秸秆还田对旱作马铃薯块茎淀粉合成关键酶活性及基因表达的影响

为探讨秸秆还田下旱作马铃薯块茎形成过程中淀粉合成关键酶活性及基因表达特性,以马铃薯栽培品种"青薯9号"为材料,以露地栽培为对照,设置秸秆还田处理,研究了马铃薯块茎形成过程中淀粉合成关键酶活性、基因表达、淀粉糊化及累积指标。结果表明:秸秆还田显著提高了旱作马铃薯SSS酶活性,降低了AGPP、GBSS酶活性,而对SBE酶活性没有显著影响;显著提高了SSⅡ、SSⅢ基因表达量,降低了AGPase、GBSSⅠ、SBEⅠ、SBEⅡ基因表达量;显著增加了淀粉崩解值,减少了淀粉各阶段粘度、回生值,而对淀粉糊化温度没有显著影响;显著增加了直链淀粉含量及直/支链淀粉比,减少了总淀粉含量; GBSS酶活性与AGPase、SBEⅠ基因表达量呈显著正相关,与直链淀粉含量、直/支链淀粉比呈显著负相关; SBE酶活性与SSⅡ基因表达量、峰值粘度、低谷粘度、最终粘度、总淀粉含量呈显著正相关,与崩解值、糊化温度呈显著负相关; AGPase基因表达量与直链淀粉含量呈显著负相关;GBSSⅠ基因表达量与最终粘度、回生值呈显著正相关,与糊化温度呈显著负相关;淀粉糊化与累积无显著相关性。     

秸秆还田对旱作马铃薯块茎淀粉合成关键酶活性及基因表达的影响

为探讨秸秆还田下旱作马铃薯块茎形成过程中淀粉合成关键酶活性及基因表达特性,以马铃薯栽培品种"青薯9号"为材料,以露地栽培为对照,设置秸秆还田处理,研究了马铃薯块茎形成过程中淀粉合成关键酶活性、基因表达、淀粉糊化及累积指标。结果表明:秸秆还田显著提高了旱作马铃薯SSS酶活性,降低了AGPP、GBSS酶活性,而对SBE酶活性没有显著影响;显著提高了SSⅡ、SSⅢ基因表达量,降低了AGPase、GBSSⅠ、SBEⅠ、SBEⅡ基因表达量;显著增加了淀粉崩解值,减少了淀粉各阶段粘度、回生值,而对淀粉糊化温度没有显著影响;显著增加了直链淀粉含量及直/支链淀粉比,减少了总淀粉含量; GBSS酶活性与AGPase、SBEⅠ基因表达量呈显著正相关,与直链淀粉含量、直/支链淀粉比呈显著负相关; SBE酶活性与SSⅡ基因表达量、峰值粘度、低谷粘度、最终粘度、总淀粉含量呈显著正相关,与崩解值、糊化温度呈显著负相关; AGPase基因表达量与直链淀粉含量呈显著负相关;GBSSⅠ基因表达量与最终粘度、回生值呈显著正相关,与糊化温度呈显著负相关;淀粉糊化与累积无显著相关性。     

马铃薯淀粉合成酶融合基因植物表达载体构建

通过反义抑制马铃薯(Solanum tuberosum L.)块茎淀粉合成酶GBSS、SSⅡ和SSⅢ基因的表达,可降低淀粉中直链淀粉含量和改变分支链的长度,从而降低马铃薯淀粉糊化温度、改善其抗凝沉性。依据GBSS、SSⅡ和SSⅢ基因的cDNA序列分析,从各基因中筛选和克隆了一段同源性极低、约500~600bp的片段;通过PCR技术实现了3个片段的融合,得到了1671bp的融合基因GS2S3;将GS2S3反向连接在GBSS5′侧翼序列之后,构建了由GBSS5′侧翼序列驱动的GS2S3反义基因的植物表达载体pBI-GS2S3,并进行了初步转化。     

马铃薯AGPase活力反馈调控光合速率定量分析

为了揭示ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)改变对叶片光合作用的反馈调控,以改变AGPase活力的马铃薯转化株系为材料,测定了其AGPase活力(AA)、块茎淀粉积累量(SC)、叶片光合速率(PR)、叶绿素(CC)和蔗糖含量(SUC)等;测定结果分析显示,各株系的AGPase活力(AA)、块茎淀粉积累量(SC)和叶片光合速率(PR)间存在显著差异,且均显著高于对照;株系间AGPase活力、块茎淀粉含量和叶片光合速率呈显著正相关性;每单位AGPase活力上升可贡献贮藏器官淀粉积累增加2.5%,且是影响叶片光合速率的重要因素;结果表明,AGPase不仅是下游淀粉积累的限速酶,而且可向上游反馈调控光合速率。     

