香蕉主要栽培类型的分类及其起源和演化的研究进展

香蕉是芭蕉科芭蕉属的草本果树,是世界上重要的热带水果之一,同时也是仅次于水稻、小麦和玉米的第四大粮食作物。栽培香蕉品种可简单分为鲜食蕉和主食蕉,大多为三倍体,其遗传背景十分复杂。研究栽培香蕉品种的起源和演化,对加快香蕉育种进程具有重要的指导意义。近年来香蕉种质资源的分子系统学研究取得较大进展,为开展育种工作提供了很多有用的遗传信息。该文更新了与栽培香蕉关系密切的芭蕉属内各野生种质的分类,对全球常见的栽培类型及其品种特点进行了归纳整理,包含7个基因组类型在内的18个栽培类群。同时,对常见栽培类群(AAA、AAB、ABB、AB)的起源及演化,特别是近期A基因组的祖先种溯源等方面进展进行了总结,并提出了研究展望。该文系统性地总结香蕉栽培品种的起源及演化等方面的科研进展,可为挖掘优异种质和基因资源,指导香蕉育种等方面的研究提供借鉴。

香蕉果实酵母双杂交文库的构建及后熟转录因子MaMADS2互作蛋白筛选

[目的]本文旨在鉴定香蕉果实后熟关键调控因子MaMADS2的互作蛋白,深入解析MaMADS2影响香蕉果实后熟过程的分子机制。[方法]以MaMADS2为诱饵利用酵母双杂交文库获得候选互作蛋白,通过克隆候选互作基因编码区进行点对点酵母双杂交试验来验证互作情况;利用转录组学分析互作蛋白相关基因在后熟过程中的表达情况;利用双分子荧光互补试验鉴定重要互作蛋白与MaMADS2的互作;最后用蛋白免疫印迹分析MaMADS2蛋白在香蕉后熟过程中的表达。[结果]成功构建了果实在乙烯利催熟下的cDNA文库,初级和次级文库的库容分别为2.9×10^(6)和3.2×10^(6)CFU·mL^(-1),平均插入片段大小在1200 bp以上,可满足后续酵母双杂交筛选的要求。最终共鉴定出7个互作蛋白,其中有2个MADS-box转录因子,3个E3泛素连接酶,2个具有转录抑制作用的蛋白。转录组数据表明,乙烯利可抑制2个MADS-box基因的表达,而1-甲基环丙烯(1-MCP)对其表达起诱导作用。双分子荧光互补试验表明,MaMADS2与MADS-box转录因子Ma04_p30020.1存在互作关系。蛋白免疫印迹分析显示,MaMADS2在后熟过程中蛋白水平逐渐降低,这与其可以和E3泛素连接酶互作是一致的。[结论]通过构建高质量的果实cDNA文库与酵母双杂交筛库技术,鉴定出多个与MaMADS2互作的蛋白,并明确了MaMADS2与另一MADS-box转录因子Ma04_p30020.1之间存在明显的互作关系。

柑橘叶片和果皮总蛋白质提取及双向电泳体系的建立

以春甜橘(Citrus reticulata Blanco‘Chuntianju’)果皮和叶片为材料,分别用Tris-HCl、尿素/硫脲(Thi/Urea)、三氯乙酸/丙酮(TCA)和酚(Phe)等4种方法提取柑橘总蛋白质,从蛋白质产量、单向SDS-PAGE和双向电泳等方面进行比较。结果表明,4种方法的分离效果存在较大差异,不论是以柑橘叶片还是果皮为材料,均以TCA法最好,且双向电泳图谱分辨率较好,蛋白点清晰、均匀、基本没有条纹,且蛋白点多。这说明TCA法不仅能很好地去除柑橘果皮、叶片中存在的大量干扰物质,而且还能得到稳定的蛋白点。

