木薯品种(系)类胡萝卜素代谢相关基因和蛋白表达水平分析

以白心木薯华南6068、华南9号、紫叶黄心木薯BGM019和粉红木薯Mirasol为材料,探究木薯块根膨大期和成熟期与类胡萝卜素代谢通路相关的14个基因和4种蛋白质表达水平变化。用HPLC检测块根β-胡萝卜素含量的变化,分别用qRT-PCR和Western blot方法对类胡萝卜素代谢通路相关基因和蛋白酶的表达水平进行分析。以华南6068为对照,研究结果表明:华南9号和紫叶黄心木薯BGM019成熟期中的类胡萝卜素合成途径关键基因PSY2、LCYB基因显著高于膨大期,而降解相关的关键基因CCD1、NCED3在成熟期的表达量显著低于膨大期(P0.05)。粉红木薯Mirasol成熟期中PSY2、LCYB的显著下调与CCD1、NCED3的显著上调(P0.05)是造成β-胡萝卜素含量差异的原因之一。通过分析不同木薯品种(系)在膨大期和成熟期块根类胡萝卜素代谢途径相关基因的表达水平,有助于解析β-胡萝卜素积累的分子机理。此外,Western blot结果显示抗坏血酸过氧化物酶、谷胱甘肽还原酶、超氧化物歧化酶和HSP70虽然和块根类胡萝卜素代谢途径没有直接关联,但它们在木薯膨大期和成熟期块根表达水平有显著差异(P0.05)。     

木薯块根淀粉高累积的相关酶的活性特征

木薯的价值在于其块根内高含量的淀粉。木薯淀粉不仅可以作为粮食,还可以作为原料制造乙醇燃料等。但是其块根中淀粉高效累积生化机制依然有待于解决。本研究比较性研究了大田生长的高、低淀粉木薯品种在4个生长关键时期的蔗糖和淀粉代谢相关的酶活性。结果表明,根中的淀粉合成途径的限速步骤酶腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPGase)活性、叶部的蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性与木薯块根内的淀粉含量呈正相关关系,而根淀粉降解酶活性则呈负相关关系。该研究表明通过提高根中的ADPGase和叶中的SPS活性,同时降低块根中的淀粉降解酶活性有可能可以提高木薯块根中的淀粉积累。     

木薯蔗糖合成、转运与块根淀粉积累关系研究

该研究以淀粉含量不同的两个木薯品种(辐选01和华南124)为材料,通过测定各品种不同生育期叶、茎和根的蔗糖含量及块根淀粉含量,分析了蔗糖合成、转运和块根淀粉积累过程的相关性.结果表明:与华南124相比,在整个生育期内辐选01叶、茎的蔗糖含量均较高,块根蔗糖含量在块根膨大初期以前高于华南124,块根膨大初期以后则相反.在木薯的整个生育期,与辐选01相比,华南124的淀粉合成量和淀粉合成速率均较低.叶和茎蔗糖含量的变化规律与淀粉合成速率的变化规律相反,即块根淀粉积累明显加快时叶和茎的蔗糖含量略呈下降趋势,而块根淀粉合成减慢时叶、茎的蔗糖含量又开始上升.随着生育期的延后,块根蔗糖含量越来越低.在块根形成初期,蔗糖含量最高的组织部位为块根,其次为茎秆,最低的是叶片;而在块根成熟期时则相反,即蔗糖含量最高的部位是叶片,其次为茎杆,块根的蔗糖含量最小.相关性分析结果表明,木薯叶片蔗糖含量与块根淀粉含量呈显著的正相关;茎秆蔗糖含量与块根淀粉积累量呈不显著的正相关;块根蔗糖含量与淀粉积累量呈显著的负相关.由此可见,木薯叶、茎和根蔗糖与块根淀粉积累过程密切相关,其中叶片合成蔗糖的能力与块根利用蔗糖的能力在淀粉的积累过程中发挥关键作用.该研究结果为木薯的生产选育与高效栽培提供了理论依据.     

