马铃薯AGPase大小亚基功能研究

马铃薯 1,6 二磷酸腺苷葡萄糖焦磷酸化酶 (AGPase)是淀粉合成的限速酶 ,该酶有大、小两个亚基形成异源四聚体。总结了迄今为止已克隆的马铃薯AGPase大、小亚基编码基因、小亚基和底物结合位点的识别、以及大亚基异构调控因子结合位点识别的研究结果 ,提出了大小亚基非自然重组是深入研究AGPase的途径 ,建立体内条件下高效可靠代谢调控研究手段是AGPase研究所必需的。     

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。     

植物中介体的组成及功能和表达特性研究进展

中介体是一种大分子蛋白复合物,由至少25个亚基组成,是转录因子和转录起始复合物间信息传递的平台。中介体在植物蛋白编码基因和非蛋白编码基因的转录调控中均发挥重要的作用,是植物生长发育和胁迫抗性中不可缺少的关键调节因子。不同中介体亚基基因的功能缺失导致植物生长发育的表型变异不同,说明单个中介体亚基的功能缺失并没有影响全基因组基因的整体表达水平,而仅仅改变了特异靶基因的表达水平。可见,植物不同的发育进程和信号途径由特定的中介体亚基基因所调控,阐明不同中介体亚基的功能对于全面了解植物的发育和胁迫响应具有重要的意义。该文结合近年来国内外有关植物中介体研究的成果,对植物中介体复合物的结构和组成、植物中介体在植物发育调控中的功能以及植物中介体亚基基因的组织表达特性等方面的研究进展进行综述,并对植物中介体将来的研究进行展望。     

植物淀粉合成的调控酶

淀粉是植物中最普通的碳水化合物,是人类最主要的食品来源与重要的工业原料。植物淀粉的生物合成主要涉及了4种酶—ADPG焦磷酸化酶、淀粉合成酶、淀粉分支酶和淀粉去分支酶,它们在淀粉的生物合成中发挥着不同作用。近年来,随着基因工程技术的迅速发展及与这些酶有关的众多突变体的发现,使人们对这些酶的结构、特性、功能及表达调控等方面的研究取得了重要进展。并且,人们已开始利用基因工程技术调控植物淀粉的数量与特性,取得了一定成效。在此,文章介绍了调控植物淀粉合成关键酶的生化特性、基因调控及利用基因工程改良植物淀粉等方面所取得进展。     

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。     

不同启动子驱动glgC在马铃薯体内的表达研究

为了明确不同启动子驱动glgC基因表达的差别,对GBSSⅠ和35S两个启动子分别驱动的glgC在马铃薯转化株系的表达进行了检测,并测定了转化株系淀粉积累的表型差异。结果显示:两个启动子驱动的glgC在各自的转化株系中均实现了表达,且单拷贝glgC转化株系的AGPase活力、块茎淀粉含量和其粘度的表达均显著高于对照,其中GBSSⅠ∶glgC转化株系的块茎淀粉含量和粘度均是对照的2倍以上,但其直链淀粉含量显著低于对照。研究表明,不同启动子驱动glgC植物体内表达,可实现其淀粉生物合成的调控。     

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。     

玉米直链淀粉生物合成多基因转化载体构建

淀粉分支酶基因sbe是影响玉米直链淀粉含量的主要因素,淀粉分支酶分为3种即sbeI、sbeIIa和sbeIIb,其中sbeIIb对直链淀粉含量影响效应最大,抑制玉米淀粉分支酶sbeIIb基因的表达可减少支链淀粉的含量,从而达到提高直链淀粉的目的;ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)是直链淀粉合成的关键酶,通过提高AGP表达量同样可提高玉米直链淀粉含量。以此为目的分别克隆了sbeIIb一段375bp高度保守区,玉米SBE基因一段175bp内含子,AGP完整开放阅读框,大麦胚乳特异启动子和ADPG基因终止子。构建了sbeIIb基因正、反义的hpRNA发夹结构,将该发夹结构与上述基因分别连接到pCAM-BIA3301上;构建得到包含sbeIIb基因干扰结构与AGP基因过表达的pCAMB-RSA多基因胚乳特异表达载体。为此,pCAMB-RSA载体的成功构建将为高直链淀粉玉米的培育奠定基础。     

