木薯的再生体系和基因转化方法

木薯是一种很有发展潜力的非常古老的作物,但是木薯的育种工作却处于非常年轻的阶段.随着生命科学技术的发展,木薯育种工作也得到了进一步提高,由传统育种向现代育种转变,从各个方面对木薯品种进行分子改良.本文对近几十年来木薯生物技术研究取得的进展进行了系统的回顾和分析.木薯分子改良包括两个方面:木薯遗传转化体系和基因转化方法的发生、发展.目前研究所用的木薯再生系统途径,主要包括器官发生途径、体细胞胚胎发生途径:常用且有成功先例的木薯基因转化方法,包括农杆菌介导法和基因枪法.最后对前人研究的成果和存在的问题进行了讨论,并展望了以后的发展方向.     

保护酶SOD在木薯种质抗螨中的功能初步分析

目前尚不了解保护酶SOD(superoxide dismutase)在木薯种质抗螨中的作用。为证实SOD的抗螨功能,本研究通过定量PCR和酶学试验手段分析了朱砂叶螨取食抗、感螨木薯种质后,SOD的基因表达量和酶活分别在木薯和朱砂叶螨中的变化情况。结果表明,一方面,朱砂叶螨取食1 d和8 d后,感螨木薯种质BRA900体内MeCu/ZnSOD的表达量和SOD总酶活仅分别较为害前提高1.15倍、1.16倍和1.17倍、1.14倍,而在抗螨木薯种质C1115体内则分别较为害前提高2.47倍、2.86倍和2.18倍、2.42倍,显著高于感螨木薯水平。另一方面,朱砂叶螨取食感螨种质BRA900 1 d和8 d后,保护酶TcSOD的基因表达量和SOD酶活分别是为害前的0.99倍、1.09倍和1.12、1.05倍,而取食抗螨木薯种质C1115 1 d和8 d后分别降低至为害前的0.51倍、0.46倍和0.49倍、0.56倍,显著低于取食感螨木薯水平。本研究初步证实了保护酶SOD在木薯种质抗螨中的功能,为将其作为潜在基因资源应用于抗螨木薯种质创制提供理论基础。     

保护酶POD在木薯种质抗螨中的功能初探

为了从木薯和害螨互作的角度初步阐明保护酶POD在木薯种质抗螨中的功能。本研究通过荧光定量PCR和酶活性分析手段测定了朱砂叶螨取食抗、感螨木薯种质后,POD的表达量和酶活性分别在木薯和朱砂叶螨中的变化情况。结果表明,朱砂叶螨取食1d和8d后,感螨木薯种质BRA900体内MePOD的表达量和POD酶活力仅分别较为害前提高1.13倍、0.97倍和1.08倍、1.10倍,而在抗螨木薯种质C1115体内则分别较为害前提高2.35倍、2.15倍和1.89倍、1.81倍,显著高于感螨木薯水平。朱砂叶螨取食感螨种质BRA9001d和8d后,保护酶TcPOD的基因表达量和POD酶活分别是为害前的0.99倍、1.16倍和1.11倍、1.17倍,而取食抗螨种质C11151d和8d后,保护酶TcPOD的基因表达量和POD酶活分别降低至为害前的0.53倍、0.52倍和0.51倍、0.55倍,显著低于取食感螨木薯水平。本研究初步证实了木薯保护酶POD受螨害后活性显著增强能够有效减轻氧化损伤,朱砂叶螨POD显著抑制阻碍其为害木薯,从而形成木薯的抗螨性。上述结果为将POD作为潜在基因资源应用于抗螨木薯分子育种提供了理论基础。     

