水稻胚乳淀粉合成及其育种应用

淀粉是稻米胚乳的主要组成成分,具有重要的生物学功能和经济价值。籽粒胚乳淀粉合成和贮藏于一种异质化的质体中,即淀粉体。而籽粒形成期,胚乳中富集大量淀粉以充实淀粉体胞内空间并形成晶体状的淀粉颗粒,因此胚乳淀粉组成和结构会极大地影响稻米产量和食味品质的形成。本文综述了胚乳淀粉合成的分子途径,改良稻米产量和食味品质的分子策略,以期为优质稻米育种实践提供一定的理论依据。     

胚乳突变体在水稻淀粉合成调控研究中的作用

淀粉作为稻米最主要的储藏物质,其含量、结构及其特性影响水稻的产量和品质。随着分子生物学的不断发展,通过筛选胚乳突变体,克隆了大量调控水稻淀粉合成相关的基因,使淀粉生物合成的机理也逐渐清晰。本文综述了水稻淀粉结构、淀粉生物合成,以及淀粉突变体,包括糯性、高直链淀粉、垩白、粉质、暗色、糖质、皱缩等突变体的突变基因克隆及功能研究最新进展,以期为进一步阐明水稻淀粉生物合成的途径,以及优质水稻新品种的培育提供参考。     

乙烯利提高木薯淀粉含量研究

在木薯生长中期和后期喷施或点涂以乙烯利,其块根产量及淀粉含量分别提高10%和11～29%;其叶片光合强度、还原糖含量和中性与酸性蔗糖酶活力均高于未施用乙烯利的。     

红掌AaMYB1基因的克隆、表达及异源转化研究

MYB类转录因子在植物观赏器官色彩形成中发挥关键作用。为了研究红掌中该类转录因子的种类、表达、作用机理等,本研究从红掌中获得了一个MYB转录因子的基因序列,通过反转录多聚酶链式反应(RT-PCR)、生物信息学软件分析、荧光定量PCR检测、构建超表达载体并异源转化烟草等手段,对该转录因子进行了初步研究。结果表明,该转录因子编码基因包含完整编码区,共计912 bp,编码303个氨基酸残基,序列组成与其他物种同源体具有高度相似性;荧光定量分析显示,Aa MYB1在红掌不同组织部位都有表达,但在苞片中表达量最高;获得了12株阳性转化株,形态观察发现转化株营养器官花色素累积程度随基因表达不同而异,但可使所有转化株花器官颜色显著加深。本研究结果为进一步探究MYB转录因子在红掌中调控花色素合成等信息提供了有益参考。     

过量表达pAPX基因提高水稻对镉胁迫的耐性

研究了编码大麦pAPX的基因HvAPXI导入水稻并过量表达后，转pAPX水稻在镉胁迫下的生长状况、生理指标及镉含量。结果发现，由于pAPX基因的过量表达，转基因植株的根系伸长量、生物量、叶绿素含量以及APX活性都明显高于野生型植株。与野生型植株相比，转基因水稻对镉胁迫具有明显的耐性。伴随对镉胁迫耐性的提高，转pAPX水稻对镉的累积量也同时提高。     

具不同蛋白质含量水稻品种中天冬酰胺合成酶基因的表达

为研究水稻中氮同化与籽粒蛋白质合成可能的关系,本实验通过Northern杂交分析比较了氮同化关键酶一天冬酰胺合成酶基因（OsAS）在不同水稻品种中的表达特性。结果显示,OsAS基因在水稻不同组织及其不同发育时期中的表达水平不同,以发育种子中的表达量最高,叶鞘和叶片中相对较弱;在籽粒发育过程中OsAS基因的表达呈先升高后下降的趋势。具不同种子蛋白质含量水稻品种叶片中OsAS基因的表达水平存在显著差异,相关性分析显示在籼亚种或粳亚种不同品种内OsAS基因表达量与籽粒蛋白质含量可能存在一定的关联。     

通过养分管理调控水稻胚乳成分提高稻米食味品质

[目的]研究磷钾镁施肥配比对不同类型水稻胚乳成分及食味的影响,为通过施肥改善稻米食味品质提供依据.[方法]选取低直链淀粉含量的软米品种、优良食味的普通粳稻品种和高产的粳稻新品系为试验材料,通过4因素3水平正交设计,设置磷肥、钾肥和镁肥处理,并通过对糙米的逐层碾磨,分析不同层次米粉的直链淀粉含量、蛋白质含量差异,及其与食...     