糯玉米SW70和SW22是一类新的淀粉合成酶基因功能缺失多突变体

糯玉米是一类相对于粮食玉米的重要天然突变体,其淀粉合成的遗传机制复杂而又多样。以糯玉米自交系5形22、普通玉米自交系5003、SW22（♀）和5003（♂）的杂种定向选育的糯玉米自交系SW70（自交4代）为材料,研究了自交系授粉后1、2、4周时,SW22、SW70和5003籽粒中ADP-葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）、淀粉合酶（SS）、淀粉分支酶（SBE）和淀粉去分支酶（DBE）共4个家族21个成员编码基因表达水平的变化。结果表明：1）SW22中多个淀粉合成酶编码基因的表达动态与SW70及5003中有显著差异。差异主要存在于淀粉合酶SS和淀粉去分支酶DBE基因家族：2）SW22及SW70籽粒中有明显的阢转录产物累积,但累积水平均显著低于5003籽粒中：3）SW22及SW70中颗粒结合淀粉合成酶编码基因Gbssm和异淀粉酶型去分支酶编码基因Iso2完全不表达．意味着SW22胚乳中GbssIIb基因和Iso2基因的功能完全缺失。目前,有关玉米籽粒中GbSSIIb和异淀粉酶型DBEIso2同时突变或单个基因突变均未见报道。推测淀粉合成酶基因GbssIIb和异淀粉酶型DBEIso2功能缺失以及耽功能部分缺失．共同导致了SW22和SW70籽粒中直链淀粉合成部分缺陷。     

药用野生稻GBSS基因的系统发育及组织特异性表达

淀粉作为主要的碳水化合物在储藏能量方面发挥至关重要的作用。颗粒结合型淀粉合酶(GBSS)与直链淀粉的合成息息相关。尽管该酶的编码基因已在许多栽培植物中被分离和确定, 但有关它们在作物野生近缘种中的序列分歧和表达的研究却相对较少。该研究以药用野生稻(Oryza officinalis)为研究对象, 定性和定量地分析了GBSS编码基因的序列特点、与其它植物同源基因的进化关系以及在叶和种子中的表达情况。系统发育分析表明, 该酶在禾本科植物中分别由GBSSI和GBSSII基因编码。在药用野生稻中, 这2种基因所编码蛋白的氨基酸序列一致性为62%, 并且它们在不同器官内呈现时空分化表达, 其中GBSSI在种子中超强表达, GBSSII则主要在叶片表达。     

药用野生稻GBSS基因的系统发育及组织特异性表达

淀粉作为主要的碳水化合物在储藏能量方面发挥至关重要的作用。颗粒结合型淀粉合酶(GBSS)与直链淀粉的合成息息相关。尽管该酶的编码基因已在许多栽培植物中被分离和确定, 但有关它们在作物野生近缘种中的序列分歧和表达的研究却相对较少。该研究以药用野生稻(Oryza officinalis)为研究对象, 定性和定量地分析了GBSS编码基因的序列特点、与其它植物同源基因的进化关系以及在叶和种子中的表达情况。系统发育分析表明, 该酶在禾本科植物中分别由GBSSI和GBSSII基因编码。在药用野生稻中, 这2种基因所编码蛋白的氨基酸序列一致性为62%, 并且它们在不同器官内呈现时空分化表达, 其中GBSSI在种子中超强表达, GBSSII则主要在叶片表达。     

植物脂肪酸去饱和酶及其编码基因研究进展

脂肪酸去饱和酶是催化脂肪酸链特定位置形成双键和产生不饱和脂肪酸的酶类。植物脂肪酸去饱和酶主要有5种（FAD2、FAD3、FAD6、FAD7和FAD8）,可分为ω-3型（FAD2、FAD6）和ω-6型（FAD3、FAD7、FAD8）两大类。其编码基因（FAD2、FAD3、FAD6、FAD7和FADS）在植物中一般有多个拷贝。同种基因在不同植物中拷贝数不同,同一植物中相同基因的不同拷贝间在序列特征、表达调控和功能等方面也存在显著差异。本文根据国内外对脂肪酸去饱和酶基因及编码产物的研究现状,分别从它们的分类、拷贝数、结构、作用机制、表达调控等方面的研究进展进行了详细的分类阐述。     

