植物RuBisCO研究进展

提高光合作用效率是未来进一步提高作物产量和生物量的有效途径之一.1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase,RuBisCO)是光合碳同化过程中的关键酶,催化Ru BP与CO_(2)的羧化反应,将无机碳固定为有机碳,是提高植物光合作用效率的重要靶标.然而,RuBisCO催化速率低且底物特异性差,不能有效区分二氧化碳和氧气,因此被称为“低效率酶”.鉴于RuBisCO在光合作用过程和全球碳循环中的重要作用,以及在提升作物光合作用效率和产量方面具有广泛应用潜力,RuBisCO的遗传改造已成为光合作用领域研究的前沿热点并取得了重要进展.本文系统综述了RuBisCO的分类进化、折叠组装机制、自然变异以及响应环境变化的生理生化机制,重点介绍了RuBisCO遗传改造方面的研究进展,并对RuBisCO未来研究趋势进行了展望和讨论,以期为今后的研究提供重要借鉴和参考.

Opaque2基因对糯玉米子粒品质的影响分析

玉米Opaque2(O2)基因突变显著影响子粒胚乳中蛋白体形成、淀粉含量、氨基酸组成等,其中,赖氨酸含量提高使营养品质大幅度提升。通过回交转育的方法构建17份糯玉米o2近等基因系,对子粒表型、种皮厚度、百粒重和粗淀粉含量等性状分析。结果表明,与对照相比,16个近等基因系子粒明显皱缩、胚乳变为粉质,6个近等基因系种皮厚度增加,11个近等基因系百粒重显著降低,12个近等基因系子粒粗淀粉含量显著降低。由此表明,o2基因的导入对糯玉米子粒表型、产量、淀粉含量等主要起负调控作用,影响程度与导入背景密切相关。

基于RNA-Seq技术的o2胚乳差异表达分析

Opaque2(O2)转录因子在玉米胚乳的发育进程中起重要作用。o2突变体中赖氨酸含量增加,玉米品质提高,但在很多农艺性状上表现较差。以授粉后18 d的玉米胚乳为材料,使用RNA测序(RNA-Seq)技术筛选到3 051个差异表达基因(DEGs)。通过GO和KEGG富集分析发现,DEGs覆盖了物质跨膜运输、次生代谢物的生物合成、植物激素信号转导、脂质代谢、氮代谢等多方面的功能。由此推测,O2是玉米胚乳发育过程中多种代谢途径的关键性调节因子。

玉米opaque2突变体子粒表型及营养成分分析

通过回交转育构建o2突变型的近等基因系CAL58/o2,对其子粒进行扫描电镜和透射电镜观察,发现与CAL58相比,CAL58/o2中淀粉颗粒排列松散,形状更加规则,CAL58/o2子粒中蛋白体体积变小。分析子粒的营养成分,CAL58/o2赖氨酸含量极显著提高了55.88%,氨基酸总量显著减少9.79%,粗蛋白显著减少8.86%,粗脂肪显著增加30.96%,粗淀粉显著增加5.87%。同时,提取成熟子粒醇溶蛋白进行比较,CAL58/o2子粒的α、β-醇溶蛋白含量明显降低,γ-醇溶蛋白含量增加。