木薯AGPase酶活性及其同工酶位点检测

本文以3个亲缘关系较远的高产木薯品种(SC124,SC8和Arg7)为材料,对块根发育过程中的AGPase活性和淀粉含量进行了测定,并利用AGPase同工酶电泳技术(非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳)对AGPase酶活性较高时期同工酶位点进行检测,旨在分析木薯块根AGPase同工酶位点与AGPase酶活性和淀粉积累的关系。结果表明:木薯块根发育过程中AGPase酶活性和淀粉含量呈极显著正相关(R=0.80212),Arg7的AGPase酶活性和淀粉含量在块根发育都显著高于SC124和SC8。同工酶分析表明,木薯至少有6个同工酶位点(AGPa,AGPb,AGPc,AGPd,AGPe和AGPf),且品种间具有多态性。其中,3个品种共有的4个同工酶位点分别为AGPa、AGPc、AGPd和AGPf,AGPe位点只在Arg7中出现,初步判断同工酶位点AGPe可能与其较高的酶活性和淀粉含量有关。本研究为系统研究木薯品种间AGPase酶活性与淀粉积累的关系提供了参考。

木薯AGPase基因家族的生物信息学及其表达分析

【目的】搜索鉴定木薯腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)的基因家族成员,并分析其生物学信息及不同组织和非生物胁迫下的表达情况,为木薯AGPase基因的功能挖掘及淀粉性状遗传改良提供理论依据。【方法】从木薯基因组数据库(Phytozome)下载木薯全基因组序列,从中筛选含NTP_transferase(Pfam编号PF00483)保守结构域序列的AGPase基因家族成员,利用生物信息学方法对其结构特征及编码蛋白序列进行分析。基于NCBI转录组测序(RNA-seq)数据,对木薯AGPase基因家族成员在不同组织及冷害和干旱胁迫下的表达模式进行分析。【结果】从木薯全基因组序列中共鉴定出9个AGPase基因家族成员,包含6个AGPase大亚基(LS)基因和3个小亚基(SS)基因。6个LS基因在长度和编码氨基酸数目上差异明显,但3个SS基因间的差异不明显。LS基因外显子数目为8～15个,SS基因外显子数目均为9个。9个木薯AGPase基因家族成员分布于8条染色体和1个scalefold中,未在染色体上发现串联成簇分布现象。木薯AGPase基因家族启动子区域含有多个干旱响应元件、光响应元件、激素响应元件及多种除干旱外的其他非生物胁迫响应元件。9个AGPase基因家族成员在不同木薯组织间的表达模式具有组织特异性。经冷害胁迫后,除MeAGL1.3基因外,其余8个基因表达量均极显著(P<0.01,下同)或显著(P<0.05,下同)下调;经干旱胁迫后,MeAGL1.4、MeAGS1.1、MeAGS1.2和MeAGS2基因表达量极显著或显著下调,MeAGL1.3基因的表达量显著上调,其余基因与对照无显著差异(P>0.05)。【结论】木薯AGPase基因家族成员具有保守的基因结构和功能结构域,其表达具有组织特异性,大多数成员表达水平受冷害和干旱胁迫调控。

AGPase反义基因转化番茄研究

将含有魔芋AGPase反义基因的质粒pBAGP通过冻融法转化到根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)菌株LBA4404中,再采用叶盘法将其转化进番茄(Lycopersicon esculentumMill.)栽培品种"合作908"中,获得含AGPase基因的番茄抗性植株。最后,经卡那抗性鉴定、NPTⅡ基因和AGPase基因PCR扩增和PCR-Southern杂交检测表明,反义AGPase基因成功整合到番茄基因组,为番茄改良品质育种奠定了材料基础。