木薯SBEI基因片段克隆及块根特异性反义表达载体的构建

为了抑制木薯支链淀粉的合成,提高直链淀粉含量,改变木薯淀粉结构,培育工业用燃料酒精型木薯品种,本研究利用RT-PCR方法,用木薯块根cDNA克隆获得支链淀粉合成的关键酶基因SBEI的部分片段,对其进行序列分析表明与GenBank序列高度同源,同源性为99.22%;并以pBI121为基础,构建了以块根特异性表达启动子Sporamin驱动的SBEI基因反义结构的植物表达载体.     

木薯高、低粉品种贮藏根生长关键期的生理生化特性比较

通过研究木薯Manihot esculenta高粉和低粉品种贮藏根在发育关键期(形成–膨大期)主要生理生化性质的差异及其动态变化，为木薯栽培管理和育种改良提供理论基础。对高粉木薯品种‘辐选01’(FX01)和‘Kasetsart 50’(KU50)以及低粉品种‘华南124’(SC124)和‘9I’于种植后120、130、140、151和165 d五个时期分别取贮藏根样品，测定淀粉、可溶性糖、脱落酸(ABA)、保护酶、活性氧(ROS)、丙二醛(MDA)等生理生化指标并分析变化规律。结果表明，可溶性糖含量在贮藏根皮层中始终高于淀粉储藏区；高粉品种中总可溶性糖含量在贮藏根膨大期快速增加，且表现出较高的抗氧化酶活性和较低的ROS及MDA含量；ABA含量呈现出高粉品种比低粉品种低的趋势。木薯低粉和高粉品种中可溶性糖的分布与其转运后合成淀粉的规律相一致，高粉品种中淀粉的积累速率始终高于低粉品种，其较高的抗氧化酶活性和较低的ROS及MDA含量有利于木薯贮藏根中淀粉的积累。     

木薯AGPase酶活性及其同工酶位点检测

本文以3个亲缘关系较远的高产木薯品种(SC124,SC8和Arg7)为材料,对块根发育过程中的AGPase活性和淀粉含量进行了测定,并利用AGPase同工酶电泳技术(非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳)对AGPase酶活性较高时期同工酶位点进行检测,旨在分析木薯块根AGPase同工酶位点与AGPase酶活性和淀粉积累的关系.结果表明:木薯块根发育过程中AGPase酶活性和淀粉含量呈极显著正相关(R=0.802 12),Arg7的AGPase酶活性和淀粉含量在块根发育都显著高于SC124和SC8.同工酶分析表明,木薯至少有6个同工酶位点(AGPa,AGPb,AGPc,AGPd,AGPe和AGPf),且品种间具有多态性.其中,3个品种共有的4个同工酶位点分别为AGPa、AGPc、AGPd和AGPf,AGPe位点只在Arg7中出现,初步判断同工酶位点AGPe可能与其较高的酶活性和淀粉含量有关.本研究为系统研究木薯品种间AGPase酶活性与淀粉积累的关系提供了参考.     

葛根淀粉合成关键酶活性动态及其与块根产量和淀粉积累的相关性研究

为探讨葛根发育过程中淀粉合成关键酶活性与块根产量和淀粉积累的关系,以初步揭示其内在的生理机制。该研究以‘桂葛1号’粉葛和‘桂葛8号’野葛为材料,采取生理测定法对农艺性状、直链和支链淀粉的含量、淀粉合成关键酶活性等进行测定,并对葛根发育过程中淀粉合成关键酶活性、农艺性状和淀粉含量动态变化的关系进行相关性分析。结果表明：(1)块根发育过程中,两品种葛根腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)、可溶性淀粉合成酶(SSS)、束缚性结合淀粉合成酶(GBSS)和淀粉分支酶(SBE)的活性呈现先增大后降低的单峰曲线变化,与直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量由缓慢增长到快速增长后趋于稳定的变化趋势基本一致,即在块根形成期至膨大期逐渐增长,至膨大后期达到最大,之后迅速下降,至成熟期缓慢下降,并维持在较高水平。(2)‘桂葛8号’的淀粉含量和产量显著高于‘桂葛1号’,其酶活性也均显著高于‘桂葛1号’。(3)葛块根的根长、根粗、单株重、干物质含量、产量表现为“缓慢-快速-稳定”的变化趋势,淀粉含量表现出类似变化。(4)相关性分析结果显示,4个淀粉合成关键酶活性与块根直链淀粉、支链淀粉及总淀粉含量、根长均呈显著或...     

