山药块茎膨大期淀粉合成关键酶活性及 调控基因的表达分析

为了探究山药块茎膨大期淀粉合成、积累与淀粉合成关键酶及其相关调控基因表达的关系,以淀粉含量差异显著的河北安平白山药(Dioscorea opposita Thunb.)和毕克齐长山药(Dioscorea opposita Thunb.)为试验材料,测定块茎膨大期块茎中淀粉、支链淀粉、直链淀粉含量及比例(支链淀粉/直链淀粉)和淀粉合成关键酶(AMY、ADPGase、SPS、SSS)活性,并采用实时荧光定量PCR对块茎中淀粉合成关键酶基因(SPS 1、Isoamylase 3、PFK 3、Starch synthase 3)表达进行分析。结果表明,AMY、ADPGase及SSS对淀粉的合成起关键作用,ADPGase可能是直链淀粉合成的关键酶,SPS和AMY可能对支链淀粉合成起作用。PFK 3基因在山药淀粉合成过程中起重要作用,且PFK 3基因和Starch synthase 3基因可能对直链淀粉的合成起重要作用。     

‘黑比诺’葡萄不同叶龄叶片叶绿体内淀粉积累及其相关基因表达差异分析

【目的】随着叶龄的增长,葡萄叶片叶绿体内淀粉积累增加,但是调控其淀粉积累的分子机理还未见报道,本研究通过筛选参与调控淀粉积累的潜在基因,阐明葡萄不同叶龄叶片叶绿体中淀粉积累的分子机理。【方法】以2年生‘黑比诺’(Pinot Noir)葡萄为试材,观察不同叶龄叶片叶绿体内淀粉积累动态,并采用高通量测序技术进行转录组分析,筛选出与淀粉和蔗糖代谢途径相关的关键酶基因,同时采用实时荧光定量PCR技术对关键基因进行表达验证。【结果】未展开叶（NL）叶绿体内淀粉粒体积较小,积累量少,随着叶龄增长,在生长中叶（GL）和成熟叶（ML）叶绿体内,淀粉粒体积明显增大,积累量增加。转录组测序共得到58.57 GB的有效数据,KEGG富集分析表明,与NL相比,在GL和ML中差异表达的基因显著富集于淀粉与蔗糖代谢通路。分析该通路基因表达模式发现,细胞壁转化酶（cell wall invertase,CWINV）、磷酸葡萄糖变位酶（Phosphoglucomutase,PGM）、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（ADP-glucose pyrophosphorylase,AGPase）等基因参与蔗糖转化为淀粉合成前体腺苷二磷酸葡萄糖（adenosine diphosphate glucose,ADPG）的过程,且随叶龄增大逐渐上调表达;可溶性淀粉合成酶（soluble starch synthase,SSⅠ）、淀粉分支酶（starch branching enzyme,SBE）、α-淀粉酶（α-amylase,AMY）、β-淀粉酶（β-amylase,BAM）等基因参与淀粉合成与水解过程,同样随叶龄增大上调表达,其中AGPase、SSⅠ、SBE在半结晶结构支链淀粉合成中起重要作用。【结论】随着叶龄的增大,叶绿体中淀粉积累增加;AGPase、SSⅠ、SBE等基因可能是参与调控叶绿体内淀粉积累的关键基因。     