辐射水稻雄性不育性在异源胞质背景的遗传表达

60 Coγ射线辐射水稻恢复系获得 4个隐性单基因不等位雄性不育突变体。用雄性不育突变株 可育株杂合体植株作父本 ,与 1 5个种质的同核异质代换系 (作母本 ) ,杂交配组成 60个组合。结果F1代小穗正常可育 ,F2 代分离出数量不等的雄性不育株。未发现雄性不育基因与异源胞质互作表现完全可育的基因型。     

水稻花青素合成相关基因的时空表达研究

水稻花青素的生物合成受很多因素的影响,最根本的影响因素是结构基因和调控基因的表达水平不同,导致色素积累的差异性.本文通过半定量PCR方法研究一些结构基因和调节基因的时空表达差异性.发现OsPAL,OsCHS和OsCHI为花青素的基本表达基因,在叶片、茎、花期及花后1～2周的种子中均有表达.OsF3H,OsF3’H和OsDFR不在茎中表达,在叶片、花期和花后1～2周内均有表达,且在花后1～2周内,其表达量与时间成正比.OsANS在黑米和紫叶水稻的叶片和花中有少量表达,在花后1～2周内,仅在黑米中表达,且表达量与时间成正比.OsB1和OsB2特异性地在紫叶水稻的叶片中表达,OsC1也特异地在花期时表达.说明水稻不同部位的花青素积累受控于不同的基因,具有一定的时空表达特异性.     

异源表达Hvsusiba2水稻对稻田甲烷排放及土壤相关菌群的影响

Hvsusiba2是调控大麦淀粉合成和光合产物分配的转录因子。前期研究我们将Hvsusiba2导入粳稻(Oryza sativa L.subsp.japonica),Hvsusiba2粳稻稻田甲烷排放显著下降,胚乳淀粉含量显著提高。为进一步明确Hvsusiba2对稻田甲烷排放的影响,本研究我们将Hvsusiba2导入籼稻(O.sativa L.subsp.indica),研究异源表达Hvsusiba2籼稻全生育期甲烷排放和稻田主要甲烷菌及甲烷氧化菌变化。采用静态箱法测定Hvsusiba2水稻稻田甲烷排放通量,结果显示Hvsusiba2稻田全生育期的大部分时段甲烷排放量显著(P0.05)或极显著(P0.01)低于对照株系。Hvsusiba2水稻甲烷减排率幅度为54.7%~3.8%,减排率最高的时期为幼穗分化期。2个Hvsusiba2水稻株系生长季累计甲烷排放量分别为5 060.16 mg?m-2和5 250.60 mg?m-2,比对照减排30.30%和27.58%。采用荧光定量PCR法检测水稻关键生长期根土6类产甲烷菌和2类甲烷氧化菌以及土壤总细菌的丰度变化。结果显示:在整个生长期内Hvsusiba2水稻根土6类产甲烷菌菌群丰度的总体趋势是前期高、后期低;甲烷古菌(Archaea,ARC)、甲烷鬃菌科(Methanosaetaceae,Mst)和甲烷微菌目(Methanomicrobiales,MMb)3类菌群丰度的高峰出现在分蘖盛期,甲烷八叠球菌科(Methanosarcinaceae,Msc)菌群丰度的高峰出现在幼穗分化穗期,普通产甲烷菌(Methanogens,MET)和甲烷杆菌目(Methanobacteriales,MBT)分蘖期最高。Hvsusiba2水稻产甲烷菌丰度在分蘖期、抽穗期和开花期显著或极显著地低于野生型对照。在大部分测试时间段内Hvsusiba2水稻的2类甲烷氧化菌群丰度比对照有显著(P0.05)或极显著(P0.01)下降;Hvsusiba2水稻土壤总细菌丰度在水稻的分蘖期、抽穗期和开花期也显著低于野生型水稻。稻田中产甲烷菌的丰度依次是甲烷鬃菌科(Mst)甲烷古菌(ARC)普通产甲烷菌(MET)甲烷微菌目(MMb)≥甲烷八叠球菌科(Msc)甲烷杆菌目(MBT);2类甲烷氧化菌中Ⅰ型甲烷氧化菌(MBAC)丰度极显著大于Ⅱ型甲烷氧化菌(TYPEⅡ)。结合之前的研究结果,我们认为Hvsusiba2可能是通过改变水稻光合同化物分配生理,减少向土壤有机质的输送,降低土壤相关菌群的丰度达到稻田甲烷减排的。     