木薯的组织培养和基因转化

木薯是重要的热带作物之一, 其块根富含淀粉, 是热带、亚热带地区近５ 亿人粮食的主要来源。简单介绍近年来运用生物技术改良木薯的研究进展。     

保护酶PPO在木薯种质抗螨中的功能初步研究

目前尚不了解保护酶PPO(polyphenol oxidase)在木薯种质抗螨中的作用,为证实PPO的抗螨功能,本研究通过定量PCR和酶学试验手段分析了朱砂叶螨取食抗、感螨木薯种质后,PPO的基因表达量和酶活分别在木薯和朱砂叶螨中的变化情况。结果表明,一方面,朱砂叶螨取食1d和8d后,感螨木薯种质BRA900体内MePPO的表达量和PPO总酶活仅分别是为害前的0.99、1.02倍和1.05、1.03倍,而在抗螨木薯种质C1115体内则分别较为害前提高1.78、1.74倍和1.74、1.72倍,显著高于感螨木薯水平;另一方面,朱砂叶螨取食感螨种质BRA900 1 d和8 d后,保护酶TcPPO的基因表达量和PPO酶活分别是取食前的0.98、0.97倍和0.98、1.10倍,而取食抗螨木薯种质C1115 1 d和8 d后分别降低至为害前的0.52、0.64倍和0.54、0.57倍,显著低于取食感螨木薯水平。上述结果初步证实了保护酶PPO在木薯种质抗螨中的功能。     

产业动向

国家发改委认定四大国家生物产业基地;我国在杭州建立自主知识产权抗癌新药生产基地;我国首个木薯燃料乙醇项目开工;默克11亿美元收购Sirna公司;罗氏与GSK先后授权打造抗禽流感药新格局;美国农业专家访问暨南大学（科仁）微生物生物技术研究所;[编者按]     

二斑叶螨取食抗、感螨木薯品种对茉莉酸信号途径基因表达的影响

明确二斑叶螨取食影响木薯茉莉酸信号途径基因表达的害螨密度和取食时间效应,为阐明茉莉酸信号途径在木薯抗虫性中的重要作用及抗螨种质资源鉴定评价提供理论依据及参考指标。以抗螨木薯品种C1115和感螨木薯品种面包为材料,分析与植物防御相关的茉莉酸号信号途径基因(DAD1、LOX2、OPR3和JAR1)在二斑叶螨以不同虫口密度(15、25、35、45、50和55头螨/叶)取食不同时间(1、2、4和8 d)后的表达量变化情况。结果表明,以45-50头螨/叶的害螨密度分别取食抗、感螨木薯品种2 d后,LOX2、OPR3和JAR1的表达量均较螨害前显著提高,并且上述3个基因在抗螨木薯品种中的表达量显著高于感螨木薯品种,而DAD1的表达量随害螨密度的提高和取食时间的增加波动较大。在较高的害螨密度和较短的为害时间处理时,茉莉酸信号途径基因LOX2、OPR3和JAR1在抗螨木薯品种中的表达量显著高于感螨木薯品种,LOX2、OPR3和JAR1可能与木薯对二斑叶螨的抗性有关。     

转基因木薯田间试验成功进行

由中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所、中国热带农业科学院热带生物技术研究所和苏黎世瑞士联邦理工大学植物研究所合作开展的转基因木薯田间中试取得阶段性进展，日前在海南海口顺利完成了2亩田间试验。     

木薯分子育种中若干基本科学问题的思考与研究进展

木薯作为全球重要的薯类作物,既是热带地区粮食安全的保障,也是重要的淀粉工业原材料,保障其稳产、高产、优质一直是育种家不变的研究主题．当前,木薯品种选育正处在从杂交育种转向分子育种的发展阶段,深入解析木薯特有的经济性状和生物学特点是利用生物技术进行遗传改良的基础．不同于谷物类作物,木薯光合同化物的转运和库源分配的调控机制必有其独特之处;同时,储藏根的“库容”直接影响其产量．作为热带作物,了解木薯对低温和干旱的响应可为改良其抗逆境能力提供理论依据．不同于其他薯类作物,木薯储藏根特有的“采后生理性变质”问题亟待解决,其发生和调控机制的解析对延长木薯货架期意义重大．随着分子生物学的发展,针对上述各方面的研究日益深入,不仅激发了感兴趣的公众对这些问题的认知和思考,也激励了科研人员不断努力寻找解析相关机制的方法,为最终通过分子育种手段改良木薯提供思路和技术方案,揭开木薯的层层“面纱”,推动木薯分子育种的发展．     

木薯雌雄花分化形态结构观察及生理调控研究

本研究以木薯品种新选048为试验材料,观察和测定木薯花分化各时期的形态结构、内源激素及碳氮化合物含量,并开展木薯雌雄花分化的外源激素调控研究,揭示木薯花分化规律,初步探究木薯花分化的生理机制.试验结果表明:木薯从花芽分化开始到完成开花的全过程需要30 d,分化出的花序主要有全雄花序和雌少雄多花序两种类型,木薯性别分化前...     