植物肌醇-1-磷酸合成酶的生物信息学分析

采用生物信息学工具及网络资源,对已在GenBank上注册的玉米、小麦、芝麻、菜豆、海茄冬、红三叶等植物的肌醇-1-磷酸合成酶的核酸及氨基酸序列进行分析,并对其组成成分、导肽、跨膜结构域、疏水性/亲水性、分子系统进化关系、蛋白二级及三级结构等进行预测及推断。结果表明:植物肌醇-1-磷酸合成酶在进化过程中非常保守,且可能为定位于细胞质的亲水性蛋白;结构预测表明不同来源的MIPS蛋白尽管在结构上有所差异,但是其催化位点及NAD+结合区基本一致,具有较强的保守性。     

黄独微型块茎低温离体保存的蛋白质组学分析

本研究利用TMT标记+LC-MS/MS技术来探明黄独低温离体保存微型块茎的差异蛋白。研究表明,所有肽段的mass error进行统计,大多数mass error 0.02 Da,且其分布均在0附近,MS数据比较精确,符合检测要求。大多数肽段的长度分布在8～16之间,符合tryptic酶切肽段的理论值,表明样本的前处理也符合要求。差异蛋白为106个,其中上调差异蛋白61个,下调差异蛋白45个。排名前10位差异蛋白分别为伸长因子3、6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶、磷酸甘油酸激酶、蔗糖合成酶、光系统Ⅱ的贮藏蛋白质、未知蛋白、分子伴侣DNAK、α-淀粉酶、S-腺苷甲硫氨酸合成酶和淀粉磷酸化酶,其中伸长因子3、6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶、磷酸甘油酸激酶、蔗糖合成酶、分子伴侣DNAK和S-腺苷甲硫氨酸合成酶为在4℃低温离体保存中上调的蛋白,而未知蛋白、α-淀粉酶、淀粉磷酸化酶为在4℃低温离体保存中下调的蛋白。经过wego分析后,所有检测到的蛋白主要聚集于代谢过程、细胞过程细胞、绑定、催化等GO terms。通过富集,晚期内体膜、钙离子结合、谷胱甘肽转移酶活性、蛋白定位到液泡、高尔基液泡运输、液泡运输、氨基末端肽结合空泡分选和披网格蛋白小泡膜等GO term富集显著。富集的KEGG pathway主要有乙醛酸盐代谢、光合作用、甲烷代谢、碳水化合物的消化和吸收、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、淀粉和蔗糖代谢和碳代谢。黄独低温离体保存微型块茎差异蛋白的初步发现为进一步了解其低温离体保存的分子机制奠定了基础,也为低温离体保存黄独微型块茎的破除休眠以及其后续萌发提供了理论依据。     