过量表达OsNPR1基因稳定提高水稻对白叶枯病的抗性

在拟南芥中,NPR1是系统获得抗性SA信号传导途径中的一个重要的调节因子,在水稻中已克隆到与之同源的OsNPR1基因。构建OsNPR1基因水稻过量表达载体,并将其转化粳稻TP309得到转基因植株;通过自交纯合,得到17个纯合株系;对T3、T4代纯合株系进行PCR鉴定,证实转基因纯合株系中外源伪OsNPR1基因具有遗传稳定性;检测了T1、T2代转基因株系和T3代转基因纯合株系对水稻白叶枯病病原细菌Xanthomonas oryzae pv．oryzae的抗病性,结果表明,在T1、T2代中70％以上的株系对水稻白叶枯病的抗性显著提高,T3代中约67％的株系对水稻白叶枯病的抗性显著提高,说明这种抗病性的提高具有遗传稳定性。OsNPR1基因可作为选育水稻抗白叶枯病新种质的一个良好的候选基因。     

拟南芥CycD2基因在水稻中的表达及初步分析

细胞周期蛋白CycD2基因是在拟南芥（Arabidopsis thaliana）基因组中发现的，对调节细胞周期具有重要作用的调控因子。研究利用RT-PCR技术由拟南芥幼苗mRNA扩增了CycD2基因，构建了超量表达载体并对单子叶植物水稻（Oryza sativa ssp. japonica）进行了转化。对获得的转基因植株进行半定量RT-PCR分析表明，CycD2 mRNA的确能够在水稻中积累。超量表达CycD2的转基因水稻植株在发育早期生长与发育加快，表现为幼苗植株根长和株高均显著高于对照（转空载体植株），加快了水稻的生长速率。     

过量表达盐芥TsIPK2基因增强转基因水稻耐盐性

【目的】本试验以野生型(WT)和转盐芥TsIPK2基因的水稻为材料,研究NaCl胁迫条件下过量表达TsIPK2基因对水稻植株抗盐胁迫能力的影响。【方法】取水稻材料种子和其3叶龄幼苗,分别在不同NaCl浓度(0、50、100、150、200 mmol/L)下进行处理。检测WT与过量表达TsIPK2基因水稻种子的发芽率、主根长和芽长、幼苗的丙二醛(MDA)和脯氨酸的含量,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性,以及与胁迫相关的5个基因的表达。【结果】在盐胁迫下,与野生型相比,转基因水稻具有更好的发芽率、主根长和芽长。野生型和转基因水稻两者的脯氨酸含量增加,转基因水稻的积累量显著高于野生型,但是转基因水稻MDA含量增加幅度小于野生型。野生型和转基因水稻幼苗SOD酶活性均增加,但转基因植株的酶活性显著高于野生型;二者POD酶活性呈现先升高后下降的趋势,但是二者活性没有显著的差别;转基因水稻的CAT活性也呈现先升高后下降的趋势,然而野生型水稻的CAT活性在盐胁迫下没有显著的变化。高盐处理后,野生型和转基因水稻的5个与胁迫相关的基因表达倍数都增加,与野生型相比,转基因水稻的OsP5CS1、OsSOD、OsCATB和OsLEA3的表达量显著升高,而OsPOX1基因的表达量变化不显著。【结论】过量表达TsIPK2基因能够通过增强水稻的渗透调节能力、抗氧化胁迫能力并调节胁迫相关基因的表达,以提高水稻的耐盐性。     

OsCRY2基因抑制表达对水稻主要农艺性状的影响

利用已公布的水稻OsCRY2基因序列设计引物,扩增部分基因片段,成功构建了ihpRNA植物表达载体pSC1301-347-OsCRY2,并通过农杆菌介导法将OsCRY2干扰片段导入水稻获得了转基因植株。根据转基因植株主要农艺性状的表现,分析了该基因的功能。结果表明,抑制OsCRY2基因表达会强烈延迟水稻开花与成熟;转基...     

