本升高和生产效率降低等问题。近年来随着基因工程技术的发展,已克隆出多个真菌植酸酶基因,并成功在微生物、植物系统中表达。本文主要介绍了植酸酶基因的微生物来源与相关研究成果,阐述了转基因技术的常用方法和转植酸酶基因玉米的研究进展,并详细评价了转植酸酶基因玉米的安全性。通过对转植酸酶基因玉米的深入探讨,对改善玉米的品质,降低成本及推广植酸酶在饲料工业中的应用具有重要意义。     

玉米尿卟啉原Ⅲ脱羧酶同功酶生物信息学分析、基因克隆和原核表达

尿卟啉原Ⅲ脱羧酶是生物卟啉类化合物分支合成的关键酶。从GenBank中搜寻到4种玉米尿卟啉原Ⅲ脱羧酶：Les22、UROD1、UROD2和截短UROD,氨基酸序列比对显示N端的同源性较差;玉米les22基因比urod1基因在开放阅读框的上游少3个碱基,导致阅读框移码。植物除玉米外存在高度同源的UROD1和UROD2,具有结构完整性。本文以玉米幼叶总RNA为模板,通过RT-PCR克隆了玉米les22和urod2基因,并对突变位点进行校正,同时通过定点突变获得urod1基因,它们都编码去除叶绿体导肽的尿卟啉原Ⅲ脱羧酶。再分别将les22、urod2和urod1基因插入大肠杆菌的不同表达载体,转化表达菌株BL21（DE3）,16℃诱导表达18h,SDS-PAGE分析显示,Les22的N端含有组氨酸标签或SUMO蛋白,重组蛋白表达为包涵体,UROD2的N端含有组氨酸标签或SUMO、TRX、GST或MBP蛋白,未检测到目的蛋白在上清液的特异表达,而UROD1和MBP融合为可溶性表达,表明玉米UROD的N端氨基酸残基可能参与蛋白在大肠杆菌的折叠。这为研究玉米UROD的种类和功能奠定基础。     

DNA改组及其应用研究

DNA改组技术是改造蛋白质分子的有效新策略。它通过基因在分子水平上的重组，再定向筛选具有预期性状的突变体，获得同时具有多个亲本基因的特征的突变基因。该文综述了DNA改组技术的发展及应用。     

一个玉米Pht1家族磷转运蛋白基因克隆和功能分析

从耐低磷玉米自交系178中分离和鉴定高亲和力磷转运蛋白质基因,为开展磷高效分子育种奠定理论基础。本研究以水稻和拟南芥中鉴定的磷转运蛋白基因为基础,运用生物信息学方法,对玉米进行全基因组预测及系统进化分析;并运用克隆、实时荧光定量PCR和亚细胞定位方法对其家族成员进行深入研究。结果表明,从玉米自交系B73全基因组序列中筛选出37个磷转运蛋白候选基因,并被聚类为五大家族。从耐低磷材料中扩增了一个属于Pht1家族成员ZmPht1;9的全长cDNA,该基因编码区长1620bp,编码539个氨基酸,含有典型的MFS超家族蛋白的保守结构域和12个跨膜结构;荧光定量PCR分析表明,在低磷胁迫下,该基因的相对表达量显著增加,且叶片中的表达量高于根系,同时在基因型之间也存在差异;原生质体转化的亚细胞定位结果显示,ZmPht1;9表达蛋白主要分布于细胞膜上。ZmPht1;9编码位于细胞膜上的高亲和力磷转运蛋白,对调节磷素的动态平衡起重要作用。     

玉米ZmMGT10基因的克隆及功能分析

MRS2/MGT-型镁离子(Mg~(2+))转运蛋白在植物Mg~(2+)吸收、转运和胞内平衡维持中起着至关重要的作用。为探究玉米MRS2/MGT基因的功能,采用RT-PCR法从玉米中克隆MRS2/MGT基因ZmMGT10,并进行蛋白序列分析。结果表明,该基因编码438个氨基酸,含有2个保守的跨膜结构域和1个改变的AMN三肽基序。蛋白序列比对和系统进化树分析表明,ZmMGT10可能为拟南芥AtMGT6的同源基因。RT-PCR和RT-qPCR分析表明,ZmMGT10在玉米根中特异性表达,且表达受缺镁胁迫诱导。在鼠寒沙门氏菌突变株MM281中的异源功能互补分析表明,ZmMGT10具有Mg~(2+)转运功能。本研究结果为进一步阐明ZmMGT10在玉米抵御缺镁胁迫中的作用提供了理论依据。     

