复配化学调节剂对水稻子粒灌浆充实和蔗糖-淀粉代谢关键基因表达的影响

采用大田试验,以大穗型水稻品种新丰2号为试验材料,研究了抽穗期喷施复配化学调节剂对水稻子粒灌浆充实、稻米品质和蔗糖-淀粉代谢关键基因表达的影响。结果表明,外源喷施复配化学调节剂IV和V可增加水稻强势粒和弱势粒的起始灌浆势、相对起始势,提高最大灌浆速率和平均灌浆速率,缩短达到最大灌浆速率所需时间,显著改善强势子粒的外观品质和碾磨品质,提高水稻弱势子粒的千粒重,且强势粒和弱势粒中蔗糖-淀粉代谢关键酶基因的表达均得到显著提高。因此,外源喷施复配化学调节剂IV和V可通过增加强势粒和弱势粒中蔗糖-淀粉代谢关键酶基因的表达,进而提高水稻强势粒和弱势粒的灌浆充实、增加产量、改善稻米品质。

小麦灌浆期蔗糖代谢关键酶活性变化及其与籽粒淀粉积累的关系

在池栽条件下,研究了藁城8901(强筋品种)、豫麦49(中筋品种)和洛麦1号(弱筋品种)小麦灌浆期旗叶、叶鞘、穗茎、籽粒蔗糖磷酸合酶(SPS)、蔗糖合酶(SS)活性变化及其与淀粉及组分积累的关系。结果表明,其SPS和SS活性变化均呈单峰曲线。豫麦49旗叶、旗叶鞘和籽粒中及洛麦1号穗茎中SPS酶活性较高。豫麦49的旗叶、旗叶鞘、穗茎和籽粒中SS活性高于其他两品种,表明豫麦49和洛麦1号营养器官和籽粒中蔗糖合成和降解代谢比较活跃。相关分析表明,豫麦49和洛麦1号籽粒中淀粉和支链淀粉积累对SPS催化的蔗糖合成过程具有较强的反馈调节作用。豫麦49和洛麦1号籽粒中SS活性均与总淀粉与支链淀粉积累速率极显著正相关,而在藁城8901中无此相关性。

植物蔗糖代谢关键酶的研究进展

高等植物蔗糖代谢关键酶主要有转化酶、蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶。本文就这些酶基因的克隆、转录及表达,相关基因的遗传转化及分子遗传学特性作了综述,并对需进一步研究的问题进行了讨论。

红色和橙黄色果肉西瓜番茄红素和β-胡萝卜素代谢基因的表达分析

以橙黄色果肉西瓜‘WM-Clr-2’及红色果肉西瓜‘P1179881’为试材，采用HPLC法分析其番茄红素及β-胡萝卜素在7个发育时期的积累情况，同时采用qRT-PCR技术分析番茄红素和β-胡萝卜素代谢途径中8个关键酶基因（PSY1、PSY2、PDS、ZDS、CRTISO、LCYB、NCEDI和NCED7）的表达量。

黄瓜蔗糖代谢关键酶基因家族鉴定及表达分析

蔗糖合酶(SUS)、蔗糖磷酸合酶(SPS)和蔗糖转化酶(INV)是高等植物蔗糖代谢关键酶。为探究这三类蔗糖代谢关键酶基因家族在黄瓜果实糖含量与非生物胁迫中发挥的作用,本文对其基因家族成员的数量、进化关系、顺式作用元件、基因结构和表达模式进行分析。结果表明,黄瓜3类蔗糖代谢关键酶基因家族共有20个成员,SUS包含4个成员,SPS包括3个成员,INV包括13个成员,不均匀分布在6条染色体上;系统进化分析发现黄瓜3类蔗糖代谢关键酶基因家族成员与甜瓜亲缘关系最近;其启动子序列主要含有光响应、低温响应、激素响应和防御应激等顺式作用元件。基因表达谱分析发现CsCINV3在盐和硅胁迫中下调表达,CsSUS4在高糖四倍体黄瓜中显著上调表达。qRT-PCR验证显示,CsSUS4在高糖黄瓜中显著上调,与RNA-Seq趋势相一致。综上,CsSUS4可能与黄瓜果实糖含量及非生物胁迫有着密切的关系。

植物蔗糖合成酶功能与分子生物学研究进展

蔗糖合成酶在植物生长发育过程中有着举足轻重的作用。叶片光合产物向“库”器官运输的主要形态是蔗糖,而蔗糖合成酶是蔗糖进入各种代谢途径所必需的关键酶之一。在此,综述了蔗糖合成酶(SuSy)在高等植物蔗糖代谢中的作用,SuSy基因的克隆、表达调控机理以及SuSy转基因植株的表现;并进一步对蔗糖合成酶的研究作出设想。