香蕉CRISPR/Cas9基因编辑技术体系的建立

【目的】建立香蕉CRISPR/Cas9基因编辑技术体系,为在香蕉上利用CRISPR/CAS9技术开展香蕉基因功能研究和香蕉育种工作开辟新的路径。【方法】根据香蕉A基因组八氢番茄红素脱氢酶(phytoene dehydrogenase,PDS)基因组序列,利用在线工具ZiFiT Targeter Version 4.2确定合适的CRISPR/Cas9靶标序列,选择其中一个位点作为靶标位点,设计包含靶标基因MaPDS序列的sgRNA。利用一套改良的CRISPR/Cas9多靶点载体系统,以pYLg RNA-Lac Z-U6a质粒为模版,Overlapping PCR法构建U6a-sgRNA表达盒,再利用Golden Gate Cloning法将U6a-sgRNA表达盒克隆到pYLCRISPR/Cas9载体中,构建以MaPDS为靶标基因的pYLCRISPR/Cas9-sgRNA载体。构建的质粒含Cas9p和sgRNA表达盒,其中Cas9p由P_(Ubi)启动子驱动,sgRNA由水稻来源的RNA启动子U6a驱动。将构建好的载体转入农杆菌EHA105,转化香蕉主栽品种巴西蕉胚性细胞悬浮系,获得抗性再生植株。设计PCR引物扩增包含靶标序列的MaPDS序列片段,检测和分析再生植株MaPDS被编辑的情况。【结果】试验选择MaPDS作为CRISPR/Cas9靶标基因,设计一个靶标位点,利用Overlapping PCR法获得了U6a-sgRNA表达盒,利用Golden Gate Cloning法将其克隆到pYLCRISPR/Cas9的Bsa I位点,成功构建了针对MaPDS的pYLCRISPR/Cas9-sgRNA载体。经过农杆菌浸染、抗性筛选、抗性胚诱导、萌发及生根,最终获得抗性独立转化株系129个。其中,71个株系出现白化表型,产生白化表型的几率达55%。失绿突变体的出现意味着MaPDS蛋白功能丧失。随机取转化株系中的白化表型株系33个和正常表型株系14个,提取其叶片基因组DNA,扩增含有MaPDS的靶位点片段,序列分析结果表明,白化表型株系的MaPDS靶位点序列发生了基因编辑。主要是在靶位点附近增加1个碱基T或A,或是在靶位点附近或下游发生碱基颠换或转换,出现非靶标位点突变。这些突变形式均能导致MaPDS蛋白翻译错误,从而使MaPDS蛋白丧失功能,表现为白化。转化株系中表型正常植株的MaPDS靶位点序列与野生型一致,未检测到变异。【结论】成功在香蕉体内实现了对内源MaPDS的定点敲除,获得了基因定点敲除的突变体株系,为进一步利用基因编辑技术在香蕉上的应用奠定了基础。

香蕉-尖孢镰刀菌互作机理及抗病育种研究进展

由土壤真菌Fusarium oxysporum f.sp.cubense(Foc)引起的香蕉镰刀菌枯萎病是全世界范围内严重威胁香蕉生产的毁灭性病害。目前已发现Foc的4个生理小种。20世纪70年代,Foc 1号生理小种造成我国华南地区的龙牙蕉和粉蕉种植园大面积发病;90年代中后期,在广东省的香牙蕉种植园发现Foc 4号生理小种,并且迅速向其他香蕉产区蔓延。目前,国内各香蕉主产区均有报道发生Foc 4号生理小种引起的香蕉枯萎病,该病已成为制约我国香蕉生产的最主要因素。对香蕉枯萎病菌侵染过程以及香蕉枯萎病致病机理、抗性机制、抗病品种选育、抗性种质筛选及抗病性鉴定、防治等多个领域取得的研究进展进行了概述,并对今后研究方向进行了展望,主要包括:(1)在继续研究已有抗病品种对Foc TR4抗性的同时,要进一步深入研究Cavendish对Foc 1号生理小种的抗性;(2)利用已经建立的香蕉CRISPR/Cas9基因编辑技术体系,获得香蕉枯萎病抗病品种,并进一步应用寄主植物诱导的基因沉默技术(HIGS)获得更加持久稳定的抗病性;(3)将已经建立的香蕉试管苗离体水培系统应用于香蕉-Foc互作研究。

