巴西橡胶树橡胶粒子研究进展

橡胶粒子是橡胶树乳管细胞质中进行橡胶生物合成的一种特殊细胞器,其内部的主要成分橡胶烃分子,是天然橡胶的直接来源。橡胶生物合成是在橡胶粒子膜上进行的,橡胶转移酶和橡胶延长因子等是参与橡胶生物合成的重要橡胶粒子膜蛋白,它们决定着橡胶粒子的橡胶生物合成速率,并影响橡胶树胶乳产量和橡胶质量。橡胶粒子膜上存在与橡胶生物合成相关的茉莉酸和乙烯信号响应蛋白,茉莉酸、乙烯可能是通过橡胶粒子膜上的茉莉酸、乙烯信号响应蛋白对橡胶生物合成产生调控作用。从橡胶粒子的基本结构、起源和发育、橡胶粒子膜蛋白的组成和功能3个方面对橡胶粒子细胞组织学和分子生物学的研究进展进行综述,可为橡胶树产胶生理学的深入研究提供参考。

通过继代培养提高橡胶树体胚诱导频率的研究

橡胶树体胚诱导频率低、正常胚状体比例低是影响橡胶树花药培养的重要限制因子。组织切片结果显示：50d的愈伤组织生长期实际上应划分为2个阶段：0．30d为愈伤诱导阶段．30-50d为胚性表达和愈伤增殖阶段，因此本试验以30d的橡胶树花药愈伤组织为材料，通过继代培养基的正交筛选，探索通过继代培养提高橡胶树体胚分化频率的途径。试验结果显示：橡胶树初代花药愈伤组织经过优化后的继代培养基继代培养1次后．分化的胚状体是不继代培养分化胚状体数量的4．29倍．而其中正常胚状体的数量是不继代的2．4倍。继代培养基包含4种激素．以6-BA的影响最大，其次为KT。优化的愈伤继代培养基为改良MS培养基添加6-BA0．1mg／L＋KT0．3mg／L＋3，4-D0．3mg／L＋ABA0．013mg／L。与传统橡胶树花药再生体系相比，本试验增加了愈伤组织继代这一程序，并摸索了适宜的继代培养基配方．使花药再生体系更加符合实际花药培养发育的过程，以提高橡胶树胚状体分化频率．促进橡胶树体胚苗产业的发展。

橡胶树新种质产排胶特性的初步研究

我国橡胶树新种质创新利用进展缓慢,为了深入全面的鉴定橡胶树新种质,加速其利用进程,笔者采用胶乳诊断方法,测定分析了1986年定植于大田鉴定评价圃的14份橡胶树新种质与产排胶密切相关的干胶含量、干胶产量、排胶初速度、堵塞指数及胶乳硫醇、无机磷、蔗糖及镁离子含量等生理参数。结果表明,种质间存在较大差异,但不能从中直接筛选出可供直接利用的种质材料,参试材料中仅有7和12号2份种质株次干胶产量超过对照,产胶、排胶维持在较平衡的状态。因此,除采用常规的33月龄树皮解剖、试割等方法进行早期选择研究外,有必要探索新的早期预测方法。

巴西橡胶树胶乳黄色体中多酚氧化酶的活性及其橡胶粒子凝集作用的研究

橡胶粒子凝集在乳管伤口堵塞中起重要作用,研究胶乳中橡胶粒子凝集相关蛋白对于阐明乳管伤口堵塞机制具有重要的意义。对巴西橡胶树初生乳管和次生乳管胶乳黄色体中的多酚氧化酶活性进行了检测,并分析了多酚氧化酶对橡胶粒子凝集的影响。结果表明,初生乳管和次生乳管胶乳的B-乳清蛋白种类有明显差异,但B-乳清都有较高的多酚氧化酶(PPO)活性和具有明显的凝集橡胶粒子的作用。标准PPO也具有凝集橡胶粒子的效应。DTT对标准PPO的活性具有明显的抑制效果,并抑制其对橡胶粒子的凝聚作用。本研究首次证明巴西橡胶树的初生乳管和次生乳管的胶乳黄色体中都含有PPO蛋白,PPO是有效凝聚橡胶粒子的蛋白质成分之一,为深入研究乳管伤口堵塞机制奠定了基础。

系谱和聚类分析在橡胶树内珠被组织培养中应用研究

分析16种不同基因型橡胶树幼果内珠被愈伤组织诱导率、分化率;追踪参试基因型系谱;并基于25对EST-SSRs分子标记数据对其进行聚类分析,研究系谱、聚类结果与体胚发生的关系。结果表明:16种基因型的愈伤诱导率均较高,位于68.46%～100%,7个基因型愈伤组织能诱导出体细胞胚状体,其中3个基因型能够较大量诱导体细胞胚状体,其余9个基因型的愈伤组织完全不具备分化能力;具有RRIM600亲缘的基因型体胚分化能力强,具有IAN873、PB5/51、热研217亲缘的基因型体胚分化能力弱或无体胚分化能力;16种基因型的相似系数位于0.56～0.89间,在遗传距离0.73时分为5类。体胚发生结果与系谱分析结果基本吻合,与聚类分析结果吻合度不大;提示可以利用系谱分析提高橡胶树组织培养的培养基筛选效率。最后讨论分子标记应用于组织培养的研究思路。