名刊封面

<正>《自然—生物技术》2010.9蓖麻子基因组蓖麻子是一种油料经济作物,同橡胶、木薯、巴豆一样,属于大戟科。因为脂肪酸和蓖麻油酸的含量比较高,所以蓖麻子主要用来生产高质量的润     

生物技术在生防微生物遗传改良中的应用

生物技术在生防微生物遗传改良中的应用黄大昉（植物病虫害生物学国家重点实验室）８０年代中期以来,用于植物病虫害防治的生物技术的研究取得了一系列突破性进展,一跃成为农业与生命科学领域重要的发展前沿之一。近年来,杀虫防病遗传工程微生物的研究十分活跃,并先于抗病虫遗传工程植物进入了实用化阶段。这一发展显示出生物技术用于生防微生物遗传改良的巨大潜力。     

医药生物技术研究与产业化进展

当今世界上许多国家特别是发达国家都把发展生物技术及其产业作为提高本国科技和经济竞争力的重要手段。医药生物技术是生物技术首先取得突破 ,实现产业化的技术领域 ,世纪之交的医药生物技术呈现出蓬勃发展态势。美国在医药生物技术领域占据了世界领先地位 ,各种生物技术产品被广泛应用于医疗、制药等行业 ,医药生物技术已成为美国高技术产业发展的核心动力之一。近年来 ,我国的医药生物技术研发和产业化取得了长足的进展 ,在基因工程药物和疫苗、单抗导向药物、人工血液代用品、生物芯片的研制 ,疾病相关基因的定位和克隆、体细胞克隆、遗传病的基因诊断技术、基因治疗、肿瘤免疫治疗、抗血管治疗、组织工程、干细胞的研究等方面均取得了可喜成果 ,逐步缩短了与先进国家的差距。本文综述了近年来医药生物技术领域的研究、开发和产业化现状 ,并对加速我国医药生物技术及其产业的发展提出了一些建议。     

医药生物技术研究与产业化进展

当今世界上许多国家特别是发达国家都把发展生物技术及其产业作为提高本国科技和经济竞争力的重要手段。医药生物技术是生物技术首先取得突破,实现产业化的技术领域,世纪之交的医药生物技术呈现出蓬勃发展态势,美国在医药生物技术领域占据了世界领先地位,各种生物技术产品被广泛应用于医疗,制药等行业,医药生物技术已成为美国高技术产业发展的核心动力之一,近年来,我国的医药生物技术研发和产业化取得了长足的进展,在基因的定位和克隆,体细胞克隆,遗传病的基因诊断技术,基因治疗,肿瘤免疫治疗,抗血管治疗,组织工程,干细胞的研究等方面均取得了可喜成果,逐步缩短了先进国家的差距,本文综述了近年来医药生物技术的领域的研究,开发和产业化现状,并对加速我国医药生物技术及其产业的发展提出了一些建议。     

木薯纤维素乙醇发酵的纤维素酶成本评价

木薯中的纤维素成分约占木薯干重的10％(W/W).文中以木薯燃料乙醇生产的木薯纤维素酒渣为原料,从纤维素酶成本角度评估了三种利用木薯纤维素组分发酵生产乙醇的方法,包括木薯纤维素酒渣的直接糖化和乙醇发酵、木薯纤维素酒渣预处理后的糖化与乙醇发酵、木薯乙醇发酵中同步淀粉与纤维素糖化以及乙醇发酵.结果表明,前两种方法的纤维素利用效率不高,酶成本分别达到13602、11659元/吨乙醇.第三种方法,即在木薯乙醇发酵过程同时加入糖化酶和纤维素酶,进行同步淀粉与纤维素糖化,进而进行乙醇发酵,木薯纤维素乙醇的收益最高.发酵结束时的乙醇浓度从101.5g/L提高到107.0g/L,纤维素酶成本为3 589元/吨乙醇.此方法利用木薯纤维素与木薯淀粉同时进行,不会带来额外的设备及操作投入,酶成本低于产品乙醇价格,可实现盈利,因此第三种方法为木薯纤维用于乙醇发酵的最适方法,本研究结果将为木薯乙醇产业深度利用木薯纤维提供依据.     