香蕉高效组培快繁技术的研究

【目的】改良传统的香蕉组培快繁技术提高优良种苗繁育效率。【方法】通过香蕉外植体的选取和芽诱导处理方法、芽的分化及培养、丛生芽壮芽处理、生根培养、组培苗栽培获得健康幼苗的技术过程进行优化改良。【结果】对传统吸芽处理及培养方法进行改良,使每个吸芽材料第一代出芽数量达26.4个,比传统处理方法第1代出芽数量(2.2个)提高效率12倍;生产相同数量的组培苗生产周期与传统处理法相比缩短3代。优化了不定芽分化培养基6-BA浓度和生根培养基中蔗糖的浓度,建议芽分化培养基中6-BA最适浓度为4 mg·L-1;生根培养基蔗糖最适浓度为40 g·L-1。利用椰糠、泥炭土和红壤土三种栽培基质培育组培苗,椰糠处理的幼苗叶数、株高和假茎基部直径、植株根干重和地上部干重各生长参数均显著高于泥炭土和红壤土处理,可作为重要的无土栽培介质而广泛应用。【结论】研究为提高香蕉组培快繁效率及培育健康优良种苗提供了实用指南,有利于香蕉产业的可持续发展。

‘春甜橘’及其突变体果皮差异相关蛋白质组分析

【目的】柑橘自然芽变材料是柑橘育种的重要来源。‘明柳甜橘’(Citrus reticuiata Blancocv.Mingliutianju,MP)是从‘春甜橘’(C.reticuiata Blanco cv.Chuntianju,CP)中选育出的自然芽变品种。分析‘春甜橘’与其自然芽变‘明柳甜橘’果皮差异蛋白质,探讨导致两品种形态差异的原因。【方法】以花后12周和23周的‘明柳甜橘’和‘春甜橘’果皮为材料,采用双向电泳技术(Two-dimensional gel electrophoresis,2-DE)分离获得野生型与突变型差异表达蛋白点,利用MALDI-TOF-MS质谱鉴定技术分析相关差异蛋白质,并进行功能注释和生物信息学分析。【结果】将提取的果皮总蛋白质经双向电泳后,分别采用硝酸银和考马斯亮蓝染色法进行蛋白质凝胶染色,均获得了清晰的2-DE电泳图。2-DE图谱经Image Master 2D软件分析表明,硝酸银染色法能检测到约1 200个蛋白点,考马斯亮蓝染色法能检测到约500个蛋白质点,从中各选取20个变化丰度2倍以上且重复性好的蛋白点进行MALDI-TOF-MS质谱鉴定和数据库检索分析,共有33个蛋白质有功能注释,其中17个蛋白质在‘明柳甜橘’果皮中表达上调,16个表达下调。按照33个差异蛋白质的功能,可将其分为11类,它们分别参与糖类/能量代谢、胁迫/防御反应、核酸代谢、氨基酸代谢、转录、氮代谢、脂肪酸代谢、蛋白修饰与降解以及未知类。利用KOBAS(KEGG Orthology-Based Annotation System)在线功能分析平台对33个差异表达蛋白质进行信号通路分析,其中18个差异蛋白质有KO注释,共涉及31条信号通路,按照P值大小排列,类黄酮生物合成过程位居第一,说明该信号通路最有可能参与春甜橘芽变形成过程。【结论】综合分析‘春甜橘’和‘明柳甜橘’基因水平及蛋白质水平的差异,推测可能是由参与类黄酮生物合成过程的差异表达基因尿苷二磷酸葡萄糖基转移酶基因和差异表达蛋白咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶的差异表达导致了二者的表型差异。