木薯淀粉合成关键酶AGPase小亚基基因全长克隆

【目的】克隆木薯腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)小亚基基因cDNA全长序列,为木薯高淀粉品种的分子育种提供依据。【方法】根据木薯AGPase小亚基基因已知片段设计特异性引物,以木薯根、茎、叶为材料,利用PCR及RACE克隆木薯AGPase小亚基基因cDNA全长序列。运用生物信息学方法对其核苷酸序列和推导氨基酸的理化性质、蛋白质三级结构进行系统分析。【结果】克隆获得木薯淀粉合成关键酶AGPase小亚基cDNA全长1566bp,其中包括1566bp的完整ORF,编码一个含521个氨基酸的多肽。其理论蛋白质分子量57.01kDa,等电点6.1,呈酸性。多重序列比较分析结果显示,木薯淀粉合成关键酶AGPase小亚基核苷酸序列与蓖麻、麻风树和杨树相应序列的相似性分别为87%、87%和86%。结合系统进化树分析结果推测,木薯淀粉合成关键酶AGPase小亚基在不同物种及进化过程中具有高度的保守性。蛋白三级结构分析结果表明,木薯AGPase小亚基蛋白具有15个α-螺旋、24个β-折叠和多个转角。【结论】木薯AGPase小亚基基因cDNA全长序列与蓖麻、麻风树和杨树等具有较高的同源性。

陆地棉AGPase基因家族的鉴定及表达分析

【目的】腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(adenosine diphosphate-glucose pyrophosphorylase,AGPase)是淀粉生物合成途径的限速酶,在植物“源”、“库”器官淀粉的合成与积累过程中扮演着重要角色,然而棉花中AGPase基因家族的系统研究工作尚未开展。【方法】基于已公布的陆地棉标准系TM-1基因组数据,利用生物信息学方法对陆地棉AGPase基因家族进行全基因组鉴定,并对该家族成员的理化性质、系统进化关系、基因结构、启动子区顺式作用元件进行分析。利用转录组数据和实时荧光定量聚合酶链式反应分析AGPase家族基因的组织表达特性和在非生物胁迫下的表达模式。【结果】在陆地棉基因组中,共鉴定到20个AGPase基因(GhAGP),不均匀地分布在16条染色体上。GhAGP基因包含12个大亚基基因和8个小亚基基因共2类,同一类GhAGP基因具有相似的保守基序和外显子-内含子结构。GhAGP基因启动子区含有多个与植物激素、非生物胁迫响应相关的顺式作用元件。组织表达分析结果显示,GhAGP基因具有不同的组织表达模式。非生物胁迫下的表达分析表明,多数GhAGP基因响应低温、高温、盐和干旱胁迫诱导表达,其中GhAGPL1和GhAGPL7参与棉花对多种逆境胁迫的响应。【结论】明确了陆地棉AGPase基因家族成员的分布特征、结构特征以及系统进化特征,初步揭示了该家族基因在棉花响应外界环境胁迫中的功能,可为棉花淀粉性状的遗传改良和抗逆育种提供重要的候选基因资源。

过表达AGPase编码基因对甘蓝型油菜种子淀粉含量及油脂合成的影响

为了解腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)基因的功能及其与油菜种子油脂含量变化之间的关系,通过构建2类特异启动子-基因的表达载体:pMB-DOF-Glgc(含拟南芥球形胚阶段启动子DOF及大肠杆菌AGPase突变基因Glgc 16)和pMB-Cruc-Glgc(含油菜种子特异蛋白启动子Cruc和Glgc 16),获得转基因甘蓝型油菜株系,分别在胚胎早、晚期特异过表达外源AGPase基因Glgc,拟增加油菜胚淀粉的合成,促进脂肪酸的合成,达到增加油菜种子含油量的目的。利用qPCR方法,从两组转化植株中筛选出10个单拷贝阳性株,分析不同发育时期种子淀粉和含油量。结果表明,DOF:Glgc和CruC:Glgc转化体种子淀粉含量显著增加,且增加的峰值与启动子时空特异性一致。具体表现为:从淀粉含量变化看,DOF:Glgc组和CruC:Glgc组种子平均相对淀粉含量分别从发育前期(22 DAF,开花后22 d)和发育中期(35 DAF)开始较对照增加;而对照淀粉积累峰值均出现在31 DAF,分别是9.43%和9.76%;DOF:Glgc组的峰值也出现在31 DAF,达12.33%;CruC:Glgc组出现在35 DAF,达12.92%,相反地,两组对照成熟种子平均含油量分别为40.12%和40.00%,两组转基因组则为40.35%和40.26%。测定已获得的150株转基因阳性植株的种子含油量,结果显示:DOF:Glgc组和CruC:Glgc组平均含油量分别为40.58%和40.60%,空载体转基因对照的受体材料平均含油量分别为40.30%和40.33%,种子含油量增加并不显著。综上结果提示,增加油菜胚中的淀粉含量可能无法改变最终碳流的分配从而影响种子含油量。