抑制玉米淀粉回生的面粉蛋白酶解液筛选

为防止玉米淀粉食品会因回生而降低品质,该文利用酸性、中性和碱性3种蛋白酶水解小麦面粉中的球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白,研究酶解物中混合多肽对玉米淀粉回生的影响。研究结果表明,酸性蛋白酶水解谷蛋白所得多肽混合液能强烈抑制玉米淀粉回生,使玉米淀粉回生率由14.0%降低到8.0%。其他2种水解物促进玉米淀粉回生,促进最多的是碱性蛋白酶水解醇溶蛋白,使玉米淀粉回生率由14.0%升高到19.5%。通过红外和核磁分析了混合多肽抑制或促进玉米淀粉回生的可能机理。研究成果为控制淀粉回生提供一条全新的途径。     

优质蛋白玉米籽粒品质性状组间典型相关性研究

研究优质蛋白玉米籽粒品质性状组间典型相关性结果表明,2个半硬质胚乳奥帕克-2玉米群体(“中群14QPMC3”和“陕综5号QPMC0”)籽粒物理性状中硬质度、籽粒密度、百粒重与胚比、百粒体积呈负相关效应,营养品质中赖氨酸含量、蛋白质品质性状为其核心,籽粒密度(或硬质度)可作为蛋白质品质的间接选择指标;籽粒物理性状、蛋白质品质性状在赖氨酸产量构成中起决定性作用,全籽粒蛋白质品质与胚乳蛋白质品质紧密相关,而与胚蛋白质品质无关,高赖氨酸高油分育种相统一。     

再生水灌溉对玉米和大豆品质影响的试验研究

为了合理利用城市污水处理后的再生水资源，研究再生水灌溉对作物品质的影响，该文采用北京高碑店污水处理厂的两种再生水(二级再生水、三级再生水)，以清水为对照进行玉米和大豆盆栽种植试验。通过对籽粒常规养分、微量元素和重金属含量等项目的测定分析，对再生水灌溉情况下的作物品质进行研究。研究结果表明：再生水灌溉对玉米和大豆籽粒粗蛋白、粗淀粉含量无显著影响；在微量元素方面，对大豆籽粒的影响同对照差异不显著，而对玉米籽粒的影响同水质有关；玉米和大豆籽粒中的重金属铅、镉含量虽均低于国家卫生标准(GB 2715-1981)规定，但二级再生水灌溉的玉米镉含量相对对照增加显著。因此认为三级再生水相对二级再生水应用于作物灌溉更具安全性，对二级再生水中重金属镉含量应严格控制。     

A 50 kDa maize gamma-zein has marked cross-reactivity with the almond major protein

Cross-reactivity of antibodies against almond major protein (AMP, a legumin), the major almond allergen, with cereal proteins may cause problems in detecting almond contaminants in cereal products when antibody-based assays are used. Rabbit polyclonal IgG antiserum produced against AMP was used to test cross-reactivity with protein extracts from maize, a cereal commonly found in breakfast and snack foods. Gradient SDS-PAGE followed by Western blotting was performed, and two cross-reactive proteins were detected by chemiluminescence. A fraction of maize proteins purified by elution from an IgG anti-AMP affinity column followed by electrophoreseis and immunoblotting showed a high degree of cross-reactivity with a minor 50 kDa protein of maize, as well as low cross-reactivity with the 27 kDa gamma-zein. The 50 kDa cross-reactive protein was identified as the 50 kDa gamma-zein by immunoreaction with anti-50 kDa gamma-zein antiserum. Notably, the 50 kDa maize gamma-zein also reacted with IgE from pooled human sera from patients with self-reported severe almond allergies. The high immunoreactivity of the 50 kDa gamma-zein should be considered in maize quality improvement programs, and such notable cross-reactivity is of relevance in the design of antibody-based assays for almond allergen detection.     

