小桐子转化酶基因家族的生物信息学分析及表达特性

转化酶是植物蔗糖代谢与抗逆性形成的关键酶。基于小桐子基因组数据,鉴定到16个小桐子转化酶基因,并对其系统进化、基因结构、理化性质、保守基序及表达特性进行了分析。结果表明,小桐子转化酶基因家族聚类为3个亚家族,中性/碱性转化酶α亚组与酸性转化酶基因包含6或7个外显子,β亚组包含4或5个外显子。同时,酸性转化酶N端都包含信号肽序列,且都鉴定到GH32家族保守的-NDPNG/A-与-MWECV/P-基序。qRT-PCR表达分析显示,JcC-INVD基因在小桐子子叶中表达量最高,而在根中表达量较低,且在叶中属于低温诱导基因。     

小桐子半胱氨酸蛋白酶家族和相应miRNAs的鉴定及其对低温锻炼的响应

小桐子(Jatropha curcas)是一种极具潜力的能源植物及冷敏植物, 12°C低温锻炼可显著提高其耐冷性。在全基因组水平上对小桐子半胱氨酸蛋白酶家族及靶向其基因的miRNAs进行鉴定、生物信息学分析和表达特性分析, 并对该基因家族成员与miRNAs互作参与调控小桐子对低温锻炼的响应进行解析。结果表明, 在小桐子基因组中共鉴定到39个半胱氨酸蛋白酶基因, 定位于11条染色体上, 可分为6个亚家族(C1A、C2、C12、C13、C14和C15), 编码181-2 158个氨基酸残基的多肽, 均具有Cys和His活性位点。基于miRNA组和降解组测序结果, 发现有283个miRNAs靶向调控小桐子半胱氨酸蛋白酶基因家族的14个成员。对靶向JcDEK1、JcRD21B和JcXBCP3L的miRNAs在12°C低温锻炼过程中的共表达分析表明, 这些miRNAs参与半胱氨酸蛋白酶基因表达的调控, 且这种调控可能与低温锻炼诱导的小桐子耐冷性增强有关。研究结果有助于深入理解小桐子半胱氨酸蛋白酶基因家族功能及其与相应miRNAs的互作, 以及通过互作调控小桐子对低温的响应。     

与小桐子雌花形成、雌雄花比例提高相关影响因素的研究进展

小桐子是重要的能源植物,由于它是雌雄同株植物,雌花少,雄花多,雌雄花比例低,因而导致其种子产量很低,严重制约了其产业化进程。因此,了解与小桐子雌花形成、雌雄花比例提高相关影响因素的研究进展,不但对种植者进行小桐子大田种植采取必要的栽培措施具有指导意义,而且也为下一步开展相关的研究工作指明了方向。为此,综述了与小桐子单性花性别分化相关影响因素的研究进展,并对该领域未来的研究重点作了展望。与小桐子雌花形成、雌雄花比例提高相关的影响因素既有内因,也有外因,内因有开花习性、植物激素、遗传基因和结果枝的年龄与大小;外因包括植物生长调节剂、立地环境、CO2浓度、光照、水份、土壤厚度、所施肥料等环境因素。其中,最重要的影响因素是植物激素和遗传基因,二者协同作用共同调控小桐子的性别分化。     

小桐子MYB基因家族的鉴定及JcMYB308基因的克隆与低温表达分析

MYB转录因子家族参与植物生长发育及对环境胁迫的应答等过程。该实验基于小桐子基因组数据库,对MYB基因家族进行鉴定,克隆了小桐子Jc MYB308基因,并对其功能结构域、系统进化、基因结构及低温表达特性进行了分析。结果表明,小桐子全基因组共鉴定到213个MYB基因家族成员,聚类为6个亚家族。克隆的Jc MYB308基因片段长度为713 bp,基因结构具有较高的保守性,均含有两个外显子,进化树显示其与同属大戟科的蓖麻亲缘关系最近,序列一致性为62.7%。q RT-PCR表达分析表明,小桐子Jc MYB308基因的表达存在组织表达特异性,在根中表达量较高,而在叶片中表达量相对较低,在根与茎中低温胁迫24 h时达到最大表达量。     

寡糖类能源植物菊芋及其综合利用研究进展

菊芋作为我国最具发展前景的非粮寡糖类能源植物之一,具有宜于边际地生长、生物质产量高、抗逆性强、易转化等优点。综合国内外菊芋研究现状,以菊芋生物质原料生产为核心,从能源植物分类、菊芋生长特性、种质资源、遗传改良、丰产栽培、采后贮藏、生物燃料研发等方面对其研究现状进行了详细阐述,并展望了菊芋在生物质原料生产方面的未来研究趋势和重点,为我国寡糖类能源植物的长远发展和科学研究提供参考。     