植物脂肪酸去饱和酶及其编码基因研究进展

脂肪酸去饱和酶是催化脂肪酸链特定位置形成双键和产生不饱和脂肪酸的酶类。植物脂肪酸去饱和酶主要有5种(FAD2、FAD3、FAD6、FAD7和FAD8), 可分为ω-3型 (FAD2、FAD6)和ω-6型(FAD3、FAD7、FAD8)两大类。其编码基因(FAD2、FAD3、FAD6、FAD7和FAD8)在植物中一般有多个拷贝。同种基因在不同植物中拷贝数不同, 同一植物中相同基因的不同拷贝间在序列特征、表达调控和功能等方面也存在显著差异。本文根据国内外对脂肪酸去饱和酶基因及编码产物的研究现状, 分别从它们的分类、拷贝数、结构、作用机制、表达调控等方面的研究进展进行了详细的分类阐述。     

基于藜麦转录组的脂肪酸生物合成途径解析

藜麦营养丰富,油脂含量高,脂肪酸组成理想,是油脂提取物的潜在资源。植物油脂主要以三酰甘油的形式储存在作物种子和果实等器官中,其合成受到环境和基因水平的调控,涉及质体、内质网和油体等多个细胞器。该文基于藜麦转录组数据,对藜麦油脂合成相关的脂肪酸生物合成途径基因进行挖掘,并对基因表达模式进行分析。结果表明:在藜麦中,与脂肪酸生物合成相关的基因序列共87条,涉及乙酰CoA羧化酶和β-酮脂酰ACP合成酶等关键酶,其中编码长链酰基辅酶A合成酶基因和β-酮脂酰ACP还原酶数目最多。通过基因表达模式分析发现,与脂肪酸生物合成相关的基因在种子表达中呈现整体上调模式,可能与种子中油脂形成和积累密切相关。对藜麦乙酰CoA羧化酶亚基编码基因进行分析发现,accD基因在不同组织间无差异表达,表明在藜麦中accD编码的β-CT亚基可能不是影响乙酰CoA羧化酶发挥作用的限制因子。藜麦KASⅡ含有保守结构域,与其他组织相比,编码基因QcFb15、QcFb45和QcFb75在种子中均存在上调表达,参与藜麦脂肪酸碳链延伸及油脂形成。对藜麦脂肪酸生物合成途径相关基因的挖掘,为藜麦油脂合成和积累的研究提供了理论基础,对高油脂藜麦品种选育等后续研究也具有重要启示作用。     

蚕豆和玉米叶绿体atpE基因表达产物的生物活性差异 …

编码蚕豆和玉米叶绿体ＡＴＰ合酶ε亚基的ａｔｐＥ基因分别在大肠杆菌中获得了高效表达,两种表达的ε亚基蛋白在抑制ＣＦ１－ＡＴＰ酶水解ＡＴＰ、阻塞类囊体膜质子通道以及它促进光合磷酸化等方面均明显地强于蚕豆的ε亚基蛋白。该结果表明：（１）ε亚基对ＡＴＰ合酶活性的调节作用与基同ＡＴＰ合酶其他亚基间的亲和力大小密切相关;（２）ε亚基抑制ＣＦ１水解ＡＴＰ和阻塞质子通道两个功能是呈正相关的。圆二色性（ｃｉｒｃｕｌ     

缺氮及氮素形态对烟草幼苗糖代谢的影响机理初探

为了探明缺氮及不同氮素形态对烟草幼苗糖代谢的影响机理。该试验以‘中烟100’为试材,设置正常供氮为对照(CK,NO3-∶NH4+=1∶1)、缺氮(T1)、单一铵态氮(T2)和单一硝态氮(T3)4个处理的沙培试验,检测烟株功能叶片的全氮、还原糖、总糖、蔗糖淀粉的含量及糖代谢相关酶的活性,并分析根、茎、叶等3个部位糖代谢关键基因(SUT1、INV、GBSSI、AGPase)的表达差异。结果显示:(1)烟株功能叶片的全氮含量表现为T3CKT2T1。(2)与CK前期相比,T1处理显著增加了烟株叶片的还原糖、总糖、蔗糖及淀粉含量,降低了淀粉酶的活性,但对转化酶活性影响不显著;其中烟株叶片淀粉积累表现为T1T2CKT3。(3)缺氮及氮素形态对糖转运蛋白基因(SUT1)、焦磷酸化酶基因(AGPase)和颗粒淀粉合成酶基因(GBSSI)等关键基因的表达影响显著。研究认为,缺氮及不同氮素形态下烟草幼苗氮素利用率与淀粉积累成反比,其中蔗糖转运蛋白基因(SUT1)在氮素形态影响烟叶糖代谢过程中起关键作用。     

