基于蔗糖代谢基因多态性的甘蔗基因型遗传多样性

【目的】探讨利用基于蔗糖代谢酶基因多态性的目标区域扩增多态性(target region amplification polymorphism,TRAP)标记进行甘蔗遗传多样性、遗传距离及遗传距离与糖分表型值关联性分析的可行性。【方法】利用4个根据参与蔗糖代谢酶基因SuSy、SPS、SAI和PPDK设计的锚定引物和9个随机引物,筛选具有多态性的17对引物组合,对28个糖分性状表型不同的甘蔗基因型进行TRAP标记,通过分子标记数据,估算不同基因型蔗糖代谢基因的遗传变异和遗传距离,并进行聚类分析。【结果】共扩增出170个条带,其中109个为多态性条带,多态性比率为64.1%,平均每个引物组合产生10个条带,6.4个多态性条带。在所测试的28个甘蔗基因型中,基于蔗糖代谢酶基因多态性所估计的遗传相异系数(genetic dissimilarity,GD)为0.12—0.80。基于GD的UPGMA聚类结果显示,在GD=0.49处,供试基因型可被划分为4类,但就所采集的特定时期的锤度数据而言,类间和类内的锤度表型值没有明显的规律。【结论】甘蔗不同基因型间4个蔗糖代谢酶基因遗传变异较高,多态性丰富,暗示TRAP技术在评价甘蔗蔗糖分性状方面具有应用潜力,但与锤度表型值数据的关联性还有待进一步研究。

紫花苜蓿对轮作水稻产量和蔗糖代谢的影响

紫花苜蓿与水稻轮作具有改善稻田质量和增加水稻产量的作用,但苜蓿促进水稻增产的生理机制尚不清晰。试验设置种植黑麦草土+NPK基肥+尿素追肥(PRS)、种植苜蓿土+NPK基肥+尿素追肥(PAS)和苜蓿土+苜蓿绿肥+NPK基肥+尿素追肥(紫花苜蓿处理)3个处理。结果显示,与2个对照处理相比,紫花苜蓿处理显著提高了轮作水稻的分蘖数、生物量、籽实产量以及抽穗期叶片N、P、K含量;紫花苜蓿处理分蘖期、抽穗期和收获期的水稻净光合速率依次比PRS增加了16.99%、27.22%和40.99%,比PAS增加了16.88%、37.99%和33.51%;参与蔗糖代谢的关键基因OsAGPS1、OsAGPL1、OsMEX1、OsSPS1和OsSUS5的相对表达量在叶片(白天和夜间)和根系中明显变化,与PRS相比,5个基因在分蘖期夜间的表达量分别上调2.45、2.96、1.29、1.66和6.04倍,而白天仅OsMEX1和OsSPS1的表达量明显上调,同时,OsMEX1在抽穗期夜间和收获期明显下调;在根系中,OsAGPL1、OsMEX1和OsAGPS1在分蘖期或抽穗期明显上调表达;与此相应,分蘖期叶片的蔗糖磷酸合成酶和可溶性淀粉合成酶活性,以及新叶和叶鞘的淀粉、蔗糖和可溶性糖含量显著增加,而老叶中蔗糖和可溶性糖含量显著下降。研究结果表明紫花苜蓿通过影响轮作水稻分蘖期叶片N、P、K含量和蔗糖代谢通路关键基因的昼夜表达格局而改变淀粉、蔗糖和可溶性糖在水稻叶片和叶鞘的分配,从而促进水稻增产。

蔗糖代谢相关基因转化植株的研究进展

蔗糖代谢关键酶主要有蔗糖酶(转化酶)、蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶。本文对这些酶编码基因的转化植株的特性作了介绍,并对需进一步研究的问题进行了讨论。

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。

外源ABA对苗期低温下冬小麦蔗糖含量及其关键酶基因表达的影响

为了探讨外源ABA对苗期低温下冬小麦植株蔗糖代谢的调节作用,以抗寒性强的品种东农冬麦1号和抗寒性弱的品种济麦22为试验材料,在三叶期分别于不同温度下经ABA处理48 h后取叶片和地下茎,研究外源ABA对苗期低温下冬小麦的蔗糖含量及蔗糖代谢相关酶基因表达的影响。结果表明,外源ABA处理使低温下抗寒性强的东农冬麦1号中积累了更多的蔗糖,尤其是叶片,而在济麦22中则抑制了蔗糖的积累。4℃以上温度时,外源ABA促进了东农冬麦1号叶片和地下茎中UGP在蔗糖合成中的作用;在4℃以下低温时,外源ABA则促进了UGP在蔗糖分解中的作用。4℃以上温度时,外源ABA提高了东农冬麦1号叶片中Ta SPS基因和地下茎中Ta SAInv基因的表达,而抑制了济麦22各器官中Ta SPS基因和Ta SAInv基因的表达。此外,4℃以上温度时,外源ABA抑制了两个小麦品种各器官中Ta SS基因的表达。表明抗寒性强的东农冬麦1号对外源ABA可能更加敏感,其蔗糖合成能力的提高将有利于冬小麦植株抵御低温,进而维持植株的存活。

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。