基因工程在能源植物改良中的应用

利用基因工程技术改良能源植物,对降低能源植物向生物燃料(生物乙醇、生物柴油)的转化成本、提高能源转化效率有着非常重要的意义。目前,基因工程技术已被广泛应用于提高植物总的生物产量、降低或改变植物木质素的含量与成分、在植物体中大量表达纤维素降解酶、提高油料植物的产油量以及改变植物油酯的组成成分等方面的研究。概述了利用基因工程技术在以上方面对能源植物进行改良已取得的进展,讨论了现存问题及未来的发展前景。     

小桐子低温诱导型启动子JcDnaJ20p的克隆及烟草转化功能鉴定

低温转录组数据显示,DnaJ20是小桐子低温诱导基因。为鉴定该基因启动子的低温诱导活性,基于PCR技术从小桐子叶片基因组DNA中克隆到DnaJ20基因(JcDna20)启动子序列,命名为JcDnaJ20p,利用重组技术构建了JcDnaJ20p启动子驱动GUS标记基因的植物双元表达载体pCambia1381Z-JcDnaJ20p-GUS,并通过农杆菌介导转化烟草进行功能解析。结果表明,克隆的小桐子DnaJ20基因启动子序列长度2023 bp,序列分析显示该启动子中具有真核生物典型的核心启动子区元件TATAbox和CAAT-box,另外,还鉴定到激素如脱落酸、赤霉素响应元件与植物抗逆性相关如低温、干旱胁迫响应元件。以转化空质粒pCambia1381Z-GUS与35S启动子驱动pCambia1381Z-35S-GUS的烟草为对照,对转化pCambia1381Z-JcDnaJ20p-GUS的烟草叶片分别进行15、4℃低温处理24 h,通过GUS组织化学染色表明,JcDnaJ20p在低温处理下能够提高GUS基因的表达量,具有低温诱导启动子活性。     

过氧化氢脱毒前后小桐子油饼营养成分分析

小桐子(Jatropha curcas Linn.)又名麻疯树,属于大戟科(Euphorbiaceae)麻疯树属(Jatropha Linn.)植物,在中国西南各省均有大规模种植基地。小桐子树皮和叶片具有多种生物活性[1-2];种子含丰富油脂,可作为生物柴油的原料[3]。小桐子油饼是一种在小桐子生物柴油生产过程中大量产生的副产品,其中的蛋白质含量较高、氨基酸组成合理,是优     

能源植物小桐子赤霉素合成代谢及信号转导相关基因的鉴定及序列分析

赤霉素(gibberellin,GA)是一类非常重要的植物激素,在植物种子萌发、茎干伸长、叶片生长、腺毛发育、花粉成熟、开花诱导和果实成熟等生长发育过程中都发挥着重要的作用。GA在一年生草本植物中可以促进开花,而在大多数多年生木本植物中则抑制成花诱导。为了更好地研究赤霉素在木本油料能源植物小桐子(Jatropha curcas)开花调控方面的作用机理,我们对小桐子整个基因组中参与GA合成代谢和信号转导的全部基因进行了鉴定和序列分析。这些基因包括6个多基因家族编码的蛋白,即GA2氧化酶(GA2-oxidase,GA2ox)、GA3氧化酶(GA3-oxidase,GA3ox)、GA20氧化酶(GA20-oxidase,GA20ox)、GID1(GIBBERELLIN INSENSITIVE DWARF1)、DELLAs和F-box蛋白,以及2个单基因编码的蛋白,EL1(EARLY FLOWERING1)和SPY(SPINDLY)。采用拟南芥和水稻中已经鉴定的上述基因编码的蛋白序列在小桐子基因组序列数据库和本实验的小桐子转录组数据库中进行BLASTP分析,找到17个同源蛋白的全长序列,并将其与28个拟南芥的、16个水稻的、24个葡萄的和22个蓖麻的同源蛋白构建系统发育树进行比对分析。结果表明,小桐子中参与赤霉素合成代谢及信号转导的大多数基因与蓖麻和葡萄同源基因的相似度更高。     

赤霉素诱导小桐子产生两性花

小桐子（Jatropha curcas）种子含油率高,油脂组成适合于生产生物燃油,是制备航空生物燃油和生物柴油的理想原料。小桐子是一种雌雄同株植物,雌雄花着生于同一花序,其花序中雌花比例很低,可能是其种子产量低的主要原因之一。本文研究用不同浓度的赤霉素外源喷施处理小桐子花序芽对其花和种子发育的影响。结果表明：外源赤霉素处理能够诱导小桐子产生两性花,且处理浓度越高,两性花数量越多;随着两性花数量的增加,雌花数量相应越少,但雌花与两性花数量之和在各处理和对照之间差异不显著,这表明赤霉素诱导出的两性花可能来源于雌花。另外,高浓度(500~1500mg·L-1)的赤霉素处理会导致小桐子的种子不能正常发育, 表现为每个果实中的种子数量、大小、单粒种子重量、每个果序的种子重量以及种子的含油量都显著减少。这些结果有助于深入理解赤霉素在小桐子花器官形成及种子发育过程中所发挥的生理作用,为从分子水平上对小桐子进行遗传改良、提高其种子产量奠定基础。