枇杷果实发育过程中糖积累及相关酶活性变化研究

以'青种'、'霸红'和'鸡蛋白'3个枇杷品种为材料,测定不同果实发育时期果实中蔗糖、葡萄糖和果糖含量以及蔗糖代谢相关酶即酸性转化酶(AI)、中性转化酶(NI)、蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)的活性,并对果实中糖积累与酶活性的关系进行了分析.结果表明:在果实膨大期(5月3日)之前,3种枇杷果实的蔗糖、葡萄糖和果糖积累缓慢,之后则迅速积累,存在着明显的转折点;果实成熟(5月23日)之后糖分积累速度趋于平稳.3种枇杷果实在发育过程中转化酶、蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶的活性变化与3种糖积累的动态变化趋势相一致.NI和AI活性在果实膨大期之前都较低且没有明显的变化,之后均快速上升;SS和SPS的活性在果实膨大期之前都很低且几乎无变化,随后'鸡蛋白'的活性迅速上升至果实成熟之后便缓慢上升,而'青种'和'霸红'随果实成熟度的增加而升高,但均低于'鸡蛋白'.可见,枇杷果实膨大期是糖分积累代谢活跃期,其糖积累受蔗糖代谢相关酶综合调控.     

植物萜类合成酶1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶的分子结构特征与功能预测分析

采用生物信息学的方法和工具对已在GenBank上注册的拟南芥、玉米、岩蔷薇、水稻、黄花蒿、亚麻等植物的萜类合成酶1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶的核酸及氨基酸序列进行分析,并对其组成成分、转运肽、跨膜拓朴结构域、疏水性/亲水性、蛋白质二级及三级结构、分子系统进化关系等进行预测和推断。结果表明：该类酶基因的全长包括5′、3′非翻译区和一个开放阅读框,无跨膜结构域,是一个具转运肽的亲水性蛋白,包括两个功能DXR结合motif及两个功能NADPH结合motif,α-螺旋和不规则卷曲是蛋白质二级结构最大量的结构元件,β-转角和β-折叠散布于整个蛋白质中,蛋白质的功能域在空间结构上折叠成“V”形,“V”形的两臂由N-端与C-端构成,“V”形的底部,是N 端臂与C-端臂的结合域。     

太子参微块根发育的解剖学与组织化学定位

采用植物组织培养、解剖学及组织化学定位方法研究太子参试管微块根发育的形态结构与营养物质积累特征的结果表明：太子参微块根由组培苗膨大的腋芽基部长出的不定根发育而成,经历了初生结构与次生结构发育,其膨大加粗是由于不定根的次生生长。维管形成层向内形成大量的次生木质部构成微块根的主要部分。淀粉粒是太子参微块根的主要营养存储方式。随着微块根的次生生长,淀粉粒先在次生木质部薄壁细胞中形成,随后在次生韧皮薄壁细胞中也大量积累。膨大的微块根可以合成太子参皂苷,成熟微块根中次生韧皮部的皂苷含量略高于次生木质部。离体太子参微块根的生长发育和营养物质的积累与块根中的相同。     

病毒感染影响宿主细胞葡萄糖代谢研究进展

病毒挟持宿主细胞代谢以实现自身的复制和增殖,糖类作为宿主细胞最主要能量来源及大分子物质合成重要碳源,在病毒增殖过程中其代谢受到严密调控。本文从病毒感染影响葡萄糖转运、糖代谢(糖酵解、磷酸戊糖途径、糖异生)以及胰岛素信号通路等3个方面概述病毒感染影响宿主细胞葡萄糖代谢研究进展,以期为病毒影响细胞葡萄糖代谢研究提供参考。     

