干旱胁迫下转基因甘薯块根膨大期水分利用效率和生理代谢特征(英文)

以转Cu/Zn-SOD和APX基因及其非转基因甘薯进行盆栽试验,在甘薯块根膨大期进行正常供水(田间最大持水量的80%)、中度缺水(田间最大持水量的60%)和重度缺水(田间最大持水量的40%)3种水分处理,分别测定转基因植株和对照植株在薯块膨大期的第20天和第70天的抗氧化酶系统、可溶性糖含量、光合系统之间的差异,以及在不同水分胁迫处理下产量和水分利用效率之间的差异。以此研究外源基因的超表达是否可以提高甘薯的产量及水分利用效率。结果显示:(1)转基因甘薯(TS)的SOD、APX活性以及可溶性糖含量均高于非转基因对照株(NT),但POD活性低于NT;TS和NT植株的APX活性、可溶性糖含量、净光合速率以及蒸腾速率均随干旱胁迫加重呈递减趋势。(2)干旱胁迫70d时,TS和NT植株光合参数均较胁迫20d时降低,且TS和NT间的净光合速率没有明显差异。(3)TS和NT两株系的块根产量在中度胁迫下最高而在重度胁迫下最低,而TS具有较高的块根产量且在重度胁迫下产量降低幅度较小。(4)TS的气孔导度和蒸腾速率显著低于NT,且TS的水分利用效率较NT更高。研究表明,Cu/Zn-SOD和APX基因可以显著增加干旱胁迫下甘薯块根膨大期的SOD、APX活性和可溶性糖含量,提高其水分利用效率,从而减轻干旱胁迫对产量的影响。

干旱和复水条件下转基因甘薯的光合特性

以转铜锌超氧化物歧化酶(Cu/Zn SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)基因甘薯(TS)及未转基因甘薯(NT)为实验材料,研究在旱后复水条件下转基因甘薯及未转基因甘薯抗氧化酶活性和光合特性变化。结果显示,连续36 h胁迫条件下,TS和NT的SOD活性都先降低后升高,但TS的SOD活性始终高于NT。胁迫至24 h时,TS的SOD活性约为NT的1.2倍,复水后二者SOD活性都下降。持续胁迫,TS的APX活性先升高后降低,NT与之相反,复水后TS和NT的APX活性都是先升高后降低,复水12 h,TS的APX活性是NT的1.5倍。水分胁迫条件下TS的膜质受伤害程度要轻于NT,胁迫24 h,复水12 h,NT的MDA含量均约为TS的1.2倍。胁迫12 h,TS和NT净光合速率都下降,继续胁迫,TS净光合速率开始上升,NT几乎保持不变,胁迫36 h,TS的净光合速率约为NT的1.5倍。复水后二者净光合速率都开始上升,复水12 h,TS净光合速率约为NT的3倍。胁迫时TS、NT胞间CO2浓度(Ci)都逐渐增大,胁迫36 h时NT胞间CO2浓度显著高于TS,是其1.4倍。实验结果表明,同时转入SOD、APX抗氧化基因后,在胁迫及复水条件下转基因甘薯的抗氧化系统可以更好地保护及修复光合机制。

干旱及复水条件下转基因甘薯抗氧化防御系统特性

以转铜锌超氧化物歧化酶(Cu/ZnSOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)基因甘薯(TS)及未转基因甘薯(NT)为实验材料,研究在旱后复水条件下转基因甘薯及未转基因甘薯抗氧化防御系统变化。结果显示,连续36h胁迫条件下,TS和NT的SOD活性都先降低后升高,但TS的SOD活性始终高于NT。胁迫至24h时,TS的SOD活性约为NT的1.2倍,复水后二者SOD活性都下降。持续胁迫时,TS的APX活性先升高后降低,NT与之相反,复水后TS和NT的APX活性都是先升高后降低,复水12h,TS的APX活性是NT1.5倍。在水分胁迫条件下,TS抗氧化物质AsA、CAR增长速度较快,复水后,TS中的AsA含量仍显著高于NT水分胁迫条件下TS的膜质受伤害程度要轻于NT,胁迫24h,复水12h,NT的MDA含量均约为TS的1.2倍。实验结果表明,同时转入SOD、APX抗氧化基因后,在胁迫及复水条件下转基因甘薯的抗氧化系统可以更好的对植株体进行保护及修复。