春甜橘及其芽变品种明柳甜橘特性的比较研究

‘明柳甜橘’是从‘春甜橘’中选育出来的柑橘品种,果实品质优良,在粤东地区成熟期为2月下旬至3月中旬。本研究经过多年田间观察和分析,比较系统地分析了明柳甜橘与春甜橘形态特征,表明两者物候期、生长和结果习性相似,但明柳甜橘树势生长相对旺盛,坐果率高,平均单果重约比春甜橘大37.0%,而且果皮较厚,果面有明显柳纹,采前裂果少。果实品质方面,两者可溶解性固形物、总糖、Vc和果肉中膳食纤维含量差异不显著,但明柳甜橘的总酸含量、果肉及果皮中粗纤维含量显著高于春甜橘。

矮生香蕉品种特性及栽培技术研究

矮生香蕉品种可在南北方发展温室栽培,是优良的经济树种与观赏树种,研究矮生香蕉的品种特性与配套栽培技术,可为发展矮生香蕉的观赏与鲜食应用提供基础和指南。试验选取了矮生香蕉品种‘中蕉12号’为材料,评估其枯萎病抗性,开展地培及盆栽试验研究其栽培特性,总结其温室栽培技术要点。试验结果表明,矮生香蕉‘中蕉12号’株高仅为85.7~103.3 cm,树形矮小,树姿优美,生长期较短约为10个月,与易感品种‘巴西香蕉’相比具较强枯萎病抗病性,产量适中(6.0~7.8 kg/株),品质优良,果实品质媲美常规鲜食品种‘巴西香蕉’。矮生香蕉品种‘中蕉12号’可鲜食与观赏两用,用于休闲观光以及生态农业建设,具有良好的应用前景,符合现代都市农业的发展需求。

香蕉格瓦斯饮料工艺研究

以香蕉和面包干为原料,保加利亚乳杆菌和艾尔酿酒酵母为发酵菌株混合发酵酿制香蕉格瓦斯饮料,对发酵温度、发酵时间、面包干与水的配比等因素进行单因素试验,并采用正交试验优化加工工艺。结果表明,最佳发酵温度22℃,发酵时间24 h,面包干与水的配比1:7,接种量1.5 g/L,在此条件下酿制的香蕉格瓦斯饮料,呈淡黄色,外观澄清透明,具有明显的面包和香蕉风味,酸甜适中,测定可溶性固形物含量为3.7%~4.5%。

香蕉营养品质与功能特性研究进展

香蕉营养价值高,广泛种植于热带和亚热带地区,是重要的水果和粮食作物,是世界鲜果中产量、贸易量和贸易额最大的水果。我国在世界香蕉生产中占有重要地位,是世界第二大香蕉生产国。据联合国粮食及农业组织统计,2020年我国香蕉产量高达1 187.26万t,在世界香蕉产量中占比约9.01%。香蕉种质资源丰富,世界上香蕉栽培品种高达上千种。不同品种、不同地区、不同发育和后熟阶段的香蕉,其营养成分种类和含量具有较大差异。总结了香蕉中矿物质元素、抗性淀粉、膳食纤维等主要营养成分,归纳了酚类化合物、类胡萝卜素、脂肪酸、植物淄醇、胺类、抗氧化剂等活性成分;综述了香蕉的功能特性,包括预防心血管疾病、润肠通便、减轻体重、降血糖、抗抑郁等;介绍了主要的香蕉加工产品,如香蕉饮料、香蕉粉等,香蕉的精深加工可提高资源产品附加值,延长产业链,促进香蕉产业可持续发展和世界粮食安全。

香蕉抗寒分子机制研究进展

香蕉是世界上最受欢迎的水果之一,也是第四大粮食作物,低温是影响其种植区域、生长发育、产量和品质的重要环境因素。近年来,随着基因组学和蛋白质组学等分子生物学技术的深入发展,香蕉抗寒分子机制的研究取得了较大进展,笔者重点从生物膜、磷酸化信号通路、基因表达、蛋白表达4个层面综述香蕉品种抗寒性差异的分子机制和调控途径,旨在为香蕉抗寒品种的培育和栽培措施的改进提供理论参考。