巴西橡胶树乳管伤口堵塞物形成调节的研究进展

巴西橡胶树是天然橡胶的主要来源,割胶是从橡胶树中获取天然橡胶的唯一途径。割胶后乳管伤口堵塞物的形成使排胶速度迅速降低,产量减少。对堵塞物的形成和调控的研究不仅具有重要的理论意义,也具有重要的应用价值。本文从堵塞物对排胶的影响、堵塞物的成分、堵塞物形成和调控的相关因素等方面进行了综述,为橡胶树排胶生理学的深入研究提供参考。

巴西橡胶树花药体细胞胚形成中乳管分化的研究

培育数量多、质量好的体细胞胚是当前巴西橡胶树花药组织培养的主要研究目标,而对于体细胞胚发育过程中是否有乳管分化目前尚不清楚。以不同发育阶段的正常体细胞胚以及不同形态的畸形胚为材料,对它们的乳管分化情况进行了研究。结果表明,球形胚、心形胚和鱼雷胚中都没有乳管分化,最早出现可辨识的乳管是早期子叶胚,而不同形态的畸形胚都有乳管分化。本研究为深入研究乳管分化的机制提供了基础。

一种测定巴西橡胶树胶乳中过氧化氢含量及其在胶乳各组分中分布的方法研究

胶乳活性氧产生与清除失衡是导致橡胶树发生死皮的一个重要因素。由于直接用丙酮提取胶乳中的过氧化氢,存在测定结果重复性不好和准确性不高的问题。笔者在加入丙酮前使用不同提取液对胶乳样品进行预处理,在加入丙酮后使用萃取剂,建立了一种适合测定胶乳中过氧化氢的方法,发现胶乳中的过氧化氢主要分布于C-乳清和黄色体组分,为进一步研究橡胶树乳管活性氧代谢打下良好基础。

巴西橡胶树乳管细胞HbSKP1基因克隆及原核表达

SKP1蛋白是茉莉酸信号途径关键环节之一的SCFCOI1复合体的成员,在CUL1和COI1之间起连接作用。本文采用RT-PCR和RACE技术,从巴西橡胶树无性系热研7-33-97的胶乳中克隆了HbSKP1基因。该基因全长778bp,含一个543bp的开放阅读框,编码180个氨基酸。生物信息学分析表明,推导的HbSKP1氨基酸序列含有SKP1家族特征性的Skp1-POZ和Skp1结构域。HbSKP1与蓖麻、毛果杨、拟南芥、油棕、啤酒花、苜蓿的SKP1类蛋白的氨基酸序列同源性分别为64%、61%、47%、47%、47%和47%。原核表达了HbSKP1-His(6)融合蛋白。本研究为进一步鉴定乳管细胞中茉莉酸途径核心环节SCFCOI1复合体打下良好基础。

pH值对巴西橡胶树胶乳β-1,3-葡聚糖酶结合黄色体膜的影响

基于黄色体内含物中的多种可溶性蛋白质以及黄色体膜在胶乳凝固中所起到的重要作用,已提出了多种阐明胶乳凝固机制的假说,但有关β-1,3-葡聚糖酶在胶乳凝固中的作用尚无报导。通过聚丙烯酰胺凝胶电泳(Tricine-SDS-PAGE)和免疫印迹技术(Western blotting),对不同pH值条件下破裂收集的黄色体内含物和膜组分中的蛋白质进行研究。结果表明,在pH5.5左右的酸性环境中,β-1,3-葡聚糖酶主要表现为可溶性蛋白质,很少结合黄色体膜;但在pH6.9左右的中性及偏碱性的环境下,大量β-1,3-葡聚糖酶结合到黄色体膜上,可溶性蛋白所占的比例很低。首次发现了β-1,3-葡聚糖酶可以结合黄色体膜,二者结合的程度明显受环境pH值的影响。该结果对于认识β-1,3-葡聚糖酶的生物功能,完善黄色体在胶乳凝固中的作用及阐明乳管堵塞机制具有重要意义。