水稻PDK2基因原核表达和多克隆抗体制备

本研究以水稻幼苗为材料,通过RT-PCR扩增得到1.1kb的编码PDK2(登录号:AK100033)基因的片段,成功构建重组表达载体pET-23d-PDK2并转化到大肠杆菌BL21(DE3)中。研究结果表明,重组蛋白以包涵体的形式存在,且PDK2的最佳表达条件为:28℃,120r/min,0.5mmol/L IPTG诱导60min。经纯化后免疫新西兰大白兔以制备PDK2多克隆抗体。Western blot检测表明该抗体的特异性和效价较好,这为进一步研究水稻PDK2的生物学功能奠定了基础。     

利用RNAi技术提高玉米直链淀粉含量

为了提高玉米直链淀粉含量,用基因枪将前期工作中构建的sbeⅡb RNAi表达载体pBAC413导入玉米自交系幼胚愈伤组织,经过筛选获得了12 株转化再生植株,其中6 个植株获得了结实种子。DNA点杂交、PCR扩增和PCR－Southern均证明目的基因已整合到T0代再生植株玉米基因组中。对T1代转基因玉米籽粒淀粉含量进行测定,结果表明总淀粉含量比对照没有显著变化,其中1个转基因玉米株系的直链淀粉含量比对照提高了15.6%。     

固氮斯氏假单胞菌dctB基因在大肠杆菌中异源表达的研究

固氮斯氏假单胞菌dctB基因编码一个二元调控系统的感应蛋白DctB,该蛋白可以感应环境中四碳二羧酸的存在,通过磷酸化激活转录因子DctD,启动四碳二羧酸转运结构基因的转录,为生物固氮过程提供能量。本研究通过克隆dctB基因并实现了其在大肠杆菌BL21(DE3)中的过量表达,经IPTG诱导8h后DctB的表达量达到最高。该研究为进一步纯化DctB蛋白,深入研究该蛋白的功能与性质奠定了基础。     

水稻淀粉分支酶基因(RBE4)作为转基因水稻基体标准物质的内标准基因的研究

内标准基因(endogenous reference gene)是指具有物种专一性、不显示等位基因变化、拷贝数恒定的保守DNA序列,对基因定量分析时具有重要意义.本研究选取了5个水稻内标准基因:根部表达的水稻基因(rice root-specific,GOS9)、磷脂酶D基因(phospholipase D,PLD)、蔗糖磷酸合成酶基因(sucrose phosphate synthase,SPS)、水稻淀粉分支酶基因(rice starch branching enzyme,RBE4)、泛素蛋白基因(ubiquitin 5,UBQ5)和2个外源基因:苏云金芽孢杆菌CrylAb杀虫晶体蛋白基因CrylAb和cryl Ab/cryl Ac融合杀虫晶体蛋白基因(CrylA c/CrylAb),分别以转基因水稻(Oryza sativa L.)克螟稻2号和TT51-1为模板,比较各自的外源基因(CrylAb =KMD2和CrylA c/CrylA b=TT51-1)与5个内源基因的PCR产物量,筛选出和外源基因PCR产物量最接近的内标准基因为RBE4.在此基础上,数字PCR不依赖于已知浓度的标准曲线来定值,可以避免标准样品的标准曲线和样品目的基因的扩增曲线在扩增效率上的不一致等因素所带来的误差,定值结果更加准确、可靠,采用数字PCR分析外源基因拷贝数与内标准基因RBE4拷贝数的比值,荧光定量PCR方法分析内标准基因RBE4和外源基因的定量检测稳定性、灵敏度等.结果表明,外源基因拷贝数与内标准基因RBE4拷贝数的比值在转基因水稻克螟稻2号和TT51-1上都较接近于1∶1,分别为115.9％和105.3％.RBE4的荧光定量PCR体系重复性、定量检测稳定性和灵敏度好,符合作为转基因水稻基体标准物质定量分析的内标准基因的要求,RBE4定量体系在TT51-1和克螟稻2号的最小检出限(LOD)分别为5～11 copies/μL和3～12 copies/μL,最小定量限(LOQ)分别为11～22和12～24 copies/μL.RBE4是转基因水稻标准物质研制和产品定量检测的适宜内标准基因.研究结果为转基因作物标准物质研制和定量检测的内标准基因选取提供一定的参考.