目的:利用MLPA技术结合熔解曲线法建立一种能鉴别山药及其常见混伪品的新方法.方法:以山药、参薯、木薯、番薯为研究对象,针对四个物种的matK序列分别设计MLPA特异性探针,通过DNA变性、杂交、连接、扩增及熔解反应等步骤,建立MLPA-熔解曲线鉴别体系,利用各样品熔解曲线中特异性峰(Tm值)的差异实现不同物种的鉴定.结果:27份样品中,山药Tm值为78.3 ℃,参薯Tm值为79.9℃,木薯Tm值为81.2℃,番薯Tm值为82.9℃,且相互之间没有交叉干扰.该法对山药、参薯、木薯、番薯各自单独的最低检测限为0.1 ng/μL;对相互混淆掺伪的最低有效检出率为5％.27份样品的检测结果均与测序结果一致.结论:MLPA技术结合熔解曲线法具有特异性强、灵敏度高、操作简单等优点,具有进一步推广应用的潜力.

薯类作物种类繁多,包括马铃薯、甘薯、木薯、山药、葛根等,其中,马铃薯、木薯与甘薯并称为全球三大薯类作物.薯类作为"粉粮",是重要的粮食补充,也提供了丰富的功能农产品.我国每年薯类种植面积超过1.5亿亩,薯类产业的发展事关国家粮食安全、扶贫攻坚、乡村振兴等一系列国家重大战略部署.加强薯类作物种质资源收集保护、繁殖更新、种质创新与推广利用,是推进薯类作物种业振兴和打赢种业翻身仗的基础.

植物铁蛋白(Ferritin,FER)既能存储铁,又能响应各种非生物胁迫.该研究基于全基因组水平对木薯(Manihot esculenta)的FER基因家族进行分析,结果表明,从木薯中共鉴定到4个FER基因,根据系统发育树将木薯FER基因划分为 2支,所有成员均包含Euk_Ferritin的功能结构域并位于叶绿体内.木薯FERs基因位于LG7～LG10染色体上;基因共线性分析表明,共有 3 对潜在的复制基因对,无串联重复事件;Ka/Ks值表明,MeFER同源基因经过了纯化选择;该家族含有响应激素和胁迫诱导的顺式作用元件;qRT-PCR分析表明,MeFER基因的表达具有组织特异性,MeFER4 基因响应多种胁迫,且在干旱胁迫下响应最为显著.该研究为木薯FER基因家族的功能研究奠定了基础.

[目的]作为一种喜温冷敏植物,低温严重影响小桐子的生长发育、地域分布与产量.前期工作发现12 ℃低温锻炼可显著提高小桐子的抗冷性,小桐子早期光诱导蛋白(ELIP)基因是低温高响应基因.为探究JcELIP在小桐子低温响应中的作用,全面了解JcELIP的结构、调控机制、进化关系及JcELIP与miRNAs的互作关系,也为后续小桐子抗冷分子育种提供一个重要的候选基因资源.[方法]通过RT-PCR克隆了小桐子JcELIP基因并对其进行系统的生物信息学分析,采用RT-qPCR分析JcELIP基因在根、茎、叶中及12 ℃低温锻炼过程中的表达变化,鉴定与JcELIP互作的miRNAs,进行了 12 ℃低温锻炼过程中的共表达分析.[结果]该基因完整的开放阅读框(ORF)为585 bp,编码194个氨基酸,蛋白的分子质量为2.04 kD,理论等电点为9.59,属于稳定的疏水碱性蛋白,具有3个疏水跨膜螺旋;三级结构主要由a-螺旋和无规则卷曲组成,具有叶绿素a/b结合位点.顺式作用元件预测显示JcELIP具有脱落酸等激素响应元件.进化分析显示:小桐子JcELIP与木薯MeELIP同源性最高.RT-qPCR分析显示:正常生长条件下小桐子JcELIP在根、茎、叶中的表达量无显著差异;12 ℃冷锻炼条件下JcELIP在叶中表达快速上调,48 h时其表达量达到对照组的64.8倍,表明JcELIP参与了小桐子对冷胁迫的响应与适应.基于小桐子降解组数据,鉴定到miR390-x、miR6476-x和novel-m0090-3p等8个miRNAs对JcELIP的表达具有调控作用;共表达分析结果表明在12 ℃低温锻炼过程中JcELIP的表达受miR390-x和novel-m0090-3p显著负调控.[结论]JcELIP高响应低温胁迫并与miRNAs互作,表明其在小桐子响应低温胁迫过程中发挥重要作用.

在热带地区种植的香蕉、番木瓜、甘蔗、木薯、天然橡胶、油棕等热带作物,是我国农业的重要组成部分,不仅为我们的日常生活和工农业生产提供了重要的原材料,而且为我国热带与亚热带地区的主要农业产量和经济增长做出了贡献.然而,这些作物的现代分子育种受其生物学特性和遗传复杂性的严重阻碍,多倍化、杂合性、无性繁殖、童期长和植株高大等问题导致热带作物的传统杂交育种周期长、难度大、进展慢.基因编辑技术的发展为热带作物育种带来了新途径和新机遇.CRISPR/Cas9系统介导的基因组编辑技术以其更高的靶向效率、多功能性和易用性,已被广泛应用于植物基因组编辑育种中.近年来,该技术在香蕉、木薯、天然橡胶、甘蔗等热带作物上也实现了广泛应用.本文介绍了基于CRISPR-Cas9系统的基因组编辑、CRISPR-Cas9在热带作物改良中的应用进展以及所面临的挑战和问题,同时对热带作物基因编辑育种方面提出建议,以期为后续研究提供思路,并为进一步开发应用该技术以有效改良热带作物的植物性状提供参考.