旱后复水条件下转基因甘薯体内脯氨酸含量变化及其抗氧化作用

以转铜锌超氧化物歧化酶（Cu/Zn SOD）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）基因甘薯（TS）及未转基因甘薯（NT）为实验材料,研究在旱后复水条件下转基因甘薯及未转基因甘薯抗氧化酶活性变化以及体内Pro含量的变化与抗氧化的关系。结果显示,连续36 h胁迫条件下,TS和NT的SOD活性都先降低后升高,但TS的SOD活性始终高于NT。复水后二者SOD活性都下降。持续胁迫时,TS的APX活性先升高后降低,NT与之相反,复水后TS和NT的APX活性都是先升高后降低,复水12 h,TS的APX活性是NT1.5倍.正常条件下和水分胁迫12 h、36 h,复水12、24 h、转基因甘薯体内Pro含量显著高于未转基因甘薯。水分胁迫条件下TS的膜质受伤害程度要轻于NT。实验结果表明,同时转入SOD、APX抗氧化基因后,在胁迫条件下,转基因甘薯可以更好的对植株体进行保护,及复水条件下转基因甘薯可以更好进行修复,抗氧化系统可以影响脯氨酸的积累。

上海科学家培育出淀粉品质改良的转基因甘薯

据中国军网2009年10月23日援引新华社上海10月23日电，由中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所主持的淀粉改良转基因甘薯新品种研究已经获得了成功，而且田间试验也收获了新型的甘薯产品，这增强了我国甘薯的育种潜力，拓宽了甘薯的应用领域。

科学家培育出具有复合病毒抗性的转基因甘薯

在南非夸祖鲁．纳塔尔省，甘薯同时感染甘薯羽状斑驳病毒（SPFMV）、甘薯萎黄缓矮病毒（SPCSV）、甘薯病毒G（SPVG）和甘薯轻型斑点病毒（SPMMV）等病毒时会导致许多复杂协同病害。夸祖鲁一纳塔尔大学的研究人员培育出了广谱抗病毒的转基因甘薯品系。

我国培育成功淀粉品质改良的转基因甘薯

我国开展的淀粉改良的转基冈甘薯培育成功并顺利收获。这项研究的主持者，中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所张鹏研究员最近向记者透露，田间试验收获的新型甘薯，是通过转基因技术改变了甘薯的淀粉品质，这将增强我国甘薯育种潜力和拓宽其应用领域。

三种转基因甘薯响应PEG-6000模拟干旱胁迫的生理性差异

干旱是农作物生长的重要影响因子。通过综合比较3种转基因甘薯对干旱胁迫响应的差异,阐明它们应对干旱胁迫的生理响应机制,为后续培育抗旱性强的甘薯品种奠定基础。在15%PEG-6000模拟的干旱胁迫条件下,分别以氧化诱导型启动子SWPA2驱动的转Cu/Zn SOD&APX基因株系、组织特异型启动子SPO驱动的转IbMYB1基因株系和组成型启动子CaMV 35S驱动下的转IbOr基因株系及其各自的野生型对照为供试材料,研究了干旱胁迫条件下3种转基因甘薯的光合指标和抗氧化酶的变化特征,明确3种基因型的抗旱机理。结果表明:随着胁迫时间的延长,3种甘薯品种的净光合速率(Pn)、叶绿素含量和类胡萝卜素含量都持续降低,但3种转基因株系比非转基因对照降幅小,其中转Cu/Zn SOD&APX基因甘薯降幅最小。3种甘薯品种的花青素含量、H2O2和MDA含量都随胁迫时间的延长呈上升趋势,但转基因株系比非转基因对照的H_(2)O_(2)和MDA含量升幅小,其中转Ib MYB1基因甘薯花青素累积约为胁迫前的2.5倍左右。干旱胁迫后,甘薯叶片中类胡罗卜素含量随胁迫时间的延长而降低,转IbOr基因株系类胡萝卜素含量显著高于对照。甘薯的抗氧化酶(SOD、POD、APX、CAT)活性随胁迫时间的延长呈先升后降的趋势,其中,转Cu/Zn SOD&APX基因株系的抗氧化酶活性升高幅度最大,抗氧化能力最强。干旱胁迫后转IbMYB1甘薯DPPH清除能力一直维持在较高水平,表明非酶促抗氧化能力较强。综合分析表明转Cu/Zn SOD&APX株系抗旱性最强,转IbMYB1基因株系次之,转IbOr基因株系抗旱性较弱。转Cu/Zn SOD&APX基因甘薯通过较强的抗氧化酶活性以减轻氧化伤害作用,从而保持较高的叶绿素含量和类胡萝卜素含量,进而维持较高的净光合速率,提高抗旱性。转IbMYB1基因株系主要通过非酶促的抗氧化剂花青素含量的提高和较强的DPPH清除能力以保护叶绿体,从而增强光合能力,提高抗旱性。而转IbOr基因株系主要通过类胡萝卜素含量的累积来清除活性氧,保护叶绿体结构,减少膜脂氧化损伤,从而提高对干旱胁迫的抗性。