牛大力块根糖积累及其相关酶活性变化研究

为提高牛大力块根的产量与品质,该研究以不同发育时期(移栽6、12、18、24、30、36个月)的牛大力块根为材料,采用紫外分光光度法对糖类含量及其相关酶活性进行测定,研究它们在牛大力块根发育过程中的动态变化规律。结果表明:(1)牛大力块根的生长发育进程可初步划分为形成期(移栽6～12个月)、迅速膨大期(移栽12～24个月)与稳定膨大期(移栽24～36个月)三个阶段。淀粉与蔗糖分别是牛大力块根中主要的多糖与可溶性糖。在牛大力块根发育过程中,多糖类物质的含量逐渐增加,而可溶性糖含量逐渐减少,两者之间呈显著负相关,推测可溶性糖的分解代谢有利于促进多糖类物质的积累。(2)蔗糖的分解代谢是蔗糖合酶(SUS)、蔗糖磷酸合酶(SPS)、酸性转化酶(AI)与中性转化酶(NI)等多种相关酶协同作用的结果。SUS在牛大力块根发育过程中发挥着既催化蔗糖合成,又催化蔗糖分解的双重调节作用,SUS(合成)的活性不断上升,至移栽36个月达到峰值,极显著高于其他时期; SUS(分解)的活性从移栽6个月至24个月逐渐上升,但在块根稳定膨大期稍有下降; 其净活性为催化蔗糖分解,在移栽12个月达到最高。转化酶AI和NI的活性均在块根发育过程中逐渐上升,且AI活性高于NI活性,提示AI可能在蔗糖代谢分解过程中发挥更重要的作用。该研究结果可为今后深入研究牛大力多糖类成分积累和调控机制提供理论依据,并为提高牛大力药材的产量与品质提供技术指导。     

木薯不同发育期块根基因组DNA甲基化变化分析

DNA甲基化在植物的转座子沉默和基因表达调控中起着重要的作用。本研究以淀粉含量差异较大的两个木薯种质SC5和Cas36-12为研究材料,采用甲基化敏感扩增多态性(MSAP)技术,通过LabChip GX Touch微流控毛细管电泳系统分析其块根发育过程中的甲基化变化情况。结果表明:14对选择性扩增引物在SC5和Cas36-12中分别扩增出345和339个甲基化条带,SC5三个发育期的甲基化率高于Cas36-12,且都超过50%。比较SC5和Cas36-12块根发育3个关键时期的甲基化变化情况,发现两份材料甲基化变化的整体趋势是一致的。形成期到膨大期主要以发生甲基化为主;而膨大期到成熟期主要以去甲基化为主。     

昆明小鼠体内发育早期胚胎葡萄糖代谢关键酶转录产物的分析

首次报道了昆明小鼠体内发育的早期胚胎1-细胞至桑椹期阶段葡萄糖代谢的3种关键酶-6-磷酸葡萄糖脱氢酶（G6PDH）、6-磷酸果糖激酶（PFK）和磷酸葡萄糖变位酶（PGM）的基因转录情况,其分别体现了磷酸戊糖、糖酵解、糖原的合成和分解等途径,根据G6PDH、PFK、PGM的cDNA序列分别设计和合成3套共6对内、外引物,采用巢式RT-PCR方法对其进行检测。结果表明：早期胚胎1-8细胞阶段均有G6PDH基因的转录,叠椹期胚胎不存在该基因的转录,说明早期胚胎1-8细胞阶段可能存在磷酸戊糖,而桑椹期则不存在;1-细胞至桑椹期均存在PFK基因的转录,说明该阶段的胚胎可能存在糖酵解代谢途径;1-细胞至桑椹期均不存在PGM基因的转录,说明该阶段的胚胎可能不存在糖原的合成与分解代谢途径。     

酶促淀粉利用和遗传工程

淀粉是植物界主要贮存性食物多糖,多见于玉米、小麦、大麦、燕麦、水稻和高粱的籽粒,以及马铃薯、竹芋和木薯的块茎或块根以及西谷椰子的髓部中。淀粉由 D-葡萄糖的直链和支链均聚物组成。直链淀粉含有由1,4-键连接的α-D-吡喃葡萄糖单位组成的多条直链,聚合度为1×10~2～4×10~3。而支链淀粉中,1,4-键连接的α-D-吡喃葡萄糖单位组成的多条短直链(含17～23个葡糖单位),靠1,6-键相互连接起来,形成一个高度分支的结构,聚合度为1×10~4～4×10~7。淀粉的分支程度和直、支链淀粉比例因淀粉来源和时基等而异。大部分淀粉被用于食品业和饮料业,主要是用其水解产物怍为饮料和甜食中的甜味剂及半固体食物如果酱、蛋奶冻、馅饼馅、甜点心中的增稠剂等。淀粉总量中有约百分之一的部     