复合调控Wx与SBE3基因对水稻籽粒直链淀粉含量的影响

颗粒淀粉合成酶（GBSS）和淀粉分支酶3（SBE3）是淀粉合成过程中的两个关键酶,这两个酶主要由耽和SBE3两个基因分别控制,它们的表达量直接影响直链淀粉和支链淀粉的含量比例。为了探讨水稻淀粉关键酶基因耽过量与SBE3干涉复合表达对直链淀粉含量的影响,构建了Wx过量表达与SBE3干涉结合的多基因表达载体,并通过农杆菌介导的方法将其导入日本晴水稻中。经过PCR检测分析获得了65株转基因阳性植株,半定量RT—PCR检测表明转基因株系中Wx基因表达量明显增加,而SBE3基因表达量显著减少。转基因株系籽粒透明度明显降低,直链淀粉含量比野生型的平均高45％,但是千粒重变化不大,与野生型相当。遗传分析表明这些转基因株系多数可稳定遗传。     

山药异淀粉酶基因克隆及其在淀粉代谢中的作用北大核心CSCD

为了明确异淀粉酶基因(ISA 3)在山药淀粉代谢中的作用,该研究以‘毕克齐’和‘大和长芋’山药为试验材料,测定了块茎中淀粉及组分含量和异淀粉酶活性等;采用RT-PCR技术克隆了ISA 3,并进行生物学分析及山药块茎不同膨大期和不同组织间ISA 3基因的表达等。结果表明:(1)山药‘大和长芋’的直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量均显著高于‘毕克齐’,且两品种的淀粉含量随生长发育的变化均呈先升高后降低的趋势,并均于种植后120 d时达到最高,但‘毕克齐’的异淀粉酶(ISA)活性在整个膨大期均高于‘大和长芋’。(2)成功克隆获得山药ISA 3开放阅读框长1584 bp,编码527个氨基酸;ISA3为亲水性蛋白。(3)不同品种块茎在膨大时期的ISA 3基因表达趋势不同,‘毕克齐’中呈先显著上调随后下调,而在‘大和长芋’中表达总体下调,且在山药的叶、茎和块茎中均有表达,存在明显的组织特异性。(4)ISA活性与山药淀粉及支链淀粉含量呈显著和极显著正相关关系,但ISA活性与ISA 3的表达量呈负相关关系。研究表明,异淀粉酶参与了山药块茎中淀粉的合成,且主要对支链淀粉的合成起关键作用,ISA 3基因的表达可能对异淀粉酶活性和淀粉的合成起负调控作用。     

花后高温对不同耐热性小麦品种籽粒淀粉形成的影响

以耐热性不同的2个小麦品种济麦20和鲁麦21为材料,分别于花后5～9d（T1）和15～19d（T2）进行高温处理,研究了小麦花后不同阶段高温对籽粒淀粉积累、淀粉粒分布及相关酶活性的影响。结果表明,花后高温显著降低籽粒淀粉积累量;显著降低籽粒淀粉及支链淀粉含量,但提高直链淀粉含量、直／支链淀粉比例。处理间比较,他处理对籽粒淀粉积累的影响程度较T1处理大。品种间比较,高温对济麦20的影响程度较鲁麦21大。高温使A型淀粉粒的体积、数量和表面积比例显著增加,B型淀粉粒的体积、数量和表面积比例显著降低。T1处理后,两品种籽粒蔗糖含量、蔗糖合酶（SS）和腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（AGPP）、可溶性淀粉合酶（SSS）、束缚态淀粉合酶（GBSS）和淀粉分支酶（SBE）活性均略高于对照;但济麦20、鲁麦21上述指标分别于花后15、20d开始低于对照。他处理后,两品种籽粒蔗糖含量、SS、AGPP、SSS、GBSS和SBE活性显著低于对照,济麦20上述指标的降幅较鲁麦21大。与其它淀粉合成相关酶相比,高温对籽粒GBSS活性的影响程度较小。两品种处理间籽粒蔗糖含量、SS、AGPP、SSS、GBSS及SBE活性的变化趋势,与淀粉积累量的变化趋势基本一致。说明灌浆期高温使籽粒淀粉积累量降低,一方面是由于籽粒蔗糖供应较低引起糖源不足;另一方面则是由于灌浆中后期淀粉合成相关酶活性下降使淀粉合成受抑所致。     