甘薯转基因研究进展

甘薯是重要的粮食、饲料和工业原料作物,同时也是新型的高能源作物。综述甘薯植株再生体系的建立及转抗除草剂、抗逆、抗病毒、抗病、抗虫、品质改良等基因方面的研究进展。此外,还对转基因甘薯的发展前景作简要展望。

淀粉品质改良的转基因甘薯培育成功

最近，我国开展的淀粉改良的转基因甘薯培育成功并顺利收获。这项研究的主持者、中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所张鹏研究员向记者透露，田间试验收获的新型甘薯，是通过转基因技术改变了甘薯的淀粉品质，这将增强我国甘薯育种潜力并拓宽其应用领域。

转逆境诱导型启动子SWPA2驱动Cu/ZnSOD和APX基因甘薯(Ipomoea batatas(L.)Lam.)耐盐性

本研究以盐胁迫下逆境诱导型启动子SWPA2驱动转Cu/Zn SOD和APX基因甘薯叶片一些生理指标的变化研究转基因甘薯耐盐性。结果表明:无胁迫时,转基因甘薯叶的生理指标与未转基因植株无明显差异。相同胁迫条件下,转基因甘薯叶的超氧化物歧化酶(SOD),抗坏血酸过氧化物酶(APX),过氧化物酶(POD),过氧化氢酶(CAT)活性均高于未转基因甘薯叶,尤以100mmol/LNaCl胁迫下差异最显著;转基因植株的根长也大于未转基因植株;转基因植株的叶绿素下降幅度和MDA含量则低于未转基因植株。这说明转基因甘薯具有一定的耐盐性。因此开发种植转基因耐盐甘薯对有效利用盐渍化土地和缓解能源危机有重大的意义。

过表达IbOr基因甘薯增强抗旱性的生理机制

以超表达甘薯橙色基因(IbOr)的转基因甘薯(TS)以及非转基因甘薯(NT)为实验材料,通过15%聚乙二醇6000(PEG-6000)模拟干旱条件,研究转基因与非转基因甘薯幼苗在水分胁迫不同时间的光合系统,膜脂过氧化及抗氧化防御系统中主要指标的变化情况,探讨转基因甘薯耐旱性的生理机制。结果显示:(1)随PEG-6000胁迫时间延长,甘薯叶片的叶绿素、类胡萝卜素含量及其叶片净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率都显著降低,但转基因株系降低幅度小于非转基因植株。(2)在正常供水和水分胁迫下,超表达IbOr基因甘薯叶片中O-·2、MDA含量均低于非转基因甘薯,即转基因甘薯具有较低的活性氧水平且脂膜受损伤较小。(3)PEG-6000胁迫24h后,甘薯叶片中SOD、POD酶活性均增加,48h达到最大值,且转基因甘薯中2种酶活性显著高于非转基因甘薯。研究表明,过表达IbOr基因可以有效减轻甘薯在水分胁迫条件下受损害的程度,且可能主要通过提高甘薯的抗氧化胁迫能力来完成。