菠萝叶片绿色组织与贮水组织中代谢物水平的昼夜变化

研究了景天酸代谢(CAM)植物菠萝叶片绿色组织与贮水组织(WSP)的苹果酸、柠檬酸、异柠檬酸、淀粉、果糖、葡萄糖、蔗糖、葡糖-1-磷酸(G-1-P)、葡糖-6-磷酸(G-6-P)、果糖-6-磷酸(F-6-P)、草酰乙酸(OAA)及磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)水平的昼夜变化。夜间苹果酸的积累仅发生在绿色组织中,表明只有绿色组织才能进行CAM。可溶性已糖(葡萄糖和果糖)是绿色组织中夜间苹果酸累积的主要碳源。绿色组织G-1-P、G-6-P和F-6-P水平在夜间的初期上升,后期下降,昼间的头3h仍下降,3h后变化不明显。绿色组织中OAA和PEP水平也发生昼夜变化。在贮水组织中没有测到淀粉、蔗糖、OAA和PEP。除葡萄糖和果糖外,WSP中其它代谢物的含量都远低于绿色组织,而且WSP中所有代谢物都无明显的昼夜变化。     

黄瓜胞质6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶基因克隆及序列分析

根据6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶(6-phosphogluconate dehydrogenase,6PGDH)基因的保守氨基酸序列设计简并引物,应用RT-PCR技术从黄瓜栽培种品种'北京截头'(Cucumis sativus 'Beijingjietou')叶片中获得了640 bp的特异片段,以该序列在EST数据库进行同源检索筛选,发现甜瓜EST序列AM715537.2与之高度一致,据此设计引物经RT-PCR扩增、分子克隆和序列拼接,获得了黄瓜6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶基因全长序列,命名为Cs6PGDH(GenBank登录号FJ610345).序列分析表明,该基因全长1 829 bp,其中开放读码框(ORF)长1 488 bp编码495个氨基酸组成的多肽,编码区内无内含子存在,5'、3'端非翻译区长度各为70 bp和271 bp.Blast同源性分析显示该基因编码的氨基酸序列与拟南芥、大豆、水稻、玉米、菠菜等物种6PGDH 基因有74%以上的一致性.由于与其他物种胞质6PGDH相类似氨基酸N端都缺少长度约为40aa的转运肽,推断Cs6PGDH为黄瓜胞质6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶基因.     

甘薯块根生长及其淀粉体发育过程的解剖结构特征

为了探明甘薯块根的生长及其淀粉体的发育规律,该试验以甘薯品种‘徐薯22’为材料,采用树脂半薄切片等方法对甘薯块根的生长及其淀粉体的发育进行观察研究。结果表明:(1)甘薯块根完成初生生长的时间短,块根初生结构由表皮、皮层和中柱构成,块根横截面上皮层所占比例比中柱大。(2)甘薯移栽后10 d块根开始次生生长,次生生长形成维管形成层和木栓形成层;随着块根次生生长,位于次生木质部分散导管周围的薄壁细胞脱分化,通过平周分裂产生副形成层;维管形成层、木栓形成层和副形成层的共同作用使块根快速膨大。(3)淀粉体在块根进入次生生长时首先在皮层细胞产生,随后大量出现在次生生长产生的薄壁细胞中,块根中淀粉体的发生及发育总体上表现出由外向内的顺序。(4)块根薄壁细胞中的淀粉粒有单粒和复粒两种类型;块根生长早期,薄壁细胞中主要以复粒淀粉为主,生长后期主要以单粒淀粉为主;块根生长过程中,包含复粒淀粉的淀粉体可通过分裂形成包含单粒淀粉的淀粉体。(5)淀粉可在块根生长的整个时期积累,其中以块根生长中期积累速度最快。