文章为优化葡萄糖氧化酶产生菌的诱变育种和发酵工艺,将桔青霉CICC 40277 作为生产菌株,通过对固、液培养基中菌种的生长和产酶活力进行比较,选取木薯叶为培养基质,经固体培养活化后,菌株的产酶活力最高达到66.48 U/g.然后采用2-脱氧-D-葡萄糖为菌株抑制剂,以甲基红为指示剂设计了一种高效、简便的筛选方法.通过紫外诱变育种,最终筛选得到一株高产菌株Uv-7,其产酶活力达到79.76 U/g,比原始菌株提高了20%.采用单因素试验对Uv-7菌株产葡萄糖氧化酶的最佳菌种活化条件进行优化,得到最适条件为:培养时间 144 h、培养温度 30℃、接种量 20%(V/V);最适培养基组分为:以 5.5 g木薯叶为固体基质,按照 1∶1(W/V)的固液比添加盐溶液(g/L):MgSO4·7H2O 0.5、Na2HPO42.0、KCl 0.3、CaCO33.0、葡萄糖 30、酵母粉 6,当pH为 6.0时,菌株经活化后产葡萄糖氧化酶的活性提高到了101.52 U/g,与原始菌株相比提高了52.7%.

旨在研究外源ABA及其抑制剂钨酸钠(Na2WO4)对木薯块根类胡萝卜素相关基因和蛋白的影响.以木薯品种华南9号(Manihot esculenta Crantz SC9)为材料,HPLC测定块根β-胡萝卜素;Western blot分析相关蛋白表达量;QPCR分析相关基因表达量.结果显示,外源ABA及钨酸钠能提高块根β-胡萝卜素的含量;其中外源ABA与钨酸钠都提高了类胡萝卜素合成途径基因PSY2与LCYB表达,并抑制降解相关的ZEP与NCED3基因的表达,从而能够在转录水平的变化上解释β-胡萝卜素含量的变化,且LCYB与ZEP在转录与翻译水平具有一致性;与质体相关PAP1基因和FBN1a在处理下上调表达在一定程度上增加了质体小球的数量;外源ABA及钨酸钠使活性氧(ROS)相关的超氧化物歧化酶(Fe-SOD和Cu/Zn-SOD)表达量升高保护了块根中类胡萝卜素的稳定.这三者共同作用,提高了块根β-胡萝卜素的含量.

旨在揭示木薯MeTPS9基因在干旱、低温、遮荫等非生物胁迫应答中的作用.用RT-PCR的方法从木薯叶片中克隆MeTPS9基因(GenBank登录号:MF276889),用MEGA软件构建系统进化树,用DnaSP软件分析基因结构变异,用PlantCARE分析启动子元件,用荧光定量PCR技术分析MeTPS9在不同组织中以及响应不同非生物胁迫的表这特性.结果显示,从木薯中克隆了一个TPS基因MeTPS9.该基因具有2 598 bp的开放阅读框,编码865个氨基酸,含有TPS家族保守结构域.系统进化树分析表明,MeTPS9与荠菜花和拟南芥中同源基因的亲缘关系较近,序列相似性分别为76.2％和75.6％.基因结构变异发现,木薯野生种和栽培种之间共有66个突变位点,其中11个为错义突变.启动子元件分析表明,MeTPS9含有干旱相关元件MBS、低温相关元件LTR、热胁迫相关元件HSE、以及ABA相关元件ABRE.实时荧光定量PCR分析表明,MeTPS9的表达量在须根中最高,在叶片中最低.而且,MeTPS9基因的表达能被干旱、低温、和遮荫处理显著诱导.MeTPS9在转录水平对木薯干旱、低温、和遮荫胁迫起调控作用,可作为候选基因进一步研究其在木薯抗逆中的作用.

己糖激酶是植物体内催化己糖磷酸化的关键酶,参与植物的生长发育过程.前期已克隆获得了主要在木薯花中表达的己糖激酶基因MeHXK5.该研究主要利用己糖激酶酵母突变菌株YSH7.4-3C进行酵母功能互补实验,验证MeHXK5催化己糖磷酸化的功能.结果表明:转pDR195-MeHXK5载体的YSH7.4-3C酵母可以在以葡萄糖或果糖为唯一碳源的培养基中生长,表明MeHXK5能催化己糖磷酸化为酵母的生长提供碳水化合物和能量.该研究结果为进一步研究MeHXK5参与木薯的开花过程的生理功能奠定了基础.

颗粒结合型淀粉合酶(GBSSI)是植物直链淀粉合成的关键酶,主要由Wx基因编码.本研究选用51份木薯种质资源,设计引物对Wx基因进行PCR扩增后测序.通过对获得的Wx基因序列进行了遗传多态性研究,表明其具有很大的保守性.分析Wx基因的SNP分布特点显示其主要分布在第二内含子和第四内含子之间.通过生物软件分析预测其SNP产生对颗粒结合型淀粉合酶(GBSSI)的物理化学、二级结构和三维结构的影响.本研究了解了不同种质间Wx基因的差异,可为木薯的育种提供参考依据.