低温对甘薯淀粉理化特性及代谢关键基因表达量的影响

【目的】淀粉是甘薯块根的主要组成成分,淀粉理化特性直接决定着甘薯的主要用途;同时,甘薯是较为典型的喜温作物,对储藏温度较为敏感。因此,研究低温对淀粉理化特性的影响,为甘薯安全储藏提供参考。【方法】本研究以‘烟薯25’和‘商薯19’为试验材料,设置适温（13℃,CK）和低温（4℃）储藏14 d,分析甘薯块根淀粉粒径大小与分布、热焓特性、糊化特性、吸湿性及膨胀力等特征指标的差异。【结果】不同甘薯品种的直链/支链淀粉含量存在显著差异,‘商薯19’的直链淀粉含量（31.47%）显著高于‘烟薯25’（25.86%）,支链淀粉则完全相反;‘烟薯25’和‘商薯19’的平均粒径、体积和表面积均分别分布于≤2.50 μm、2.50—5.00 μm和5.00—25.00 μm三个区间,低温胁迫使二者的淀粉颗粒平均粒径降低,体积和表面积减小,吸湿性和膨胀力降低;‘烟薯25’和‘商薯19’薯块淀粉在糊化过程中的起始温度（T₀）、峰值温度（Tp）和热晗值（△H）与CK相比均显著下降,其中,‘烟薯25’的△H变化幅度高于‘商薯19’,表明低温对‘烟薯25’淀粉热特性的影响程度高于‘商薯19’;低温储藏条件下,‘烟薯25’和‘商薯19’的最高黏度（PKV）、崩解值（BDV）和回复值（CSV）均显著下降,糊化温度（PT）受低温的影响不显著,但品种间差异显著;低温下,基因IbAGPa（ADP-葡萄糖焦磷酸化酶）、IbAGPb、IbSBEI（淀粉分支酶）和IbSBEII的表达量均显著下降,而Ibα-amylase（淀粉水解酶）和Ibβ-amylase则显著上升。【结论】温度是影响甘薯淀粉理化品质的重要因素,甘薯块根淀粉理化特性变化与甘薯储藏温度密切相关。     

花青素合成途径关键酶基因在彩色马铃薯块茎中的表达分析

根据植物花青素合成途径关键酶基因序列设计特异性引物,利用RT-PCR技术,在转录水平上检测这些基因在彩色马铃薯不同颜色块茎中的表达情况。从18个基因中筛选到类黄酮3’5’-羟化酶基因、二氢黄酮醇还原酶基因、类黄酮3-O-葡萄糖基转移酶基因、类黄酮5-O-葡萄糖基转移酶基因、甲基转移酶基因、谷胱甘肽转移酶基因、调节基因AN2和AN1等8个基因在不同颜色薯肉中表达有差异,说明这些基因的表达可能与块茎肉色相关。研究检测的基因中有8个在马铃薯中未见报道,本研究根据矮牵牛的基因序列,寻找马铃薯的同源序列,经检测这些同源序列在彩色马铃薯块茎中都有表达产物,表明这些同源序列可能是目的基因,研究结果为今后在马铃薯上分离克隆花青素合成途径关键酶基因奠定基础。     

山药花青素合成关键酶基因的解析

测定了紫山药和白山药叶、茎、块茎中的花青素含量、积累量和积累速率,以及花青素合成酶基因PAL、F3H、DFR、ANS和UFGT的实时表达。结果表明:除了DFR基因外其他基因在山药幼嫩组织中的表达水平更高;所有基因在紫山药块茎中的表达水平较高;ANS和UFGT在紫山药中高度表达,而在白山药中低表达或不表达;块茎中花青素的动态积累量呈一个典型的双"S"曲线;PAL和F3H基因只在花青素积累速率最快之前的块茎膨大初期高度表达,而DFR、ANS和UFGT表达水平的两个高峰期与花青素积累速率的两个高峰期符合。推测控制紫山药颜色的关键酶基因可能是ANS和UFGT或两者之一。     

山药花青素合成关键酶基因的解析

测定了紫山药和白山药叶、茎、块茎中的花青素含量、积累量和积累速率,以及花青素合成酶基因PAL、F3H、DFR、ANS和UFGT的实时表达。结果表明:除了DFR基因外其他基因在山药幼嫩组织中的表达水平更高;所有基因在紫山药块茎中的表达水平较高;ANS和UFGT在紫山药中高度表达,而在白山药中低表达或不表达;块茎中花青素的动态积累量呈一个典型的双"S"曲线;PAL和F3H基因只在花青素积累速率最快之前的块茎膨大初期高度表达,而DFR、ANS和UFGT表达水平的两个高峰期与花青素积累速率的两个高峰期符合。推测控制紫山药颜色的关键酶基因可能是ANS和UFGT或两者之一。     

