能源木薯高淀粉抗逆分子育种研究进展与展望

木薯(Manihot esculenta Crantz)是全球重要的粮食作物,也是我国非粮生物质能源发展的主要原材料。长期以来,传统杂交育种是木薯新品种培育的主要手段。随着全球生态的变化和木薯产业发展的推进,需要加速培育抗逆能力强、高淀粉的木薯新品种,因此,利用基因工程针对特定性状开展品种创新表现出巨大的潜力。随着组学技术的发展,在木薯基础研究领域,特别是针对储藏根发育、淀粉富集、逆境响应与调控等方面的研究逐步深入。强化木薯基础理论研究和发展应用技术,对推动能源木薯的产业化发展具有重要意义。     

木薯亲本正反交亲和力与授粉柱头的蛋白质组学分析

为研究木薯不同亲本杂交亲和力的差异,分别以华南5号、华南6号、华南7号为亲本进行正反交,统计不同组合间稔实率的差异。同时对受精柱头蛋白质进行分析,研究柱头对杂交亲和力影响的蛋白质调控水平。结果表明:SC5(♀)×SC7(♂)平均稔实率最高为26.22%,SC7(♀)×SC5(♂)平均稔实率最低为11.13%。通过双向电泳和质谱法分析母本SC5和SC7授粉柱头的蛋白质变化,得到27个差异蛋白质点,其中19个蛋白质出现上调表达,这些差异表达蛋白质分别参与碳代谢及能量代谢、分子伴侣和氨基酸代谢;而8个蛋白质下调表达,它们分别参与蛋白质合成及氢氰酸代谢;表明这些代谢途径对木薯亲和力高低有一定的影响。     

木薯HSP21基因的电子克隆与生物信息学分析

HSP21是植物响应高温胁迫的关键基因,在防止蛋白变性、保护细胞结构和维持植物正常生长发育等方面发挥重要作用,克隆HSP21基因是揭示木薯抵抗高温胁迫分子机制的基础。为得到木薯HSP21同源基因及分析其表达蛋白的性质,文中采用电子克隆技术对新基因进行组装和衍生,并使用生物信息学分析方法,对预测蛋白的一级至高级结构、亲水性/疏水性、信号肽、蛋白同源性和系统进化等进行全面解析。结果表明,HSP21基因含有969个碱基对,其开放阅读框有705个碱基,预测蛋白含234个氨基酸。预测蛋白是非跨膜蛋白,具有碱性和亲水性,主要定位于叶绿体内。通过多重序列比对和系统进化分析发现,木薯与巴西橡胶树、蓖麻和麻疯树等植物的HSP21蛋白同源性较高。结果可为该基因的克隆和转化提供参考依据。     

木薯14-3-3蛋白家族成员MeGRF3基因的原核表达及多克隆抗体制备

14-3-3蛋白是植物体内重要的信号转导调节分子,在碳代谢、逆境胁迫响应、生长发育等过程中发挥重要调控作用。为了深入解析14-3-3蛋白家族在木薯中的生物学功能,该研究采用酶切连接方法构建木薯14-3-3蛋白家族成员MeGRF3的原核表达载体,用热激法转化大肠杆菌Rosetta(DE3)株系,诱导表达带有MeGRF3的融合蛋白;使用纯化后的MeGRF3融合蛋白免疫新西兰公兔制备多克隆抗体,并检测抗体的效价和特异性。结果显示:(1)成功构建了木薯MeGRF3的原核表达载体pET-30a-MeGRF3,并诱导表达得到带有MeGRF3和6个His标签的融合蛋白。(2)MeGRF3融合蛋白主要以包涵体的形式存在,相对分子质量约为33 kD。(3)间接酶联免疫吸附法(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)测定的抗体效价为1024000。(4)Western blot分析显示,木薯叶片、茎尖、茎皮和块根中均检测到与MeGRF3蛋白大小一致的条带,说明MeGRF3在这4个组织器官中均表达,但主要是在茎尖和块根中大量积累,表明该研究成功制备的MeGRF3多克隆抗体的特异性较好。     

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.     

能源木薯种质资源面临的问题与解决策略

本文从种质资源角度,探讨了如何通过木薯新品种引进及基因工程开展木薯的定向培育研究。对淀粉品质、抗逆境特别是抗低温能力及采后生理性变质涉及的分予机制与生物技术研究策略进行了的解析和讨论,为我国木薯生物技术发展提供参考。     

湿度对木薯单爪螨Mononchellus mcgregori发育与繁殖的影响

【目的】木薯单爪螨是新入侵我国的重要检疫性害螨,主要危害木薯,也可危害橡胶。近年来,该螨种群数量迅速增多,扩散范围不断增大,目前已在海南、云南、广西、广东等重要木薯产区发生并加重危害,危害严重时可导致木薯减产40%~60%。湿度是影响木薯单爪螨发育和繁殖的重要因素之一,但有关该方面的研究较少。【方法】通过室内饲养,观察比较了不同湿度条件下木薯单爪螨发育及繁殖情况。【结果】当湿度为75%和85%时,卵孵化率均达100%,平均每雌产卵量分别达49.22和43.67粒,雌成螨寿命分别为21.00和22.00 d;当湿度为55%和95%时,卵孵化率和后代产卵量显著降低,雌成螨寿命显著缩短;当湿度为65%时,卵孵化率、平均每雌产卵量以及成螨寿命均与75%和85%湿度处理无显著差异,但其发育历期显著延长。【结论】75%和85%是木薯单爪螨发育与繁殖的适宜湿度条件。     

日本育成葡糖淀粉酶重组酵母菌

1986年在大阪召开的大阪发酵工程学年会上,三得利啤酒公司应用微生物研究所和酒类研究所发表了一项研究成果。用DNA组入染色体的方法选育成功稳定的基因重组酵母菌。将根霉的葡糖淀粉酶基因组入乙醇发酵能力接近于生产菌的酵母菌中,使其分泌产生葡糖淀粉酶,而无需加热处理(无蒸煮)就能由淀粉产生13％以上的乙醇。特别在用木薯淀粉为原料时分解率很高。转化为乙醇的产率与现行工业生产法相同。为使染色体中重组性能稳定,从小瓶到大容器重组体经数十代仍可稳定产生葡糖淀粉酶。 此重组体有可能在良好的通用发酵罐中实现工业化。该公司已实现用根霉的葡糖淀粉酶进行淀粉的无蒸煮乙醇生产,这种方法由淀粉产乙醇的能耗量约减少了三成。     

木薯良种──“南植188”的栽培研究

本文报道木薯良种──“南植１８８”的栽培研究结果,为推广“南植１８８”品种提供有效的栽培技术措施。     

木薯良种—“南植188”的组培快速繁殖研究

本文报道木薯良种——“南植188”的快速繁殖。茎段培养在MS或改良MS基本培养基中,研究植物激素对器官形成的影响及试管苗移栽技术。试验结果表明BA促进芽的形成和增殖,BA和NAA混合使用有利芽伸长,当无根苗转生根培养基,诱导生根获得完整植株,试管苗移栽成功,幼苗生长良好。