马铃薯淀粉酶StBAM9互作蛋白的鉴定及其互作机制分析

本实验室前期研究表明β-淀粉酶9(StBAM9)在马铃薯抗低温糖化中具有重要作用,但其并无β-淀粉酶活性。为了研究StBAM9在马铃薯抗低温糖化中的功能机制,我们构建了低温贮藏后块茎cDNA酵母双杂交文库,并以StBAM9蛋白为诱饵,对其进行了互作蛋白的筛选和分析,结果显示分别以全长StBAM9和截去转运肽的StBAM9为诱饵筛选到的候选互作蛋白中有12个是共有的。酵母双杂交结果显示有4个蛋白(StDUF842、StTPR01660、StTPR22129和StTPR45174)与StBAM9互作。进一步通过谷胱甘肽-S-转移酶融合蛋白沉降技术验证表明,其中的2个蛋白StTPR01660和StTPR4517与StBAM9互作。双分子荧光互补结果显示只有StTPR01660与StBAM9互作于淀粉粒上,而StTPR01660自身定位于细胞质。因此,我们推测StBAM9可能通过从细胞质中招募StTPR01660到淀粉粒上发挥淀粉降解的功能。

延长马铃薯种质资源低温保存条件的探究

试管苗离体保存是马铃薯目前应用最广泛的种质资源保存方法,探究延长试管苗继代周期的保存条件可以有效减少风险并降低保存成本。从实验室种质资源库中挑选了6个不同基因型的马铃薯材料,以植株状态、株高和存活率作为指标,探究不同预生根处理、保存温度、培养基蔗糖浓度和继代方式对马铃薯试管苗保存的影响,以探索广泛适用于马铃薯试管苗长期低温保存的条件。不进行预生根处理的试管苗在低温保存的第60d几乎不生长,随后死亡,说明预生根处理是试管苗低温保存的必要条件。4℃条件下试管苗的生长比7℃更缓慢,在第90d时的株高明显更小,4个材料的试管苗存活率仅为53.75%,而7℃条件下存活率为100%,说明7℃更适于不同基因型马铃薯种质资源的低温保存。8%蔗糖浓度培养基中的试管苗在第90d时的株高明显低于4%蔗糖浓度,存活率统计显示4%蔗糖浓度培养基中的试管苗在7℃保存第270d时全部死亡,8%蔗糖浓度培养基中的试管苗存活率达到61.25%,表明8%蔗糖浓度能明显延长马铃薯试管苗的低温保存时间。由此可见,可以采用8%蔗糖浓度培养基和7℃环境温度用于大部分马铃薯株系的长期低温保存。此外,探究了一种试管苗-组培盒苗交替继代培养的方法,能有效改善长势弱的种质资源的保存,将这些材料在低温保存第90 d的存活率从直接继代试管苗22.50%提高到试管苗-组培盒苗交替继代95.00%。此研究对优化马铃薯种质资源的长期保存条件具有重要的指导作用。

北方晚熟马铃薯病毒抗性鉴定及分子标记检测

病毒病等病害是中国马铃薯产业的重要限制因子。为了马铃薯病毒病等病害的防治,研究通过病毒接种鉴定了15个北方晚熟马铃薯品种(系)对马铃薯Y病毒(Potato virus Y,PVY)、马铃薯X病毒(Potato virus X,PVX)、马铃薯S病毒(Potato virus S,PVS)和马铃薯A病毒(Potato virus A,PVA)四种主要马铃薯病毒的抗性,同时检测了这些品种部分病害的相关分子标记。有10份试验材料至少对一种病毒表现出抗性,其中‘京张薯4号’‘冀张薯8号’‘冀张薯12号’‘2013-19-14’和‘2013-89-2’同时具有3种病毒抗性,表明京张薯和冀张薯系列马铃薯具有较好病毒综合抗性。标记检测结果显示,‘冀张薯8号’‘2013-38-32’和‘2013-89-2’的PVY抗性可能来源分别为Ry_(adg)、Ry_(chc)、Ry_(sto),而‘冀张薯12号’的PVX抗性可能来源于Rx1。根据标记与抗性表型的符合程度推测,上述马铃薯品种(系)的PVY抗性可能主要来源Ry_(sto),PVX抗性可能主要来源Rx1。分子标记还检测出6份材料含有马铃薯根结线虫抗性基因H1和4份材料晚疫病抗性基因R8。研究为这些抗性资源的进一步利用以及多种抗性基因的聚合育种奠定了基础。

水分胁迫对不同基因型马铃薯产量形成、光合生理特性及根系发育的影响

河北坝上地区是中国的优质马铃薯产区,但该区域干旱少雨且地下水资源开采过度,严重限制了当地马铃薯生产推广。为明确不同基因型马铃薯对水分胁迫的响应特征,在抗旱棚中人工控水条件下,以敏感品种‘夏坡蒂’对照,对品种‘京张薯1号’‘京张薯2号’‘京张薯3号’‘冀张薯8号’和‘冀张薯12号’的现蕾期干旱胁迫表型进行了评价。干旱胁迫条件下所有品种的平均单薯重和产量下降,‘京张薯1号’‘京张薯2号’和‘冀张薯12号’抗旱系数分别为0.68、0.68、0.67,属强抗旱品种;‘京张薯3号’和‘冀张薯8号’抗旱系数为0.63和0.60,属抗旱品种;‘夏坡蒂’减产严重,抗旱系数为0.45,属干旱敏感品种。干旱胁迫15 d时,‘京张薯1号’和‘夏坡蒂’净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均显著高于其他品种;干旱胁迫30 d时,‘夏坡蒂’的各项光合指标急剧降低,光合作用陷入停滞,其他抗旱品种(包括‘京张薯1号’)仍能维持一定的气孔开度和净光合速率,说明‘京张薯1号’体现出了不同于其他品种的抗旱特性。进一步的根系发育特征观测结果表明,干旱胁迫条件下‘京张薯1号’和‘冀张薯12号’根冠比明显提升,且‘京张薯1号’根冠比上升幅度更大;‘京张薯1号’和‘冀张薯12号’单株侧根数、不定根长度和侧根长度均显著高于‘夏坡蒂’,‘京张薯1号’的单株不定根数和侧根数显著高于‘冀张薯12号’。综合各指标可知,不同基因型马铃薯抗旱特征并不完全相同,其中‘京张薯1号’的抗旱能力得益于其发达的根系,而‘京张薯2号’‘京张薯3号’‘冀张薯8号’和‘冀张薯12号’的抗旱能力则更多的来源于其快速的气孔调节能力。

茄科作物基因组内源病毒元件的分析鉴定

利用6个茄科物种的35个公开基因组数据进行了茄科基因组内源性病毒元件(endogenous viralelement,EVE)的挖掘。结果发现,主要来源于花椰菜花叶病毒科(Caulimoviridae)等共17种疑似的植物EVE。其中,烟草脉明病毒(tobacco vein clearing virus,TVCV)序列以大片段的形式普遍存于几乎所有收集的茄科植物基因组中,含量大约在0.01%~0.32%,片段平均长度范围为500~2300 bp,序列数量范围为200~5000条。以马铃薯DM1-3基因组为例分析这些TVCV内源序列的分布和组成,发现内源性TVCV序列在马铃薯DM 1-3的12条染色体上分散排布,平均每条染色体上有57条序列;这些内源病毒序列与TVCV基因组比对,虽然它们无法覆盖TVCV完整基因组序列,但是能够覆盖完整的编码区。进一步通过RT-PCR和原位杂交定位,验证了TVCV在马铃薯材料中的存在和分布。