怀山药焦铁1号的选育及优质高产栽培技术

怀山药新品种焦铁1号是焦作市农林科学研究院采用系统选育方法,从收集的铁棍山药资源材料中选择优良变异株选育而成,属于铁棍山药系列。该品种生长势强、抗病性好、耐涝性强、折干率高,具备铁棍山药特有的颜色和品质。2018年和2019年在焦作市进行了2年大面积生产试验,焦铁1号在垆土地平均产量为1 309.4 kg/亩、两合土地平均产量为2 033.3 kg/亩,山药块茎的蛋白质和淀粉含量分别为3.9%和23.9%。适宜在河南山药产区种植。     

影响马铃薯块茎低温糖化的植物激素相关基因的表达

对低温贮藏5 d的低温糖化不敏感品种‘华薯三号’和敏感品种‘中薯五号’马铃薯块茎进行转录组测序,通过对差异表达基因的生物信息学分析,获得与植物激素相关的差异表达基因,其中6个与植物激素合成或信号转导有关的差异表达基因与糖分解代谢密切相关。结果表明：KOox2和GA3ox1是马铃薯块茎中赤霉素合成的关键酶基因,赤霉素可刺激淀粉酶和转化酶活性,加剧块茎还原糖的积累,是马铃薯低温糖化的正调控因子;ANT和AIL6属于参与乙烯响应的AP2转录因子家族;BRI1和BKI1是油菜素内酯信号通路中的转录因子,两者互作共同拮抗14–3–3蛋白质活性;ANT、AIL6、BRI1和BKI1这4个转录因子通过负调控转化酶基因的表达而影响还原糖的产生,是马铃薯低温糖化的负调控因子。     

面包面条优质小麦转录组学分析

面包、面条加工品质对我国小麦生产和消费非常重要,我们前期筛选出面包优质和劣质、面条优质和劣质、二者兼优和均劣6类品质差异显著的小麦品种,研究发现其蛋白和淀粉理化特性、面包和面条加工品质存在显著差异。本研究选取花后7、17、27 d的籽粒,利用RNA-Seq技术构建了籽粒灌浆动态转录组文库。通过转录组测序,以面包优质小麦为对照,花后7 d共找到4 529个差异表达基因,花后17 d共找到3 198个差异表达基因,花后27 d共找到2 955个差异表达基因。进一步针对蔗糖与淀粉代谢通路研究,结果表明,不同品质类型小麦籽粒中蔗糖代谢形成淀粉合成前体的相关酶类(蔗糖磷酸合酶SPS、蔗糖转化酶INV、蔗糖合成酶SuS)以及淀粉代谢相关酶类(淀粉去分支酶DBE、α-淀粉酶与β-淀粉酶)存在差异,可能是总淀粉含量及其组分差异的重要原因。同面包优质小麦相比,其他5类小麦品种中DBE与α-淀粉酶基因均上调,可能是面包优质小麦总淀粉含量较低、支链淀粉含量较高的原因。由此推测,调控籽粒蔗糖代谢通路以及淀粉水解通路可以作为调控小麦加工品质的新思路。     

氯吡脲和多效唑配施对山药块茎淀粉合成相关酶活性的影响

以山药品种桂淮2号为材料,在块茎膨大初期进行氯吡脲和多效唑不同浓度组合配施,研究氯吡脲和多效唑对山药块茎淀粉合成相关酶活性的影响.结果表明,氯吡脲和多效唑不同浓度组合配施提高了与山药块茎淀粉合成相关的ADPG焦磷酸化酶、可溶性淀粉合成酶、可溶性淀粉分支酶的活性,进而提高了山药块茎淀粉的含量;3种酶活性的动态变化均为先升高后下降,与山药块茎淀粉积累的动态变化趋势一致.氯吡脲和多效唑不同浓度组合配施对山药块茎淀粉合成相关酶活性的影响均为正效应,而氯吡脲的影响大于多效唑.最适处理浓度组合为氯吡脲30～34 mg/kg、多效唑610～630 mg/kg.     