烟草NtAGPase基因家族的鉴定及功能解析

淀粉是重要的碳水化合物,其组成和性质直接影响着烟叶的经济价值。ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)是淀粉合成途径的关键性限速酶,但有关其基因特征、酶活性和代谢调控等在烟草中还未见详细报道。以拟南芥AtAGPase蛋白序列为索引序列,对烟草NtAGPase基因家族进行全基因组鉴定,通过Blast P比对及结构域分析,鉴定出烟草NtAGPase基因家族包含3个大亚基基因(NtLSU1、NtLSU2、NtLSU3)和一个小亚基基因(NtSSU);利用生物信息学工具对其编码蛋白序列进行解析。结果显示,Nt AGPase蛋白分子质量在57.03~58.43 ku,等电点在6.58~8.52;NtLSUs和NtSSU均定位于叶绿体上,属于质体型亚基;NtLSUs基因含有14~15个外显子,NtSSU基因仅含有9个外显子。三级结构预测结果显示,烟草Nt AGPase酶蛋白为异源四聚体,NtAGPase基因家族启动子区域含有多种与光、激素和逆境反应相关的响应元件,预示着其在光合作用、生长发育和逆境响应等过程中行使重要功能。系统进化树分析表明,烟草Nt AGPase蛋白与茄科植物马铃薯亲缘关系更近,而与模式植物拟南芥亲缘关系较远。研究结果可为进一步阐明烟草NtAGPase基因家族的功能及作用机制奠定基础。

不同温度下水稻胚乳AGPase各同工酶基因表达特征初步分析

以特青和泰国香米为材料,利用人工气候箱设置高温(日平均温度33℃)和适温(日平均温度25℃)2个温度处理,结合实时荧光定量PCR技术分析比较了水稻淀粉合成关键酶腺嘌呤-葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)7个同工酶基因AGPS1、AGPS2a、AGPS2b、AGPL1、AGPL2、AGPL3及AGPL4的表达特征。结果表明,AGPS2b、AGPL2、AGPL3等3个同工酶基因表达较强,可能是水稻胚乳中AGPase基因表达的主要形式,其中AGPL2相对表达量最高;AGPS2b、AGPL2、AGPL3在2个品种中的相对表达量均为适温处理高于高温处理,在特青胚乳中各时期2种温度处理下的相对表达量总体高于泰国香米中的相对表达量。

氮磷钾不同配比对饲用稻威优198产量及糙米蛋白含量的影响

采用田间小区试验研究“推荐配比”(N:P2O5:K2O比率为190:90:100 kg hm-2)、“高氮量配比”(N:P2O5:K2O比率为210:90:100 kg hm-2)、“低氮量配比”(N:P2O5:K2O比率为170:90:100 kg hm-2)以及“常规配比”(N:P2O5:K2O比率为216:112.5:202.5 kg hm-2)4种氮、磷、钾配比施肥对饲用稻威优198蔗糖合成酶(SUS)、腺苷二磷酸焦磷酸化酶(AGPase)、硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)以及产量和糙米蛋白质的影响。结果表明:“推荐配比”能提高不同生育时期水稻功能叶(旗叶)和粒籽中碳、氮代谢关键酶的活性,这些关键酶活性的变化显著影响水稻产量和糙米全氮以及蛋白氮的含量。统计(P0.05)结果证实“推荐配比”能提高水稻产量达到8200 kg hm-2,与“常规配比”相比产量提高了24.81%;“推荐配比”糙米全氮和蛋白氮含量分别达到22.70 g kg-1和21.98 g kg-1,与“常规配比”相比差异显著,并且其全氮和蛋白氮含量分别提高17.01%,18.38%。

小麦灌浆期子粒淀粉合成关键酶活性对不同水氮条件的响应

在盆栽条件下,以旱地小麦品种长旱58为材料,研究了3种不同施氮条件下,灌浆期两种供水处理的小麦子粒中蔗糖代谢、淀粉积累及相关酶活性的变化特征。发现干旱处理有利于小麦灌浆前中期淀粉积累,干旱能提高子粒中蔗糖合成酶(SS)、可溶性淀粉合成酶(SSS)以及腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)的活性,干旱处理会降低灌浆后期子粒中淀粉合成相关酶活性及淀粉积累。结果表明在中氮水平下,干旱处理提高了小麦灌浆前期子粒中淀粉合成相关酶的生理活性、进而促进了小麦子粒中淀粉的合成与积累。