木薯储藏根采后生理性变质研究进展

木薯(Manihot esculenta Crantz)是热带、亚热带地区重要的粮食作物和能源作物.木薯产量很高,储藏根富含淀粉,但收获后采后生理性变质严重,严重影响了木薯的开发和利用.结合近期研究工作,综述了木薯储藏根采后生理性变质的研究进展,包括采后生理性变质的检测标准、生化基础、抗采后生理性变质的杂交育种、以活性氧自由基为主要研究对象的功能基因组学与基因工程、应用前景及存在的问题,以期为木薯储藏根采后生理性变质的遗传改良提供参考.     

木薯/花生间作对根际土壤微生态的影响

为了探明木薯/花生间作在增产增收的同时对土壤微生态的影响,研究木薯和花生以不同行距(30 cm,40 cm,50 cm)间作的根际土壤养分、微生物及相关酶活性的变化。结果表明:木薯/花生间作可增加根际土壤细菌、真菌、放线菌及总微生物数量和微生物多样性,30 cm间作行距的木薯、花生根际土壤微生物总数量分别比单作木薯、花生增加了129.6%和101.1%;间作根际土壤碱解氮、有效磷、有效钾和有机质含量相比单作增加,50 cm间作花生的根际土壤碱解氮、有效磷、有效钾量比单作花生增加了145.9%~195.9%,30 cm间作木薯的根际土壤有效钾、有效磷含量分别比单作木薯增加了161.8%和187.9%;木薯/花生间作的根际土壤过氧化氢酶、酸性磷酸酶活性活性相比单作升高,间作土壤脲酶和蛋白酶活性相比单作降低,30 cm间作木薯的根际土壤过氧化氢酶活性比单作木薯增加了59.2%,50 cm间作花生的根际土壤蔗糖酶活性比单作花生增加了97.4%。可见,木薯/花生间作可改善根际土壤微生态坏境,且适宜的间作行距更利于土壤养分含量和微生物数量的增加。     

蛋白质组学在木薯育种中的应用

蛋白质组学通过研究整体蛋白质活动来揭示生命运动规律,是解析功能基因组表达的必要手段。目前蛋白质组学为木薯选育种研究提供了重要手段和新思路。介绍了蛋白质组学研究平台并对其在选育高光效高淀粉积累、高蛋白质、高类胡萝卜素及抗逆木薯种质方面的应用进行了综述。     

木薯己糖载体基因MeSTP7的克隆与功能验证

己糖载体属于单糖转运蛋白家族,具有转运单糖类物质的作用,广泛存在于植物体各组织中并参与植物体的生长与发育。为了研究木薯己糖载体转运单糖的能力与对木薯生长发育的影响,本试验利用木薯全基因组数据库,通过RT-PCR方法从木薯KU50中克隆得到了木薯己糖载体基因MeSTP7,酵母异源表达与亚细胞定位实验结果表明MeSTP7具有转运葡萄糖、果糖、甘露糖和半乳糖的能力,定位在细胞膜上;qRT-PCR结果表明MeSTP7在高淀粉木薯品种KU50和低淀粉木薯品种CAS36根发育过程中的表达量均呈现逐渐降低的趋势,MeSTP7在KU50和CAS36的叶片中的表达量均为最高。本研究克隆得到了木薯己糖载体基因MeSTP7,并验证了MeSTP7的功能,为木薯己糖载体的研究提供了理论参考。     

魔芋属植物组织培养与遗传转化研究进展

本文对近20年来魔芋生物技术研究取得的进展进行了系统的回顾分析。组织培养是当前魔芋生物技术研究的主要内容,魔芋离体植株再生以器官发生途径为主,包括不定芽和拟球茎两种途径,后者是当前研究的热点。利用组织培养进行有用突变体的筛选和种质资源的保存也取得了一些有价值的结果。以抗病和品质改良为目的的转基因技术取得了较快发展,如抗病基因和抗除草剂基因等已实现成功转化。此外,本文还分析了魔芋生物技术研究中存在的主要问题并提出了相应的对策。