广丰千金薯驯化移栽苗对PEG干旱胁迫的光合生理响应

为了探究广丰千金薯驯化移栽苗的耐旱生理机制,测定了干旱胁迫下广丰千金薯驯化移栽苗的多项光合生理指标。结果表明,50和100 g·L^-1 PEG-6000可显著促进广丰千金薯移栽驯化苗的生物量和根冠比,而150和200 g·L^-1 PEG-6000则显著减少其生物量和根冠比。当PEG-6000浓度为50和100 g·L^-1,其叶片相对含水量、气孔开度、Tr、Fo、Fv/Fm、Φ_PSⅡ、NPQ和ZR含量无显著变化,叶绿素含量、气孔密度、Pn、Gs、Ls、WUE、CUE、Fm、Fv/Fo、Fv'/Fm'、qP、GA₃和ABA含量显著增加,Ci显著下降。当PEG-6000浓度达到150和200 g·L^-1,其叶片相对含水量、叶绿素含量、气孔开度、Pn、Gs、Ls、Tr、WUE、CUE、Fo、Fm、Fv/Fo、Φ_PSⅡ、Fv'/Fm'、Fv/Fm、qP、GA₃、ZR和IAA显著下降,气孔密度、Ci、NPQ和ABA含量显著增加。在干旱胁迫下,广丰千金薯移栽驯化苗叶片ZR/ABA和ZR/IAA随着PEG-6000浓度的增大而显著下降,而ABA/(IAA+GA₃+ZR)则随PEG-6000浓度的增大而显著提高。在干旱胁迫下广丰千金薯移栽驯化苗叶片倍性稳定,但当PEG-6000浓度达到200 g·L^-1,电泳图谱上出现了明显的DNA ladder。因此,广丰千金薯驯化移栽苗能适应一定程度的干旱胁迫,但随着干旱胁迫的加剧,会影响其生长发育、光合作用和内源激素的调控机制,导致细胞程序性死亡。     

红橘响应褐斑病菌侵染的转录组学分析

【目的】 明确红橘（Citrus reticulata Blanco, cv. Hongjv）接种褐斑病致病菌——链格孢菌橘致病型（Alternaria alternata tangerine pathotype）后基因种类和表达量在转录水平的变化规律,确定红橘响应该致病型侵染的关键基因。【方法】 采用链格孢菌橘致病型接种红橘离体叶片,28 h后选取感病叶片和未接种叶片提取RNA,进行转录组高通量测序,然后利用生物信息学分析,以甜橙基因组为参考,以|log₂ fold change|≥1,q-value≤0.01为阈值选取感病和健康红橘叶片转录组的差异表达基因,应用GO数据库对差异表达基因（differentially expressed gene,DEG）进行功能分类,KEGG分析代谢途径,MapMan软件分析生物胁迫信号通路相关基因的表达变化。采用qRT-PCR方法对测序结果进行验证。【结果】 红橘接种链格孢菌橘致病型28 h后产生大量与胁迫相关的差异表达基因,获得上调差异基因5 173个,下调差异基因6 555个。GO功能分类显示差异基因主要与蛋白结合、膜、氧化还原过程等相关。通过KEGG富集和MapMan软件分析发现,红橘在受链格孢菌橘致病型胁迫的过程中基础代谢被严重破坏。乙烯、水杨酸和生长素等寄主防御相关的植物激素信号转导途径多个基因表达出现差异,其中乙烯起主导作用,乙烯受体ETR 3个成员被不同程度激活,下游激酶和乙烯响应因子均上调,生长素大部分关键信号基因、绝大部分生长素响应因子ARF和水杨酸合成途径的基因均下调表达。同时,黄酮醇、花青素、萜类化合物和生物碱合成相关基因受该菌诱导显著变化,萜类合成中大部分基因下调,而黄酮类合成相关上调基因数量和表达趋势均强于表达下调基因,有抗虫和抑菌作用的硫代葡萄糖苷基因呈上调趋势。进一步研究发现,大量参与抗逆过程的转录因子如WRKY、bZIP、ERF、MYB、NAC被诱导激活,其中大部分WRKY和bZIP转录因子受该菌正向调控,超过50%的ERF家族基因表达上调;在转录因子调控下,PTI及ETI响应基因如受体激酶、R蛋白、NBS抗病蛋白等大量表达,多个PR家族抗菌蛋白基因上调表达,22个抗氧化保护酶系统POD成员基因受到活性氧信号激发大量表达。以上结果表明链格孢菌橘致病型侵染对寄主内部生理状态产生显著影响。选取了19个与植物抗病相关基因进行qRT-PCR分析,其基因表达趋势与测序数据一致。【结论】 获得了红橘响应链格孢菌橘致病型侵染的差异表达基因及显著上调表达基因,其主要富集于代谢过程、应激反应及转录调控等条目中,这些基因的相互协同调控是红橘对该致病型产生防御反应的重要机制。     

