甘薯储藏期低温胁迫的转录组分析和关键基因挖掘

甘薯在储藏过程中受到低温冷害会大大降低甘薯的商品价值,因此研究甘薯耐低温储藏的分子机制,减少低温在甘薯储藏过程中的影响具有重要意义。本研究选取了较耐低温储藏、不耐低温储藏以及表现居中的3个甘薯品种商薯19(S19)、烟薯25(Y25)和苏薯16(S16),分别在9℃和6℃储藏35 d。提取上述处理的薯块总RNA进行转录组测序和比较分析,发现与对照相比,S19在低温储藏后的差异表达基因较少,而Y25则相反,S16居中。差异表达基因KEGG和GO分析发现,甘薯块根在低温胁迫下蛋白酶体相关基因的表达水平较高。最终,通过比较不同品种不同温度下的转录组数据,得到响应储藏期低温胁迫的候选基因Ibat.Brg.02F_G010830,该基因注释为冷胁迫响应类受体蛋白激酶。qRT-PCR验证该基因的表达与转录组数据相一致。进一步分析了该基因及其等位基因和同源基因的进化关系,并分析了该基因在不同品种中的变异。本研究将为甘薯低温储藏响应机制解析以及耐低温储藏品种的选育提供支撑。

基于比较转录组学分析菜用甘薯对重金属镉响应的分子机制

菜用甘薯由于其独特的食用部位,比其他甘薯品种具有更高的营养价值,日益严重的重金属镉(Cd)污染问题使得菜用甘薯的安全生产面临挑战,而Cd在甘薯中积累和转运的分子机制仍然未知.采用转录组测序技术研究福菜薯18号,总计获得64295个单基因的转录本,并确定了可食用部位(茎和叶)在Cd胁迫下差异表达的基因(DEGs),其中1946个在茎中差异表达,1414个在叶中差异表达.京都基因和基因组百科全书(KEGG)富集分析表明,茎和叶中的DEGs同时富集到4种生物途径中,包括苯丙烷生物合成途径、淀粉和蔗糖代谢途径、植物MAPK信号途径和氮代谢途径.另外,被注释为金属转运蛋白的一类DEGs可能参与甘薯对Cd的吸收和转运,实时荧光定量PCR结果表明,IbABCB26、IbABCF4、IbABCG6、IbNRAMP1、IbHIPP7、IbHIPP24、IbYSL1等金属转运蛋白基因的表达受Cd诱导显著上调,其功能有待进一步研究确定.这些发现将有助于进一步探明菜用甘薯中Cd积累的分子机制,并为其安全生产提供理论支持.

甘薯淀粉加工废渣生产蛋白饲料的工艺

以甘薯淀粉加工废渣为原料,研究了以酿酒酵母、产朊假丝酵母以及双菌混合培养生产菌体蛋白的工艺。结果表明:以酿酒酵母为菌种,其最佳培养条件为自然pH值、薯渣含水率75%、培养温度32℃、接种量10%、尿素1.5%、纤维素酶0.5%、异淀粉酶0.5%,薯渣中真蛋白质量分数达12.01%;以产朊假丝酵母为菌种,除尿素添加量为1%外,其利用甘薯渣生产菌体蛋白的最适培养条件与酿酒酵母一致,薯渣中真蛋白质量分数达16.36%;以酿酒酵母和产朊假丝酵母进行混合接种培养时,其最佳接种配比为1∶1,此时薯渣中真蛋白质量分数达18.08%。

甘薯热变性蛋白限制性酶解产物的乳化特性研究

采用5种酶(Alcalase 2.4L,As1.398,Neutrase,Pepsin,Trypsin)对甘薯热变性蛋白(SPHP)进行限制性酶解。将各酶解产物离心后分别取上清和沉淀测定和观察其乳化液的乳化颗粒平均粒径(D4,3)、乳化活性指数(EAI)、乳化稳定性指数(ESI)、乳化液的微观结构和表观黏度。结果显示:酶解产物上清和沉淀中蛋白的溶解度均有增加,但沉淀增加的幅度小于上清。SPHP的D4,3是71.96μm,而酶解产物上清和沉淀乳化液的D4,3均减小,且上清的D4,3小于沉淀的。在5种酶解产物中,Pepsin酶解物上清的D4,3最小,为14.94μm。SPHP酶解后上清的乳化颗粒大小较为均一,且沉淀的乳化颗粒酶解前后变化不大。SPHP的EAI为11.21m2/g,酶解产物上清和沉淀的EAI均有显著提高(P<0.05),其中Pepsin酶解物上清的EAI最高为70.32m2/g。此外,酶解产物上清和沉淀乳化液的ESI增大。与沉淀相比,5种酶解产物的上清具有较低的表观黏度,且酶解产物上清和沉淀的乳化液均呈剪切变稀的非牛顿流体特性。