香蕉果肉类胡萝卜素提取与测定方法

大规模开展香蕉类胡萝卜素种质资源评价,发掘高类胡萝卜素的品种资源,提高主栽品种中类胡萝卜素的含量,对于提升香蕉产业竞争力具有重要的作用。开展此项研究需要建立高效的香蕉果肉类胡萝卜素提取和测定体系。本文拟建立基于超高效液相色谱仪(Agilent 1290),适用于香蕉果肉的类胡萝卜素提取及测定的方法。利用YMC-C30色谱柱,在450 nm检测波长和柱温20℃条件下,比较了不同的料液比(g∶mL,1∶6、1∶9、1∶12、1∶15)、定容溶液的比例(V∶V,MTBE∶甲醇=1∶0、1∶1、1∶2)、流动相(V∶V,甲醇∶乙腈=4∶0、3∶1、2∶2、1∶3、0∶4)、流速(0.6、0.8、1.2 mL/min)等对类胡萝卜素组分鉴定和含量测定的影响。结果表明,当提取试剂正己烷∶丙酮∶无水乙醇=2∶1∶1(V∶V∶V),果肉与提取试剂的料液比为1∶9,超声波破碎30 min,重复3次,定容溶液MTBE∶甲醇=1∶1时,香蕉类胡萝卜素组分分离的效果最好。当色谱条件A相以甲醇∶乙腈,B相以MTBE(100%)为流动相,进样量为10μL,流速为1mL/min进行梯度洗脱时,可以很好的鉴定并分离类胡萝卜素的主要组分。利用优化后的体系进行检测不同类胡萝卜素含量的香蕉品种,发现香蕉果肉中的主要类胡萝卜素组分为叶黄素、α-胡萝卜素、β-胡萝卜素。高类胡萝卜素含量的‘Frenchsomber’香蕉品种约含9.79μg/g,而低含量的‘中蕉8号’香蕉品种只有约0.201μg/g,这也表明不同香蕉品种中类胡萝卜素的含量差异相对较大。本文中以香蕉果肉为材料所建立的类胡萝卜素提取与检测方法,操作简单,精确度高,为科研工作者在香蕉类胡萝卜素的功能研究方面提供参考。

植物CRISPR/Cas无外源DNA基因组编辑技术研究进展

CRISPR/Cas基因组编辑技术已成为作物遗传改良的重要工具。常见的农杆菌介导或基因枪投送DNA基因组编辑方式会导致外源载体片段整合到植物基因组中,引发消费者对其潜在生物安全的担忧。目前已有部分植物建立了无外源DNA基因组编辑体系,但存在投送效率低、编辑效率低和再生困难等问题。本文中主要对植物CRISPR/Cas无外源DNA基因组编辑体系建立和应用研究中编辑元件载体、介导投送方式及常用的编辑策略等3个方面的进展进行了归纳,总结了存在的主要问题并对未来努力方向进行了展望。