转入Cu/Zn SOD和APX基因对甘薯旱后复水的恢复作用

【目的】研究转基因与非转基因甘薯幼苗在水分胁迫不同时间及解除胁迫后,膜脂过氧化及抗氧化防御系统中主要指标的变化情况,深入探讨甘薯的耐旱性及旱后自我修复机制。【方法】以转基因甘薯(T)与非转基因甘薯(N)幼苗为材料,以150 g/L的PEG模拟干旱条件,探讨水分胁迫不同时间及复水后甘薯叶片生理指标的变化情况。【结果】(1)水分胁迫12 h,甘薯叶片相对膜透性和MDA含量增加,相对含水量(RWC)、光化学效率(Fv/Fm)下降,抗坏血酸过氧化物酶(APX)、超氧化物歧化酶(SOD)活性显著增加。水分胁迫时间延长至24和48 h,植株受到进一步损害,其中转基因甘薯植株叶片中SOD活性先升后降,APX活性变化则与之相反,而非转基因甘薯植株的SOD、APX活性变化与转基因植株的相反;在同等胁迫条件下,转基因植株叶片抗氧化酶活性的表达均远高于非转基因植株。(2)水分胁迫12 h后复水,转基因和非转基因甘薯植株RWC、相对膜透性、MDA含量等均快速恢复到对照水平;水分胁迫延长至24和48 h后复水,转基因和非转基因甘薯植株叶片相对膜透性、MDA含量均在复水初期升高,而后下降,RWC、Fv/Fm则在复水后持续上升,而抗氧化酶活性的变化略为复杂。水分胁迫24 h后复水,转基因甘薯植株SOD和APX活性均在复水初期下降,然后回升,胁迫48 h后复水,SOD和APX活性则呈先升后降再升高的双峰变化趋势;非转基因植株在水分胁迫24和48 h后复水的表现与转基因植株略有差异,且变化幅度显著低于转基因植株。【结论】在甘薯体内同时转入Cu/Zn SOD和APX基因,可以有效减轻甘薯在水分胁迫条件下受损害的程度,提高甘薯的抗氧化胁迫能力,在水分胁迫逆境解除后,也可以更快更强地进行自我修复。

渗透胁迫诱导转Cu／ZnSOD和APX基因甘薯根系差异蛋白质组学研究

【目的】利用蛋白质组学手段,研究短期渗透胁迫条件下,转Cu/Zn SOD和APX基因甘薯(T)及非转基因甘薯(NT)根系蛋白质的表达差异。【方法】以水培转Cu/Zn SOD和APX基因甘薯(T)及非转基因甘薯(NT)根系为材料,用100g/L PEG6000渗透胁迫处理24h,以未胁迫的NT为对照,提取根总蛋白,进行双向电泳分离,考染法凝胶染色,扫描凝胶图像用于软件检测。【结果】在T、NT和对照中分别检测到836,812,881个蛋白点;t测验发现,与对照相比,T和NT有34个蛋白点丰度发生1.5倍以上显著变化(P<0.05,Fold>1.5,Quality>80)。经基质辅助激光解析飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)分析,34个差异表达蛋白点中23个得到了有效鉴定。在鉴定的23个蛋白中,有10个蛋白在T和NT中共同上调或下调表达,包括ATP合酶F1β亚基、烯醇酶、26S蛋白酶体调节亚基6、ACC合成酶2等;另外13个蛋白在T和NT中表达各异,包括核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶结合蛋白β亚基和蔗糖合成酶等。【结论】10个在T和NT中共同上调或下调表达的蛋白,是甘薯应答渗透胁迫的普遍应答蛋白,反映了T和NT根系对短期渗透胁迫共同的响应机制;另外13个在T和NT中表达各异的蛋白,表明转基因使甘薯根系蛋白质在短期渗透胁迫下表现出特异的响应机制。

转10kD玉米醇溶蛋白基因甘薯蛋白质及农艺性状分析

目的:检测转10kD玉米醇溶蛋白基因甘薯蛋白质及农艺性状的变化,初步证明外源目的基因在转基因甘薯中能够表达。方法:以转基因甘薯和非转基因甘薯无菌苗及田间栽培苗为试材,对两者叶片、叶柄、茎、根不同器官醇溶性和水溶性蛋白质含量,以及田间栽培中植株农艺性状的变化作了比较研究。结果:离体培养20d转基因植株根中醇溶性蛋白质含量较对照增加了330.43%,是对照的4.30倍;田间栽培45d转基因植株叶片、茎、根中醇溶性蛋白质含量分别是对照植株的8.38倍、4.60倍、5.19倍,较对照分别高出738.30%、360.26%、418.60%;田间栽培中转基因植株的形态及生长状况分析表明,转基因植株中外源遗传物质的存在对植株生长状况影响不显著。结论:初步证实了转基因甘薯中外源目的基因能够特异表达。

翱翔在转基因木薯和甘薯的国际前沿——记上海木薯生物技术中心张鹏研究员

2009年9～10月间，新华社、科技日报、科学时报等多家媒体报道了我国成功培育了淀粉品质改良的转基因甘薯及常规杂交选育的适宜加工薯条的“泰中6号”甘薯新品种。这一佳绩是归国博士张鹏研究员主持的，来自中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所。