橡胶树HbDHN1基因克隆及表达分析

采用Macroarray印迹杂交技术从本实验室构建的橡胶树机械伤害诱导的树皮抑制性差减杂交(SSH)cDNA文库中检测到1个差异表达EST。采用RT-PCR和RACE技术获得了该基因全长cDNA序列,包括124bp的5'端非编码区,337bp的3'端非编码区和1个编码224个氨基酸的开放阅读框。该cDNA编码的蛋白具有植物脱水素蛋白的特征性结构,属于SKn类脱水素蛋白,命名为HbDHN1,与其它植物的SKn类脱水素蛋白具有49.0%～68.2%的氨基酸序列同源性。RT-PCR分析表明,机械伤害对HbDHN1基因的表达没有明显影响,受伤组织的脱水显著上调该基因的表达。

巴西橡胶树肌动蛋白的原核表达及鉴定

肌动蛋白细胞骨架是橡胶树乳管伤口堵塞物的成分之一。为了研究乳管伤口末端与肌动蛋白互作的蛋白,成功构建了ACTIN基因的原核表达载体。在37℃条件下,经0.1 mmol/L IPTG诱导2 h,在E.coil BL21(DE3)中大量表达重组蛋白。该重组蛋白主要以包涵体形式存在,分子量41.7 ku。通过Ni-NTA亲和层析柱纯化了该重组蛋白,并用抗HIS标签的鼠单克隆抗体对纯化蛋白进行鉴定。本研究为揭示乳管伤口末端堵塞物形成机制打下了良好基础。

巴西橡胶树乳管高效表达焦磷酸酶基因双元表达载体的构建

巴西橡胶树橡胶生物合成过程中,焦磷酸酶(PPase)具有重要的调控作用。通过基因工程技术提高其在乳管中的表达,有可能促进橡胶的生物合成,从而提高橡胶树产量。笔者以巴西橡胶树叶片为材料提取DNA,用特异引物经PCR扩增获得了378bp的REF启动子片段,该片段序列与NCBI报道的REF序列间的同源性分别是98.68%和99.47%。以胶乳为材料提取总RNA,用特异引物经RT-PCR方法获得了2310bp的V-PPase基因片段,该片段序列与NCBI报道的V-PPase基因序列一致。然后通过酶切和连接,将REF启动子和V-PPase基因重组到植物表达载体pCAMBIA1301中,构建了含有潮霉素磷酸转移酶基因(hptⅡ)的乳管高效表达V-PPase基因的载体pC1301RV,然后用冻融法将其导入根癌农杆菌EHA105,为进一步通过转基因技术转化橡胶树奠定了基础。

一种体外检测橡胶粒子凝集技术的建立

乳管伤口堵塞是限制天然橡胶产量的直接因子,橡胶粒子的凝集在乳管伤口堵塞中起重要作用,分离鉴定橡胶粒子凝集相关蛋白对于揭示乳管伤口堵塞物形成和调节机制具有重要意义。最近,Wititsuwannakul等发明了一种染料结合法检测橡胶粒子体外凝集的技术,笔者对该技术涉及的各个环节进行优化,建立了一种简便、灵敏和重复性好的检测橡胶粒子体外凝集技术。几个关键参数为:(1)使用纯化的小橡胶粒子,适宜浓度为在600nm处的OD值为2.0～2.5;(2)用50mmol/LTris-HCl(pH7.4)配制0.5%碱性品红;(3)25℃条件下孵育30min;(4)5000r/min离心5min;(5)B乳清可作为阳性对照的蛋白质样品。该技术为进一步分离鉴定胶乳中橡胶粒子凝集相关蛋白质打下了良好基础。

苯丙氨酸解氨酶研究进展

苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL,EC4.3.1.5)广泛存在于各种植物和少数微生物中。它是连接生物初级代谢和苯丙烷类代谢、催化苯丙烷类代谢第一步反应的酶,是苯丙烷类代谢的关键酶和限速酶,也是苯丙烷类代谢途径中研究最多的酶。综述PAL的存在与分布、基本特性、在植物和微生物中的研究现状,重点介绍植物PAL的基因结构、表达特点以及基因表达调控机制,为PAL的深入研究指明了方向。

茉莉酸反应基因转录抑制因子JAZ蛋白家族研究进展

茉莉酸类物质在调节植物对逆境的反应和生长发育方面有重要作用。最近,从模式植物拟南芥中分离鉴定了茉莉酸响应基因的转录抑制因子JAZ(茉莉酸ZIM结构域蛋白)蛋白家族的12个成员,这是植物茉莉酸信号途径分子机制研究的重大进展。JAZ蛋白不仅是联系COI1和下游茉莉酸反应基因的环节,而且COI1-JAZ蛋白的相互作用导致发现活性形式的茉莉酸类物质及其受体。笔者综述了JAZ蛋白家族的结构特点、不同成员之间及其与MYC转录因子之间的相互作用,以及JAZ蛋白对茉莉酸响应基因的转录调节机制,并展望其在橡胶生物合成中的调节作用。