香蕉(Musa acuminata)MaGBSSⅠ-3蛋白的亚细胞定位及其在毕赤酵母中的表达

颗粒结合型淀粉合成酶Ⅰ(granule-bound starch synthaseⅠ,GBSSⅠ)是决定果实直链淀粉合成的关键酶。研究GBSSⅠ的亚细胞定位及其在毕赤酵母中的表达,将为其蛋白功能验证奠定基础。本研究从巴西蕉(Musa acuminata L.AAA group cv.Brazilian)果实中克隆到一个GBSSⅠ成员,命名为Ma GBSSⅠ-3。生物信息学分析表明,Ma GBSSⅠ-3开放阅读框为675 bp,编码224个氨基酸,蛋白分子量为55.12 k D,等电点为5.38。聚类分析发现Ma GBSSⅠ-3与油棕Eg GBBSⅠ的亲缘关系较近。亚细胞定位显示,Ma GBSSⅠ-3定位于细胞膜。酵母表达系统分析发现,Ma GBSSⅠ-3蛋白的大小约为55.0 k D,与预测的分子量大小相一致,说明已成功获得了Ma GBSSⅠ-3表达蛋白,为进一步验证Ma GBSSⅠ-3蛋白的功能奠定了基础。     

RNAi沉默淀粉分支酶基因SBEI对玉米直链淀粉合成的影响

淀粉分支酶(SBE)是淀粉合成的限速酶。为了研究SBEI沉默对直链淀粉合成的影响, 克隆了玉米(Zea mays)淀粉分支酶SBEI基因片段, 构建了SBEI的RNAi表达载体pBAC418, 用基因枪将其导入玉米自交系幼胚愈伤组织, 经木糖筛选获得了7株转化再生植株。利用FAD2 intron和xylA基因探针对T₀代再生玉米植株进行DNA dot blot和PCR-Southern检测, 证实5株为阳性植株, 其中4株正常结实。SBEI基因沉默对阳性再生玉米株系籽粒的含油量没有显著影响; 蛋白质含量显著高于受体对照; 总淀粉含量与对照相比无显著差异, 转基因株系直链淀粉含量平均提高了9.8%。     

RNAi沉默淀粉分支酶基因SEEI对玉米直链淀粉合成的影响

淀粉分支酶(SBE)是淀粉合成的限速酶.为了研究SBEI沉默对直链淀粉合成的影响,克隆了玉米(Zea mays)淀粉分支酶SBEI基因片段,构建了S8EI的RNAi表达载体pBAC418,用基因枪将其导入玉米自交系幼胚愈伤组织,经木糖筛选获得了7株转化再生植株.利用FAD2 intron和xylA基因探针对T<,0>代再生玉米植株进行DNA dot blot和PCR-Southern检测,证实5株为阳性植株,其中4株正常结实.SBEI基因沉默对阳性再生玉米株系籽粒的含油量没有显著影响;蛋白质含量显著高于受体对照;总淀粉含量与对照相比无显著差异,转基因株系直链淀粉含量平均提高了9.8%.     

玉米茎特异启动子克隆及其在转基因烟草中的活性分析

从玉米自交系‘综31’基因组中分离了1个茎特异表达启动子,命名为ZmSSP。用ZmSSP替换植物表达载体pCAMBIA3301的CaMV35S启动子,构建了ZmSSP驱动GUS报告基因的重组表达载体pCAMBIA3301-ZmSSP-GUS,并采用农杆菌介导法转化烟草,对转基因烟草营养器官中GUS表达模式进行了分析。结果表明:在烟草中ZmSSP活性低于CaMV35S启动子;不同转基因株系中ZmSSP活性及模式有显著差异;10个转基因株系统计结果表明,GUS表达量最高的营养器官是叶柄,平均是Actin基因表达量的2.71倍;其次是叶片和茎,在根中的GUS表达量最低,平均是Actin基因表达量的29.6%,是叶柄中活性的10.9%。研究认为,ZmSSP是较好的组织特异性启动子,适用于通过植物基因工程技术驱动目的基因进行地上营养器官的性状改良。     

外源脱水应答转录因子DREB基因在转基因小麦中的诱导型表达与抗干旱生理效果研究

以冬小麦品种8901、5-98、99-92和104等品种的幼穗和幼胚为材料,用基因枪转化含逆境诱导转录因子DREB和bar基因的质粒pBAC128F（7024bp）。经筛选与植株再生,共获得70多个转基因小麦植株及其后代株系。转基因株系经PCR分析和RNA点杂交检测,结果表明外源转录因子DREB基因已稳定整合到转基因植株及其后代株系中,并且在部分后代株系中获得了表达。叶片脯氨酸含量测定表明,有16个转基因株系的脯氨酸含量与非转基因对照相比,增加相当显著,其中10个株系的脯氨酸含量在1100μg/g以上,比对照提高了2倍多。室内抗旱模拟实验表明,转基因株系停止浇水15d后,叶片仍然表现绿色,而对照叶片则失绿、枯干;复水10d后,转基因株系恢复活力,对照则死亡。研究表明,利用逆境诱导型启动子（rd29B）来增强外源DREB基因的表达,能显著改良小麦的抗旱性。     