过表达IbMYB1基因甘薯增强了对土壤干旱胁迫的抗性

以超表达甘薯MYB1基因(Ib MYB1)的转基因甘薯(TS)以及未转基因甘薯(NT)为实验材料,在盆栽条件下对成活苗进行干旱胁迫处理,研究转基因与未转基因甘薯在干旱胁迫后,膜脂过氧化及抗氧化系统中主要指标的变化情况。结果表明,在干旱胁迫条件下,转基因甘薯花青素含量显著增加,薯块中花青素含量最高为对照的7倍;转基因和未转基因甘薯在土壤干旱条件下叶绿素含量降低;超氧阴离子(O2?ˉ)和丙二醛(MDA)含量增加,转基因甘薯的增加幅度低于未转基因甘薯;转基因甘薯超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性都高于未转基因甘薯。这些结果表明超表达Ib MYB1基因可以降低甘薯在干旱胁迫条件下受损害的程度。

过表达IbOr基因甘薯增强抗盐性的生理机制

明确转基因甘薯对盐胁迫响应的生理机制,开发种植耐盐性强甘薯对有效利用盐渍化土地和缓解能源危机具有重要的理论与实践意义.以过表达IbOr基因甘薯及其非转基因甘薯为实验材料,通过室内水培试验,研究150mmol/L NaCl胁迫不同时期甘薯叶片光合参数和抗氧化酶活性等变化规律.结果显示,随着盐胁迫时间延长,甘薯叶片中叶绿素、类胡萝卜素含量及叶片净光合速率(P_n)、气孔导度、胞间CO_2浓度、蒸腾速率都显著降低,但转基因甘薯降低幅度更小.盐胁迫3 d后,转基因甘薯叶片中O_2—·和MDA含量分别为61.23μg/g FW和22.51μmol/g FW,而非转基因植株叶片中O_2—·和MDA含量分别达到80.56μg/g FW和31.92μmol,分别是转基因甘薯的1.31和1.42倍,相比于非转基因植株,盐胁迫后转基因甘薯叶片中具有较低水平的O_2—·和MDA含量.甘薯叶片中SOD、POD和CAT的活性在胁迫后都表现出先升高后降低趋势,且转基因甘薯的酶活性显著高于非转基因甘薯.Na^+含量在盐胁迫后也显著升高,胁迫9d后,转基因和非转基因植株叶片中Na^+含量分别达到25.44 mg/g DW和35.08 mg/g DW,分别是处理前的11.47倍和14.83倍,并且转基因甘薯Na^+含量显著低于非转基因甘薯.以上结果说明盐胁迫下转基因甘薯具有较低的活性氧含量并且膜脂的损伤较小,保持了相对较高的叶绿素含量且含较高类胡萝卜素含量进而维持相对较强的光合作用;转基因甘薯抗盐性的增强很可能通过提高甘薯抗氧化胁迫的能力来实现.

甘薯几丁质酶基因IbChi的克隆及其耐盐性分析

几丁质酶基因在植物发育、抗病、抗冻、耐盐等方面都发挥着重要的作用。为了探究几丁质酶在甘薯抵御盐胁迫中的作用,本研究根据前期获得的差异表达EST序列,利用RACE方法从‘鲁薯3号’中克隆得到甘薯几丁质酶基因IbChi。该基因c DNA全长1226 bp,ORF为804 bp,编码267个氨基酸。该基因编码的蛋白质含有1条信号肽序列,并在5~27 aa位点推测有跨膜结构。生物信息学分析显示,IbChi蛋白是第Ⅰ类几丁质酶,属于糖基水解酶第19家族。氨基酸序列比对结果表明,IbChi与甘薯近缘野生种Ipomoea trilo ba(2x)同源蛋白ItlChi序列一致性为98.50%,同源性较高;进化树结果进一步显示IbChi与ItlChi亲缘关系最近。利用根癌农杆菌介导法将IbChi基因导入甘薯品种栗子香,IbChi基因的过表达显著提高了转基因甘薯植株的耐盐性。在86 mmol/L Na Cl的胁迫下,转基因植株的SOD活性、脯氨酸含量和叶绿素含量显著增加,丙二醛(MDA)含量显著降低。这些结果首次揭示了IbChi在植物耐盐性中的作用。本研究为后续甘薯IbChi耐盐分子机制研究奠定基础。