氮肥对不同品种紫甘薯块根营养品质的影响

采用田间试验方法,选用6个紫甘薯品种,设3个氮素水平0,75,150kg/hm^2纯氮（分别用N0、N1、N2表示）,研究了氮肥对紫甘薯块根中花青素、可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白质、必需氨基酸及中微量元素含量的影响。结果表明,N1处理下,济黑1号、凌紫和青紫1号块根的花青素含量最高,过量的施用氮肥导致花青素含量降低。高氮处理（N2）下,紫甘薯块根可溶性糖含量显著提高,提高幅度达20.5%~43.6%。施氮处理（N1、N2）可显著提高浙紫、紫菁2号和青紫1号块根淀粉含量,而济黑1号和凌紫的淀粉含量随施氮量增加而降低。与N0相比,施氮量达到150kg/hm2宁紫2号、紫菁2号、济黑1号和青紫1号的可溶性蛋白质含量分别提高了28.9%,24.2%,28.7%和20.4%。必需氨基酸总量及各组分含量在N1处理下达到最高值,过多的施用氮肥（N2）导致其含量下降。N1处理下,浙紫和凌紫块根中的Ca、Mg元素、紫菁2号和青紫1号的Cu、Fe元素、凌紫和青紫1号中的S元素含量均显著高于N0、N2处理。高氮处理（N2）与N0相比,浙紫和宁紫2号中的B元素、紫菁2号中的Mg元素、宁紫2号和凌紫中的Cu元素显著降低。

氯化钙对甘薯蛋白乳化特性的影响

【目的】研究不同氯化钙浓度(0.05、0.10、0.15、0.20、0.25mol·L-1,pH7.0)对甘薯蛋白乳化特性的影响。【方法】分别对甘薯蛋白乳化液的乳化颗粒平均粒径(d4,3)、乳化活性指数、乳析指数、界面性质(界面吸附蛋白浓度及组成)和流变性质进行测定。【结果】添加0.05mol·L-1氯化钙后甘薯蛋白乳化活性指数由未添加氯化钙的30.3m2·g-1显著降低为27.6m2·g-1,d4,3从4.2μm增大至4.42μm(P<0.05)。然而,随着氯化钙浓度进一步升高(0.10—0.25mol·L-1),d4,3显著增大(P<0.05)而甘薯蛋白乳化活性指数变化不显著(P>0.05)。此外,添加较高浓度的氯化钙能显著地增加乳化液的乳析指数和初始表观黏度,且界面吸附蛋白的浓度也显著提高(P<0.05)。SDS-PAGE分析发现,SporaminA不易被甘薯蛋白乳化界面吸附,且乳化界面和乳化液中均存在>66kD的S-S键高分子聚合物。【结论】钙离子与甘薯蛋白结合能改变其结构,进而影响甘薯蛋白的乳化特性。

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。

甘薯G病毒外壳蛋白基因克隆与序列分析

根据已报道的甘薯G病毒(SweetpotatovirusG,SPVG)外壳蛋白基因(coatprotein,CP)序列,设计和合成了一对特异引物,采用反转录-聚合酶链式反应(Reversetranscription-polymerasechainre-action,RT-PCR)技术,从甘薯病叶总RNA中克隆到了SPVG-CPSC1和SPVG-CPSC2两个约700bp的cDNA片段。该片段与pMD18-T载体连接后转化EscherichiacoliJM109,对筛选到的阳性克隆进行序列测定与分析结果表明,该片段与已报道的甘薯G病毒外壳蛋白基因具有较高的同源性,证实获得的DNA片段是SPVG的外壳蛋白基因。两个克隆片段与埃及分离物Egypt1的序列同源性最高,核苷酸同源性分别为98.7%和89.1%,对应推导的氨基酸同源性分别为98.7%和94.8%,与中国分离物CH2的序列同源性最低,核苷酸同源性分别为87.4%和87.0%,对应推导的氨基酸同源性分别为96.6%和94.8%,而2个克隆片段之间的核苷酸以及对应推导的氨基酸序列同源性分别为89.5%和96.1%,表明SPVG具有一定的多态性。