植物酸性转化酶基因及其表达调控

酸性转化酶是蔗糖代谢的关键酶,在植物体中具有重要的生理作用。近十几年来,许多植物酸性转化酶基因已经克隆,其基因表达调控的研究也取得了很大的进展。本文综述了植物酸性转化酶基因及其蛋白结构、基因表达的器官和发育特异性以及糖、受伤、病原﹑胁迫和激素对基因表达的调节和蛋白抑制因子对酶活性的影响,并讨论了当前在该研究领域存在的问题。

土壤质地对小麦SPS、SS活性及其与淀粉合成关系的影响

在池栽条件下,研究了黏壤土、中壤土和沙壤土对豫麦49灌浆期旗叶、旗叶鞘、穗茎和籽粒中蔗糖代谢关键酶蔗糖磷酸合酶(SPS)和蔗糖合酶(SS)的活性变化。结果表明,在3种不同质地土壤上,小麦灌浆期各器官中SPS和SS活性均呈单峰曲线变化。沙壤土上除了籽粒中SPS活性略低于中壤土外,其他部位酶活性均最高;而中壤土籽粒中SPS在灌浆前期及SS在灌浆中后期的活性显著高于其他壤土。中壤土和沙壤土上小麦千粒重和籽粒淀粉含量均显著高于黏壤土,但中壤土和沙壤土间差异不显著。说明中壤土和沙壤土对小麦的蔗糖合成与降解有一定的影响,沙壤土有利于小麦营养器官中蔗糖的合成,而中壤土对小麦籽粒中蔗糖的合成比较有利。相关分析表明,沙壤土和中壤土上SPS、SS活性与小麦籽粒灌浆速率、支链淀粉和总淀粉积累速率均达显著或极显著相关;而在黏壤土上,酶活性与总淀粉积累速率的相关系数(除籽粒SPS外)未达显著水平或相关性小于在其他2种土壤上。中壤土和沙壤土上小麦营养器官中SPS催化的蔗糖合成代谢和籽粒中SS催化的蔗糖降解代谢对籽粒淀粉和支链淀粉的积累具有十分重要的作用。

拟南芥AKIN11基因的过表达及其功能分析

将蔗糖非发酵基因相关蛋白激酶AKIN11克隆到植物表达载体pEGAD的35S启动子下游与GFP融合,基因枪法导入洋葱表皮细胞进行瞬时表达,发现集中在细胞核内表达.农杆菌介导花序浸泡法转化拟南芥,Basta筛选和RT-PCR鉴定得到两个遗传稳定的T3代转基因株系.突变体和野生型的表型没有明显差异,但突变体叶片中淀粉含量较野生型增加.RT-PCR分析淀粉合成途径关键酶的mRNA水平,发现突变体中腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶表达量增加,而α-淀粉酶却没有变化.表明AKIN11基因可能在拟南芥淀粉积累途径中起着重要的调节作用.

DEHP对HepG2细胞糖脂代谢关键基因干扰效应研究

目的观察邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯(DEHP)刺激人肝癌细胞系HepG2细胞后对细胞糖代谢和脂代谢关键基因表达的影响,探讨DEHP对离体培养HepG2细胞糖脂代谢的毒性。方法取对数生长期HepG2细胞分为DEHP染毒组和对照组,染毒组分别以终浓度为5、10、50、100、500和1 000μmol/L的DEHP染毒,对照组分别予相同终浓度的二甲基亚砜处理。培养24 h后收集细胞,采用实时荧光定量聚合酶链式反应,检测DEHP染毒成功的内源性标志物过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPARα),糖代谢关键基因葡萄糖-6-磷酸酶(G-6-Pase)和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK),以及脂代谢关键基因硬脂酰辅酶A去饱和酶1(SCD1)、脂肪酸合成酶、固醇调节原件结合蛋白-1c和乙酰辅酶A羧化酶1的mRNA转录水平。校正检验水准为0.008。结果与自身对照组比较,除了5μmol/L剂量外,其余5个剂量DEHP染毒组HepG2细胞PPARαmRNA转录水平均上调(P<0.008),说明DEHP染毒模型诱导成功。与自身对照组比较,100和500μmol/L DEHP染毒组HepG2细胞的G-6-Pase mRNA转录水平均上调(P≤0.008);6个剂量下,2组HepG2细胞的PEPCK mRNA转录水平分别比较,差异均无统计学意义(P>0.008)。除100μmol/L DEHP染毒组SCD1 mRNA转录水平较对照组下调(P<0.008)外,其余剂量下,2组HepG2细胞的4种脂代谢关键基因的mRNA转录水平分别比较,差异均无统计学意义(P>0.008)。结论 DEHP对糖代谢影响主要体现为促进糖异生限速酶G-6-Pase表达的上调。DEHP对HepG2细胞脂代谢的影响较为有限。