花生AhFAD2基因抑制表达的转基因后代分析

FAD2(Δ~(12) fatty acid desaturase,Δ~(12)FAD或FAD2)是催化油酸在脂肪酸碳链Δ~(12)位脱氢生成亚油酸的关键酶。在花生中,FAD2酶活性下降或失活可提高籽粒中油酸的相对含量,改善花生籽粒及制品的品质和氧化稳定性。通过将种子特异性表达Lectin启动子和Ca MV35S启动子驱动的倒位重复Ah FAD2基因RNAi干扰结构转入花生,获得了以丰花1号(FH1)和花育23(HY23)为受体、携带上述2种转化结构、稳定遗传的花生转基因纯合体株系,转基因花生主要农艺性状与非转基因对照基本一致。实时荧光定量分析发现,各转基因株系发育种子中Ah FAD2基因的转录水平普遍下调。气相色谱法进一步测定了部分转基因后代株系种子的脂肪酸含量及组成,籽粒中油酸含量分别平均提高了15.09%(HY23为受体)、36.40%(FH1为受体),相应地,亚油酸含量平均下降了16.19%、29.81%,油亚比平均增加了38.02%、98.10%。各转基因株系的油酸含量显著提高;且在以FH1为受体的转基因株系后代籽粒以及种子特异性启动子驱动的转化结构中,RNAi的抑制效果更明显。通过RNAi技术抑制花生FAD2基因的表达,可以有效提高花生籽粒油酸含量。该技术体系可以为花生品质育种提供借鉴。     

烟草FLS基因表达抑制对类黄酮代谢的影响

高等植物中黄酮醇合成酶催化二氢黄酮醇转化生成黄酮醇,是类黄酮代谢途径的关键酶之一。本研究在烟草基因组数据库中搜索获得两个类黄酮合成酶基因,即NtFLS1和NtFLS2,二者表达模式一致,均在叶片中高水平表达。在NtFLS2基因过表达载体的转化株中获得一个共抑制株系KD36,荧光定量PCR分析表明NtFLS1和NtFLS2基因表达水平均被显著抑制,类黄酮途径其它结构基因的表达水平未发生显著变化。KD36株系中二氢槲皮素含量显著上升,是对照的12倍,槲皮素、山奈酚、二氢山奈酚含量未发生显著变化。KD36株系花色更红,花青素含量是对照植株2.4倍。上述研究揭示了烟草黄酮醇合成酶基因的功能,为进一步研究烟草类黄酮代谢提供了一定的理论依据。     

马铃薯表观淀粉含量与直链淀粉含量相关性研究

测定了48个不同马铃薯品种表观淀粉含量以及块茎中和淀粉中直链淀粉含量,对表观淀粉含量和块茎中直链淀粉含量间,表观淀粉含量和淀粉粒直链淀粉含量间进行了相关分析。结果表明：表观淀粉含量和块茎中直链淀粉含量间相关显著,表观淀粉含量和淀粉粒直链淀粉含量间相关不显著,且中熟和晚熟基因型表观淀粉含量和淀粉粒直链淀粉含量间相关也不显著,这些结论将为淀粉生物合成的理论研究和淀粉品质改良提供基本的表型数据。     

转反义Wx基因水稻颖果中与淀粉合成和积累相关酶活性的变化

将反义Wx基因转入水稻,导致Wx蛋白不同程度减少,颖果中的直链淀粉含量不同程度下降,总淀粉含量显著降低,直链淀粉与总淀粉的比值极显著降低。在水稻颖果发育过程中,ADPG-PPase、GBSS、SSS和SBE的活性在灌浆前期迅速升高,达最大值后很快下降,在灌浆中后期下降趋缓。Wx蛋白减少后的转基因水稻颖果中的GBSS活性明显下降,下降幅度与直链淀粉含量相一致,而且活性高峰期比其亲本有所提前。转基因水稻颖果中ADPG-PPase和SSS的活性在颖果发育的前中期,SBE则在中后期高于相应的亲本。     