氨基酸分析仪在菜用甘薯营养价值评估中的应用

选取生产上广泛应用的菜用型甘薯品种10种,利用国际通用的蛋白质氨基酸营养价值评价体系对其氨基酸组成模式及蛋白质营养价值进行评估、比较。结果表明,10种菜用型甘薯必需氨基酸总含量均明显高于FAO/WHO,略低于鸡蛋模式。菜用甘薯富含亮氨酸、苏氨酸,甲硫氨酸为第一限制氨基酸。不同品种菜用型甘薯蛋白质含量、氨基酸含量、必需氨基酸组成模式均有明显差异。

106份特色甘薯品种资源品质性状评价与分析

以来自不同育种单位的54份橘肉甘薯和52份紫肉甘薯品种资源为材料,测定块根中淀粉、可溶性糖、还原糖、粗蛋白、β-胡萝卜素和花青苷的含量。结果表明,橘肉甘薯的可溶性糖和还原糖含量通常高于紫肉甘薯,淀粉含量低于紫肉甘薯,粗蛋白含量与紫肉甘薯类似;橘肉甘薯的β-胡萝卜素含量为0.4~280.7μg/g,紫肉甘薯的β-胡萝卜素含量最高为31.8μg/g,花青苷含量为15.0~20.0μg/g。相关性分析结果表明,淀粉含量和可溶性糖含量、还原糖含量呈极显著负相关。基于6种营养物质的含量,分别将橘肉甘薯和紫肉甘薯品种资源聚为5个和4个类群;其中,二者均为第II类群种质资源综合品质较好。本研究结果为这些甘薯品种资源的加工利用及品种改良提供理论参考和材料基础。

甘薯及2个近缘野生种ndhA,ndhB,ycf3,atpA和rps8基因RNA编辑位点的鉴定与分析

在陆生高等植物叶绿体中,RNA编辑普遍存在.为探究甘薯属植物叶绿体RNA编辑的起源与进化及基因的转录调控,以甘薯属六倍体栽培种徐薯18以及近缘野生种三浅裂野牵牛(I.trifida)和五爪金龙(I.cairica)为材料,采用生物信息学等方法,对5个蛋白编码基因RNA编辑位点进行分析鉴定.结果共预测到分布于3个物种中5个蛋白编码基因的94个编辑位点,均为C到U的碱基替换.通过验证,共27个真实存在的RNA编辑,编辑包括碱基的缺失、插入与替换,氨基酸转变类型增加.通过比较知,甘薯与2个野生种之间RNA编辑位点的保守性较低.另外,仅徐薯18中ndhB基因编辑后编码的蛋白质跨膜结构域增加,但大部分RNA编辑对蛋白质二级结构影响不大.

甘薯解偶联蛋白基因家族鉴定与表达分析

本研究旨在鉴定和分析甘薯(Ipomonea batatas(L.)Lam)解偶联蛋白(uncoupling protein,UCPs)基因家族成员,探究其在甘薯不同组织中的表达特异性及其对低温(4℃)、高盐(NaCl)和干旱(PEG-6000)等胁迫的响应规律。结果发现,甘薯UCP(IbUCP)含有5个家族基因,分别将其命名为IbUCP1(GenBank登录号为MW753000)、IbUCP2(GenBank登录号为MW753004)、IbUCP3(GenBank登录号为MW753001)、IbUCP4(GenBank登录号为MW753002)和IbUCP5(GenBank登录号为MW753003)。预测IbUCP的理论等电点为8.53~9.86,含有261~375个的氨基酸残基;IbUCP定位于线粒体;IbUCP为亲水蛋白,又属于线粒体载体蛋白超家族的成员,其二级结构主要包括α-螺旋和无规则卷曲,这与三级结构预测结果相符;IbUCP不存在跨膜螺旋结构和信号肽;IbUCP家族成员分为5个,与三裂叶薯和牵牛花有较近的亲缘关系,具有一定的保守性;启动子预测发现,IbUCPs基因具有基本的转录元件以及一些信号响应元件、转录因子识别结合元件和逆境等响应顺式作用元件。表达分析显示,IbUCPs基因家族成员具有组织特异性,其中IbUCP4在茎中表达最高,其余IbUCPs均在块根中最高;IbUCPs基因家族成员中响应低温胁迫的有IbUCP1、IbUCP4和IbUCP5;IbUCPs基因家族对高盐胁迫均有响应;在干旱的胁迫下,IbUCP1、IbUCP4和IbUCP5均有响应,分别在不同的时间达到峰值。多种胁迫可调控IbUCPs的表达,本研究为甘薯UCP基因的功能挖掘及甘薯抗逆品种筛选提供了一定的理论依据。