转录组学揭示MeFtsZ2-1基因过量表达对木薯糖代谢的影响

为了解MeFtsZ2-1基因过量表达对木薯光合及糖代谢的影响,本研究对转基因及野生型木薯的光合酶活性及主要糖代谢产物(可溶性总糖,淀粉,蔗糖,果糖及葡萄糖)含量进行测定,并对叶片及块根进行转录组测序分析。结果表明,与野生型相比,转基因木薯PEPC和PPDK酶活性增加,而Rubisco酶活性无显著差异。转基因木薯块根可溶性总糖、蔗糖含量较野生型显著减少,而淀粉、果糖含量较野生型显著增加。基于转录组数据,在叶片中鉴定并筛选出与糖类代谢相关的9条通路,其中光合作用通路中有1个基因表达较野生型显著上调。在蔗糖/淀粉代谢通路中鉴定到17个差异表达基因,12个较野生型显著上调,5个较野生型显著下调,其中上调的基因有7个注释为β-葡萄糖苷酶。在块根中鉴定并筛选出与糖类代谢相关的11条通路。在蔗糖/淀粉代谢通路中鉴定到9个差异表达基因,其中3个较野生型显著上调,6个较野生型显著下调。转基因木薯块根中蔗糖含量减少,而淀粉含量增加可能与蔗糖磷酸合酶及蔗糖磷酸酶表达下调,颗粒结合淀粉合酶表达上调有关。这与转基因木薯块根中蔗糖含量减少,而淀粉含量增加的结果一致。该研究为质体分裂调控介导木薯品质改良研究奠定基础。

灌浆充实调节剂对大穗型水稻弱势籽粒灌浆的调控效应

为探究2种灌浆充实调节剂对大穗型水稻品种弱势籽粒灌浆充实的影响及其作用机制,采用大田试验,以大穗型水稻品种交源优216为试验材料,研究了抽穗开花期喷施灌浆充实调节剂(禾立丰和新美洲星)对水稻弱势籽粒灌浆充实、内源激素含量、灌浆充实相关miRNA及其靶基因、编码灌浆充实相关蛋白和蔗糖-淀粉代谢关键酶基因表达量的影响。结果表明,2种灌浆充实调节剂禾立丰和新美洲星显著提高了交源优216的产量、弱势籽粒千粒质量、灌浆速率及灌浆起始势,弱势籽粒千粒质量与对照(清水处理)相比分别提高了16.07%和15.89%;且弱势籽粒中IAA含量在花后9,15,21 d显著增加,Z+ZR含量在花后9,21 d显著增加。禾立丰处理下,弱势籽粒中负调控籽粒灌浆充实的miR167a-c、miR167d-j和miR1432在花后6 d显著下调,编码14-3-3蛋白的基因OsGF14b和OsGF14f在花后12 d显著下调;而正调控籽粒灌浆充实的类萌发素蛋白基因OsGLP3在花后6 d显著上调,蔗糖-淀粉代谢关键酶基因在花后6,12 d显著上调。新美洲星处理下,弱势籽粒中负调控籽粒灌浆充实的miR167a-c、miR167d-j、miR1432在花后6 d显著下调,编码14-3-3蛋白基因OsGF14b和OsGF14f在花后12 d显著下调;正调控籽粒灌浆充实的OsGLP3和蔗糖-淀粉代谢关键酶基因的表达量在花后6,12 d显著上调。相关分析结果表明,弱势籽粒灌浆速率与miR1432、OsGF14f的表达量呈显著负相关关系,而与IAA含量呈显著正相关关系。因此,禾立丰和新美洲星可能是通过调节灌浆前中期灌浆充实相关miRNA及靶基因、编码灌浆充实相关蛋白和蔗糖-淀粉代谢关键酶基因的表达量,进而提高激素IAA和Z+ZR含量,促进弱势籽粒灌浆充实。

干湿交替灌溉对抗旱性不同水稻品种产量的影响及其生理原因分析

【目的】旨在阐明全生育期干湿交替灌溉对抗旱性不同水稻品种产量的影响。【方法】以抗旱性差异显著的4个水稻品种(籼稻扬稻6号和两优培九,粳稻旱优8号和镇稻88)为材料,以常规水层灌溉(CI)为对照,在盆栽条件下研究了轻干湿交替灌溉(WMD)和重干湿交替灌溉(WSD)对水稻产量、根系、叶片及籽粒部分生理特性的影响。【结果】与CI相比,WMD处理下抗旱性较强品种扬稻6号和旱优8号产量分别提高6.90%和7.45%,抗旱性较弱品种两优培九和镇稻88产量分别降低7.28%和8.10%。WSD处理下,4个水稻品种的产量均显著下降,抗旱性较弱的品种产量降幅远高于抗旱性较强的水稻品种。WMD处理下,扬稻6号和旱优8号复水后根系氧化力、根系与叶片细胞分裂素(玉米素+玉米素核苷)含量、叶片光合速率和籽粒中蔗糖-淀粉代谢途径关键酶的活性均较CI有不同程度提高,而两优培九和镇稻88上述指标则与CI持平或有不同程度降低。WSD处理下,4个品种上述指标均较CI不同程度降低。【结论】轻干湿交替灌溉条件下,根系活性强、叶片细胞分裂素含量和光合速率高、籽粒中蔗糖-淀粉代谢途径关键酶活性强是抗旱性较强水稻品种的基本生理特征。