秸秆还田和有机肥配合替代1/3化肥对旱地玉-麦产量、蛋白质含量和化肥利用效率影响

为研究长期秸秆还田和有机肥配合替代部分化肥对玉-麦一年两熟种植下产量、品质和化肥效率的影响,2015-2020年,依托中国农业科学院洛阳旱农试验基地始于2007年的长期定位试验,设置不施肥对照(CK)、玉米小麦季均常规施用氮磷钾化肥(NPK)、秸秆还田和有机肥配合替代小麦季1/3氮磷钾化肥(SORF) 3个处理,研究2015—2020年玉-麦一年两熟种植下作物产量、化肥利用效率,2019—2020年玉米和小麦籽粒氮磷钾养分含量、蛋白质含量和蛋白质产量,以及2020年小麦籽粒蛋白质及其组分含量。结果表明:(1)SORF处理玉米增产增效作用优于NPK处理,5年平均产量提高10.0%,但二者间小麦和周年产量差异未达显著水平(p>0.05)。(2)施肥显著提高玉米和小麦籽粒氮磷钾含量,其中SORF较NPK处理又显著增加籽粒氮含量,从而使玉米籽粒蛋白质含量和蛋白质产量较NPK分别显著提高6.7%和17.8%,小麦籽粒蛋白质含量和蛋白质产量分别显著提高8.0%和6.3%,周年蛋白质产量显著增加10.8%。(3)SORF和NPK处理较CK均可显著提高小麦籽粒中各蛋白质组分含量及谷醇比,协同提高小麦籽粒蛋白质含量和籽粒品质。SORF较NPK处理还可提高除球蛋白外的其他蛋白组分含量,但谷醇比的增幅不显著。(4)与NPK相比,SORF处理下玉米、小麦和周年的氮肥农学效率分别显著提高54.8%,31.2%和37.3%,氮肥偏生产力分别显著提高10.0%,45.6%和20.7%,小麦、周年的磷(钾)肥农学效率和偏生产力分别提高31.2%,77.3%和45.6%,55.7%。综合来看,秸秆还田和有机肥配合替代1/3化肥(SORF)不仅有利于提高玉米产量,玉米、小麦的籽粒蛋白质含量和蛋白质产量,以及化肥农学效率和偏生产力,而且可提高小麦籽粒蛋白组分含量,是旱地玉-麦一年两熟区兼顾产量品质效率的施肥模式。     

磷素营养对青饲玉米产量品质形成与肥水利用效果的影响

在华北农牧交错区旱滩地条件下,以饲用玉米白马牙为试验材料,研究了磷肥不同施用量对青饲玉米产量品质形成与肥水利用效果的影响。结果表明,施磷使饲用玉米的生物产量增产10.5 %～25.1 %;显著促进了玉米植株氮素和磷素的吸收,使植株比不施磷分别多吸收氮素26.03～51.10 kg/hm2和磷素8.63～28.95 kg/hm2;植株粗蛋白、粗脂肪和粗纤维的含量随施磷量增加而显著增加;粗蛋白和粗脂肪的产量也增加显著,增幅分别为9.26 %～37.82 %和14.95 %～33.33 %。试验结果还表明,施磷比不施磷显著提高了青饲玉米的水分利用效率,增幅为10.44%～16.77%, 相当于多供水27.51～47.36 mm。因此,施用磷肥是提高饲用玉米饲草产量、营养品质和肥水利用效果的有效技术手段。     

氮、磷营养对黄土高原旱地玉米产量、品质的影响机理研究

田间裂区试验研究了不同氮磷施用水平对旱地玉米子粒产量和品质的影响。结果表明,增施氮、磷肥,能增加子粒粗蛋白、粗脂肪、赖氨酸含量和子粒容重,降低粗淀粉的含量,提高玉米产量和水分利用效率,且氮肥效果优于磷肥。施用氮、磷肥能够增加土壤碱解氮、速效磷的浓度,有利于玉米根系对氮磷营养的吸收;在促进根系生长的同时,提高玉米的生物产量,增加植株茎秆、叶片对氮素、磷素的吸收、转化以及向穗轴、子粒的输送,显著提高子粒的灌浆强度,促进灌浆中后期子粒氮、磷的积累,增大粒重,改善子粒品质。     