百合鳞茎发育过程中淀粉合成相关酶基因的克隆及表达分析

该研究通过同源克隆技术克隆腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)、颗粒结合淀粉合酶(GBSS)和可溶性淀粉合酶(SSS) 3类百合淀粉合成关键酶基因,分析这三类淀粉合成关键酶基因的表达变化,测定百合鳞茎膨大发育中淀粉含量变化。结果表明:(1) AGPase具有GlgC家族蛋白PLN02241蛋白结构特征及cl11394家族蛋白ADP_Glucose_PP与NTP_transferase结构域,获登录号KP751443; GBSS与SSS具有cl10013家族蛋白Glyco_transf_5,GT1_Glycogen_synthase_DULL1_like结构域,获登录号分别为KP751444、KP751445。(2)百合鳞茎形成与膨大发育过程中,淀粉含量呈现递增趋势,鳞茎盘开始分化茎杆时其淀粉含量最高,达到44.52%。鳞茎与叶片部位的三个淀粉合成相关酶基因表达量均逐渐增加;在鳞茎膨大后茎杆分化阶段,三个淀粉合成相关酶基因表达量达到最高,AGPase、GBSS、SSS在鳞片中的表达量分别为10.79,6.92和5.12,叶片中的表达量分别为6.79,5.22和4.41,鳞片中的表达量大幅度高于叶片;淀粉合成相关酶基因的表达量变化与淀粉含量、鳞茎的膨大发育成正相关。这为鳞茎的繁殖生产提供了可通过调节淀粉合成关键酶基因表达促进百合鳞茎膨大发育的思路。     

过量表达大叶补血草LgNHX1基因对拟南芥耐盐性的影响

利用植物表达载体pCAMBIA1301和农杆菌GV3101将LgNHX1(全长1 656 bp)基因在拟南芥中过量表达.在含30 mg/L潮霉素的培养基上筛选获得LgNHX1的纯合转化子,并对其进行了分子鉴定和耐盐性分析.结果显示,经PCR和RT-PCR鉴定,野生型植株(对照)没有出现扩增条带,而转基因株系有相应的扩增条带,表明LgNHX1的确已经整合到拟南芥的基因组中,并已正常转录.在不同盐浓度处理下,转基因株系生长情况好于野生型对照;转基因植株地上部分和根的干重、鲜重相对高于野生型对照,但差异没有达到显著水平;当盐浓度达到150-200 mmol/L时,两个特基因株系的Na+含量显著高于野生型,K+含量极显著高于野生型.以上结果表明,过量表达LgNHX1基因可能增强了拟南芥将Na+区隔化至液泡的能力,提高了转基因拟南芥的耐盐能力.     

淀粉含量不同的玉米自交系籽粒淀粉积累及其关键酶活性

以2个高淀粉和2个低淀粉玉米自交系为材料,分析了玉米籽粒淀粉的动态积累规律,同时对高低淀粉玉米籽粒灌浆过程中淀粉生物合成关键酶活性的动态变化及其与淀粉积累动态的相关性进行讨论分析。研究结果表明:灌浆过程中4个自交系淀粉含量变化趋势均呈sigmoid型曲线。灌浆过程中ADPG-PPase(腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶)、SSS(可溶性淀粉合成酶)、GBSS(颗粒结合淀粉合成酶)活性均呈单峰曲线变化,峰值都出现在20～30DAP(授粉后天数)。2个高淀粉自交系的Q酶(淀粉分支酶)活性也呈单峰曲线变化,峰值也出现在20DAP,而2个低淀粉自交系的Q酶活性则呈双峰曲线变化,2个峰值分别出现在15～20DAP和30～35DAP。4个自交系籽粒淀粉的积累速率与各自交系ADPG-PPase、SSS和GBSS的活性变化呈极显著正相关。各自交系关键酶活性之间,ADPG-PPase、SSS和GBSS三者间活性变化呈极显著正相关,这3种酶活性变化与Q酶活性变化也呈不同程度的正相关。     

马铃薯块茎特异性启动子驱动的人白细胞介素-12的遗传转化研究

为获得高效表达人白细胞介素-12(h IL-12)蛋白的转基因马铃薯植株,利用根瘤农杆菌侵染法将前期构建的马铃薯块茎特异性启动子Ppatatin驱动的h IL-12植物表达载体导入马铃薯,通过共培养、筛选、分化等过程获得转基因植株,并结合PCR、RT-PCR、GUS染色及ELISA分析对转基因植株进行鉴定。结果显示,获得12个马铃薯转基因株系,PCR检测表明其中的10个株系目的基因已导入马铃薯基因组,转基因阳性率为83%;RT-PCR分析表明其中的7个株系外源基因在转录水平成功获得表达,ELISA分析表明其中的5个株系有明显的蛋白水平表达。对这7个株系后代的检测表明外源基因成功表达且具有良好的遗传稳定性。