HPLC法鉴别铁棍山药与太谷山药

采用高效液相色谱(HPLC)法研究铁棍山药与太谷山药特征图谱,通过索氏提取法、蒸馏法和超声提取法提取并比较2种山药间成分组成及其含量差异,为铁棍山药的品种鉴定提供依据。使用Agilent ODS色谱柱(5μm,4.6mm×250mm),以甲醇-水(95∶5)为流动相,流速1.0mL/min,柱温30℃,检测波长215nm,对2种山药的成分进行HPLC分析。结果表明,超声提取法效果较好。2种山药图谱峰的个数和出峰时间有一定区别,峰面积有明显差别,可以做为指纹图谱来甄别2种山药,所建立的方法可用于铁棍山药的品种鉴定。铁棍山药和太谷山药中均没有检测到皂苷元。     

铁棍山药水溶性粗多糖的提取工艺研究

[目的]研究铁棍山药水溶性粗多糖的提取工艺。[方法]以总多糖含量为考察指标,在单因素试验的基础上,经正交试验优化了山药水溶性粗多糖的提取工艺条件,并对提取的粗多糖进行了初步纯化。[结果]最适工艺条件为12∶0的料水比、100℃提取3 h,在浓度90%乙醇体系中沉淀;该条件下的总糖含量达到了1.40%。[结论]该研究可为铁棍山药的深入研究与开发提供参考。     

基于广泛靶向代谢组学的武穴野生山药及其零余子代谢物差异分析

为揭示武穴野生山药及其零余子中代谢物的种类与相对含量差异,利用LC-MS/MS广泛靶向代谢组学的方法对采集自湖北省武穴市野生山药的山药肉、山药皮和零余子中代谢物成分进行检测,并结合多元统计分析和单变量统计分析筛选零余子与山药肉间、山药皮与山药肉间的差异代谢物.结果表明:武穴野生山药及其零余子中共检测到385种代谢物;在...     

携带不同原噬菌体的黄龙病菌在柑橘木虱体内的增殖及致病力

[背景]在中国,柑橘黄龙病(citrus Huanglongbing,HLB)是由候选韧皮部杆菌亚洲种('Candidatus Liberibacter asiaticus',CLas)所引起的一种毁灭性病害,严重威胁着柑橘产业的可持续发展.前期研究表明CLas全基因组上鉴定出3种单独类型的原噬菌体基因序列,而广东黄龙...     