企业管理创新要点与途径刍议

企业管理创新要立足自身实际,要重视战略管理、民族管理和企业文化的拓展。企业管理创新的途径为:思维创新,技术创新,组织创新,制度创新,市场创新。

转录组分析超表达MpICE1香蕉抗枯萎病机理

前期研究发现在香蕉中超表达大蕉(Musa spp.‘Lingchuan Dajiao’)MpICE1能显著提高香蕉抗枯萎病能力,为进一步揭示其分子机理,通过转录组对接种Foc TR4前0 d和接种后7、14 d的野生型和超表达MpICE1香蕉(Musa spp.‘Brazil’)的根部中差异表达基因进行分析。结果表明,在接种前超表达MpICE1香蕉可诱导一系列基因的高表达,且这些高表达的基因富集在苯丙烷合成、黄酮合成、ABC转运蛋白、MAPK信号传导和戊糖、葡萄糖醛酸转换等途径中,与细胞壁结构和功能相关。MpICE1的超表达可能会增强香蕉的基础免疫反应,从而对Foc TR4的抗性增强。另外,接种Foc TR4后,超表达MpICE1香蕉接种前0 d高表达的大部分基因表达量开始下降,到7 d时达到相对稳定的状态。对差异表达基因进一步分析发现,编码12–氧–植物二烯酸还原酶的基因(Ma06_g18840)可能是MpICE1的靶基因,且其表达量受MpICE1的抑制,与氧化脂质(JA和OPDA)代谢相关,可能通过JA或OPDA信号途径调节根部细胞壁结构。泛素碳端水解酶(Ubiquitin carboxyl-terminal hydrolase 36/42)也受MpICE1的影响,但具体的作用机制需进一步研究。

香蕉TCP全基因家族的鉴定及表达模式分析

TCP(Teosinte branched I,Cycloidea,Proliferating Cell Factors 1和2)基因家族是植物特有的转录因子。在植物生长发育过程中具有重要的调控作用。本研究基于香蕉基因组数据,利用生物信息学方法从香蕉基因组中鉴定出了48个TCP家族基因,基于生物信息学进行分析,并利用RT-qPCR分析该基因家族在巴西蕉不同营养器官、生殖器官和果实发育的不同阶段及果实采后催熟过程中的表达情况。结果表明,香蕉MaTCP家族蛋白分子量在4.86~5.11 kD之间,48个TCP基因可以分为ClassⅠ和ClassⅡ两类,香蕉MaTCP基因结构较为简单,内含子数目较少,大部分基因含有相同的motif 1。顺式元件分析发现,香蕉TCP家族基因的启动子序列中含多个非生物胁迫响应元件。qPCR结果表明,MaTCP22和MaTCP35在香蕉叶片高表达,MaTCP32在香蕉雌性器中高表达,MaTCP4、MaTCP6和MaTCP7在香蕉发育过程的果实中高表达。本研究结果为进一步研究该类基因的功能提供了重要线索和依据,并为了解香蕉生长发育和果实采后催熟过程中的分子机制提供了提供数据参考。

香蕉对尖孢镰刀菌热带4号小种的抗性评价方法的建立

为了准确快速地评价香蕉对枯萎病病原菌尖孢镰刀菌古巴专化型（Fusarium oxysporum f.sp.cubense）热带4号小种（Tropical race 4,Foc TR4）的抗性,在温室条件下以浸根法和改良的灌根法将Foc TR4接种至不同抗性的香蕉品种,比较分析接种后香蕉的发病情况,并检测了两个Foc TR4的特异引物的扩增效率,以完善评价方法。结果显示,利用两种方法接种都能体现香蕉的抗性,但改良的灌根法在孢子浓度为1×10^4时的接种效果最好,接种后各品种发病情况与品种本身的实际抗性最为接近。特异引物Foc TR4 F/R的扩增效率较高,1次和2次PCR分别能有效检测发病等级为3和1以上的香蕉球茎。

香蕉不同组织的基因组DNA制备方法的比较

本研究以香蕉的叶、假茎、根、果皮、果肉为材料,比较了CTAB常规法及其3种改良法、SDS法、SDS结合蛋白酶裂解法、改良尿素法、氯化苄法等方法提取基因组DNA的效果,以期筛选出通用性高、操作简便的基因组DNA制备方法。结果表明:氯化苄法不仅能够有效地从叶片、假茎、根系和果肉中提取到高质量的基因组DNA,也适合从果皮中提取少量DNA,其中提取液中添加600μL氯化苄的浓度处理效果最好;尽管CTAB常规法及其改良法能有效地从叶片中提取DNA,但对其他组织部位的提取效果较氯化苄法差;SDS法、SDS结合蛋白酶裂解法和改良尿素法的提取叶片DNA的效果较CTAB法差,也不能从根系和果皮、果肉中提取到高质量DNA。此外,PCR扩增试验结果表明,氯化苄法能满足后续的基于ITS的分子标记鉴定研究。