淡色库蚊ATP合酶B亚基基因克隆和序列分析及其与溴氰菊酯抗性的关系

【目的】克隆淡色库蚊Culex pipiens pallens ATP合酶B亚基基因编码区序列,并进行生物信息学分析,研究其与溴氰菊酯抗性关系。【方法】通过PCR方法扩增ATP合酶B亚基基因编码区序列;利用生物信息学网站在线分析工具,预测ATP合酶B亚基基因编码蛋白的理化性质和功能特征;通过实时定量PCR方法比较ATP合酶B亚基基因在室内筛选的淡色库蚊溴氰菊酯敏感品系和抗性品系中的表达,并在现场种群溴氰菊酯敏感和抗性个体中做进一步验证。【结果】成功克隆淡色库蚊ATP合酶B亚基基因编码区序列(Gen Bank登录号:KY783434),长717 bp,编码238个氨基酸。生物信息学分析表明,其编码蛋白理论相对分子量为26.96 k D,等电点为8.97,在第70-231位氨基酸具有ATP合酶B亚基结构域,未发现信号肽和跨膜区。实时定量PCR结果显示,ATP合酶B亚基基因在室内筛选的淡色库蚊抗溴氰菊酯品系和现场种群溴氰菊酯抗性个体中表达量均上调。【结论】本研究获得了淡色库蚊ATP合酶B亚基基因编码区序列,进行了生物信息学分析,并证实其在溴氰菊酯抗性个体中高表达,为进一步研究该基因在蚊抗药性中的作用奠定了基础。     

AGPase基因植物表达载体的构建及对烟草的转化

将大肠杆菌BL21的AGPase基因定向连接在受体质粒pCAMBIA2301载体上,从而构建植物表达载体,转化烟草获得了转基因植株。经GUS组织化学染色、PCR、Southern blot以及RT-PCR鉴定证实,该基因已导入烟草基因组中。淀粉含量测定结果显示,转基因植株比非转基因植株淀粉含量平均增加了13.1%,由此验证了该载体构建的成功与可用性,为下一阶段用该载体转化木薯主栽品种提高块根淀粉含量的研究奠定了基础。     

陆地棉GhrbcMT基因克隆、表达与功能初步分析

植物的rbcMT基因编码核酮糖1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶大亚基N-甲基转移酶(ribulose1,5 bisphosphate carboxylase/oxygenase large subunitε-N-methyltransferase, rbcMT),可能催化双功能酶核酮糖1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶大亚基14位赖氨酸的ε-氨基的甲基化过程,目前在豌豆、小麦、烟草等中被鉴定出,可能参与调控植物生长发育,但有关GhrbcMT基因生物学功能研究尚未报道。该研究以陆地棉(Gossypium hirsutum L.)为材料,提取叶片总RNA,反转录合成cDNA,利用PCR技术克隆棉花核酮糖1,5-二磷酸加氧酶/羧化酶大亚基甲基转移酶基因(GhrbcMT)全长cDNA,对该基因进行生物信息学分析,采用荧光定量PCR(qRT-PCR)对GhrbcMT基因进行组织特异性表达分析,并用病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing, VIGS)技术降低GhrbcMT在植株中的表达水平,同时用乙醇浸泡法提取野生型与GhrbcMT干涉株系的叶片叶绿素进行含量分析。结果显示, GhrbcMT蛋白质序列存在多个潜在磷酸化与糖基化位点, Loop结构占56.94%,构象灵活。GhrbcMT基因在棉花叶片中特异性表达, GhrbcMT干涉株系的GhrbcMT表达水平显著降低,棉花出现明显的生长缓慢、节间距缩短、植株矮小、花药败育等表型, GhrbcMT基因表达水平的降低对棉花植株的营养生长和育性具有显著影响。该研究通过对1,5-二磷酸核酮糖加氧酶/羧化酶大亚基甲基转移酶功能初步探究,为进一步探究植株生长发育和育性调控机理提供参考。