福建山药资源形态标记分析

用系统聚类法对15个农艺性状指标进行分析,构建遗传距离树状图,发现当绝对值距离在13～26时,34份山药资源根据地上部长势的强弱划分成2个大类;当绝对值距离在9～13时,生长势较弱的一类又可分为2个亚类,一类为有分枝具黄褐皮色的长状山药,另一类为棒状山药及参薯;绝对距离在8左右时,又可将棒状山药和参薯分开.综合形态标记...     

秭归空心李染色体的核型分析

[目的]对秭归空心李进行染色体核型分析,以期进一步探讨秭归空心李系统及其染色体组的演化和进化地位。[方法]取秭归空心李,根尖压片法制片、镜检、拍照,并对50个染色体状态分散良好的细胞进行染色体计数及核型分析。[结果]秭归空心李的染色体数目为2n=14,染色体基数为x=7,核型公式为2n=2x=14=8m＋2Sm＋2st＋2T,即有4对属于中部着丝点区染色体,1对属于近中部着丝点区染色体,1对属于近端部着丝点区染色体及1对属于端部着丝点染色体。核型属于Stebbins核型分类中的“2B”类型,染色体的相对长度变化范围为8．02％～23．28％,臂比变化范围为1．28-∞。最长与最短的染色体的长度比为2．90,核型不对称性系数As．K％为66．35％。[结论]从核型分类以及核型不对称系数值来看,在系统演化上,秭归空心李属于进化程度相对较高的种类。     

模式改造对灰枣树个体和群体冠层特性及机械适应性的影响

【目的】研究枣树不同栽培模式的冠层特征,分析不同模式之间枣树个体和群体冠层特性差异及其相关性,寻找适合枣树集约化、机械化和标准化生产的栽培模式。【方法】以3～4 a灰枣树为试材,将株行距为1.0×1.5(m),树形为疏散分层形的原栽培模式(CK),将其一部分改造为株行距1.0×4.5(m)的篱壁形、主干形和“Y”形,冠高控制在2.5 m左右的3种新型模式,即M₁、M₂、M₃。将改造完成后的新模式作为试验组,原种植模式作为对照(CK)。对各模式枣树5～7月的株高、冠幅、作业间距以及个体和群体冠层特性进行了分析研究。【结果】M₂株高最高,M₁株高最低,6、7月时M₁与M₃和CK差异不显著,各模式的株高均在2.5 m左右且生长良好;5～7月,M₁冠幅显著最小,M₁为89.1 cm,较CK小13.1%;M₂冠幅与CK无显著差异,M₂为99.0 cm; M<...     

金叶榆二倍体及其同源四倍体的生理特征与转录组差异分析

本文旨在探究金叶榆（Ulmus pumila cv.‘Jinye’）二倍体及其同源四倍体的生理特征和差异基因表达情况,为金叶榆关键调控基因的定位及基因工程育种提供分子基础。试验以金叶榆二倍体及其同源四倍体为材料,比较两者叶绿素相对含量,可溶性糖、可溶性蛋白、MDA含量,SOD和POD活性等生理指标,并进行转录组测序。结果表明：金叶榆同源四倍体叶片中叶绿素相对含量,可溶性糖和可溶性蛋白含量及SOD、POD活性显著高于二倍体,MDA含量显著低于二倍体。转录组测序共得到1 283个差异表达基因,其中1 078个表达上调,205个表达下调。995个差异表达基因被GO功能注释,与代谢过程、细胞过程、催化活性、结合和转运蛋白活性等密切相关;COG注释结果显示,主要注释在碳水化合物的运输和代谢、次生代谢产物合成和脂质运输和代谢;KEGG通路分析发现,植物激素信号转导通路差异显著性最为明显,其中生长素、油菜素内酯和水杨酸信号转导途径富集基因数最多。参与代谢过程、催化活性和激素信号转导通路等关键基因的差异表达,可能与同源四倍体植株能源物质含量高、酶活提高及生长势和抗逆性增强有关。