钾素营养对饲用玉米养分吸收动态及产量品质形成的影响

在冀西北高原旱滩地条件下,以饲用玉米白马牙为试验材料,研究了钾肥不同施用量对饲用玉米养分吸收动态及产量品质形成的影响。结果表明,施钾使饲用玉米的生物产量增产7.96%～17.60%;显著促进了玉米植株氮素和磷素的吸收。施钾植株的氮素和磷素吸收量分别比不施钾植株提高17.73～40.28.kg/hm2和9.32～28.69kg/hm2;植株粗蛋白、粗脂肪的含量随施钾量增加而增加,且二者产量增幅分别为9.40%～21.5%和8.90%～38.12%。试验结果还看出,随钾肥用量的增加,饲用玉米株高、茎粗、叶面积指数和叶绿素相对含量均有提高,为饲用玉米的高产优质奠定了基础。因此,饲用玉米施用钾肥是提高其产量与营养品质的有效技术手段。     

化肥配施木醋液对玉米产量及品质的影响

  目的  为探索常规化肥用量下,配施不同用量木醋液对玉米SPAD值、养分吸收积累量、产量及品质的影响。  方法  以‘迪化159’玉米品种为试验材料,通过盆栽试验进行了化肥配施木醋液对玉米SPAD值、养分吸收积累量、产量及品质影响的研究。  结果  与未配施木醋液的对照处理相比,化肥配施不同用量木醋液均能提高玉米的SPAD值,促进玉米植株对大量养分的吸收,提高产量和品质。化肥配施0.3 mL kg?1土木醋液时,玉米植株对氮素、磷素、钾素和总养分的吸收积累量最多,均显著大于对照处理,蛋白质含量亦显著大于对照处理（P < 0.05）。化肥配施0.4 mL kg?1木醋液时,虽玉米植株生物量以及籽粒产量显著大于配施0.4 mL kg?1木醋液（P < 0.05）,但与化肥配施0.3 mL kg?1木醋液相比降低了粗蛋白含量（P < 0.05）。  结论  本试验条件下,木醋液用量为0.4 mL kg?1土时,玉米的生物量和产量均最大,且木醋液的用量与玉米籽粒中淀粉含量呈显著（P < 0.01）正相关;通过隶属函数对玉米的产量和品质进行综合分析,木醋液用量为0.4 mL kg?1土时玉米生长效应最佳。     

Influence of Drought Applied at Different Growth Stages on Kernel Yield and Quality in Maize (Zea Mays L.)

Drought severely affects yield and its quality in different plants. In a field experiment, maize was exposed to drought stress at vegetative, silking, and kernel-filling growth stages to determine the drought-induced changes in kernel yield and quality traits. The experiment was laid-out in a randomized complete block design with four replications. Withholding water at the vegetative stage was very effective in increasing protein, total amino acids, total soluble sugars, glucose, and sucrose contents in maize kernels. In contrast, drought applied at the kernel-filling stage increased the total free amino acids, total phenolics, and activities of catalase (CAT) and ascorbate peroxidase (APX) in maize kernels. Drought at the vegetative stage improved the kernel quality while at the silking stage severely affected kernel yield in maize. Taken together, the results suggested that incidence of drought should be avoided at the silking stage to minimize kernel yield losses and decrease in kernel quality in maize.     

REVIEW: Developments in Our Understanding of Sorghum Polysaccharides and Their Health Benefits

The composition and structure of sorghum polysaccharides are remarkably similar to those in maize. Sorghum grain is rich in starch, cellulosic and noncellulosic polysaccharides (mainly glucuronoarabinoxylans [GAX]). Sorghum starch is similar to maize starch in terms of amylopectin, but the amylose may be more branched. This may account for sorghum starch having a generally slightly higher gelatinization temperature. The GAX in sorghum are highly substituted with glucuronic acid and arabinose, but the degree of these substitutions is lower when compared with maize GAX. Sorghum polysaccharides themselves are not sufficiently functional to allow the production of high‐quality baked goods. Sorghum has generally lower starch digestibility than maize. This is primarily due to the endosperm protein matrix, cell wall material, and tannins (if present) inhibiting enzymatic hydrolysis of the starch. Protein disulfide bond cross‐linking involving the kafirin prolamins in the protein matrix around the starch granules seems to be of major importance in reducing starch digestibility. It does not seem that sorghum polysaccharides, per se, have any unique health‐promoting effects. Any health‐promoting effects related to sorghum polysaccharides seem to be due to interactions between the polysaccharides and the endosperm matrix protein and phenolics.