高蛋白高花色苷甘薯新品种‘榕紫薯1号’创制及评价

本研究探讨了放任授粉集团杂交技术克服甘薯亲本杂交障碍、扩大自然选择范围的可行性,为快速育成超亲品系提供借鉴。以高蛋白甘薯品种‘Tis5125’为母本,以遗传背景差异大的28个品种(系)为父本经放任授粉集团杂交育成高蛋白高花色苷甘薯新品种‘榕紫薯1号’。对‘榕紫薯1号’的形态特征、农艺性状、品质性状、抗病性、生产力、适应性进行了研究。结果表明:‘榕紫薯1号’萌芽性好,全生育期生长势稳定。2011—2012年福建省甘薯区域试验平均鲜薯产量31.1739 t/hm^2;平均干物率29.35%,比对照‘金山57’高4.36个百分点;平均出粉率19.18%,比‘金山57’高3.80个百分点;食味评分81.4分,比‘金山57’高1.4分;外观评分81.2分,比‘金山57’高1.2分;鲜薯花色苷含量47.39μg/g.FW,干基粗蛋白含量7.5%;中抗蔓割病,耐贮性好。该品种于2014年通过福建省作物品种审定委员会审定(审定编号:闽审薯2014003),适合在薯瘟病较轻的平原及山地丘陵作为鲜食薯或特用淀粉加工品种栽培。

甘薯IbKFB互作蛋白的筛选及分析

甘薯(Ipomoea batatas)是一种极为重要的粮食、饲料和工业原料类块根作物。与普通甘薯相比,紫心甘薯块根中富含花青素,已成为当前功能性食品开发的热点作物。本课题组前期通过不同薯肉颜色的甘薯块根的小RNA、降解组和转录组测序以及靶向代谢组联合分析发现,Ib-miRNA2111及其候选靶基因(IbKFB)可能参与花青素生物合成调控。为了深入探究IbKFB在甘薯花青素生物合成过程中的功能和调控机理,本研究克隆了IbKFB基因,构建IbKFB的酵母双杂诱饵载体pGBKT7-IbKFB,采用酵母双杂交(Y2H)技术从甘薯cDNA文库中筛选出21个与IbKFB相互作用的候选蛋白。通过对这些蛋白进行功能注释和分析,鉴定出5个注释与花青素生物合成相关的候选蛋白,分别为IbPAL、IbSAUR50、IbERF、IbWDR11和IbGAPCp1。进一步利用Y2H回转实验和双分子荧光互补实验(BiFC)验证了IbKFB与候选蛋白相互作用的真实性。本研究可丰富甘薯花青素生物合成的分子调控网络和植物地下器官花青素代谢调控机制的认识,为花青素生物强化专用型甘薯新种质的创制提供分子理论基础和基因资源。

甘薯蛋白质含量近红外反射光谱分析模型应用研究

以71份薯叶和170份薯块根样品为材料,应用近红外光谱技术(NIRS)和偏最小二阶乘法(PLS),建立甘薯蛋白质含量近红外反射光谱分析数学模型,并对模型预测结果的准确性进行了评价。结果显示,甘薯叶和块根的蛋白质含量的近红外光谱预测模型校正决定系数(R2cal)分别为0.996和0.993,校正均方差(RMSEE)分别为0.255和0.126,内部交叉验证决定系数(R2cv)分别为0.984和0.986,均方差(RMSECV)分别为0.448和0.178。模型对样品NIR的预测值与其相应的化学值有较好的相关性,此模型可用来预测甘薯蛋白含量。在甘薯优质育种和品质分析中具有广泛的应用价值。