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.

油棕属棕榈科多年生木本油料作物,果实含油量高达50%,且单位面积产油量高,享有"世界油王"美誉.油棕果实由外果皮、中果皮、内果皮(种壳)、种子四个部分组成,产油部分主要是中果皮和种子,其中种壳厚度是影响果实含油量的重要因素.SHELL基因控制种壳厚度,是一类MADS?box同源基因,SHELL基因在厚壳种和无壳种中的变异主要是第一个外显子上的两个SNP位点.该研究根据两个SNP 位点进行特异标记开发,根据已知的油棕SHELL基因的序列,设计了4对SNP引物.4对SNP引物以2个SNP 位点设计,每个SNP位点设计2对SNP标记,并均在引物3′端第二位引入强错配碱基.以2份薄壳种油棕材料和2份厚壳种油棕材料DNA为模板,扩增筛选油棕SHELL基因SNP 引物.通过 PCR扩增发现,设计的SHELL基因特异SNP标记EgSh(N)?f/EgSh(SNP)?2r能够鉴别油棕厚壳种和薄壳种.再用24株油棕树进行特异性验证,发现该标记能较准确地判断油棕的厚薄壳.该研究结果表明 SNP 标记 EgSh(N)?f/EgSh (SNP)?2r可用来进行油棕种质资源早期分子鉴定,为高产油棕品种选育提供了技术支撑.

小麦返白系是从小麦矮变1号中发现的天然突变体, 为了研究其"白化-复绿"的分子机制, 本研究以返白系FA85为材料, 在前期蛋白质组学研究的基础上, 采用RT-PCR技术, 扩增小麦返白系HSP70基因, 命名为TafHSP70 (GenBank, 登录号为FJ830847), 并对其蛋白质结构、序列相似性、系统进化等进行了分析研究.结果表明:小麦返白系TafHSP70的cDNA序列长度为1 272 bp, 编码423个氨基酸, TafHSP70蛋白的分子质量为45 137.91 k D, 理论等电点为4.94, α-螺旋和无规则卷曲是TafHSP70蛋白的主要组成部分, 为弱酸性蛋白.Blastn比对和MEGA5.0软件分析表明, 小麦返白系TafHSP70与节节麦的序列相似性最高, 达到98％.系统进化树结果也显示, 返白系不但与节节麦、二穗短柄草、大麦等禾本科植物聚为一支, 而且与非禾本科的油棕、海枣、莲等也具有较高的同源性, 说明HSP70具有较高的保守性.本研究有助于深入探讨HSP70的功能以及最终解析返白系的分子机制.

目的 对卷叶贝母Fritillaria cirrhosa中参与生物碱合成的关键酶环阿屯醇合成酶(cycloartenol synthase,CAS)基因进行克隆,并对其进行生物信息学和表达分析.方法 基于转录组测序结果,通过PCR技术克隆卷叶贝母CAS基因(FcCAS)开放阅读框(open reading frame,ORF)序列,并基于在线工具对cDNA序列进行生物信息学分析.通过荧光定量(qRT-PCR)手段检测FcCAS在野生鳞茎与愈伤组织(通过激素组合刺激获得的组织培养物)中的表达情况并测定总生物碱的含量.结果 FcCAS编码区ORF长为2 271 bp,编码756个氨基酸,并与NCBI上公布的天门冬、芭蕉、油棕等植物CAS蛋白的相似性达80％以上;qRT-PCR与总生物碱含量测定实验表明FcCAS的表达水平与总生物碱含量的变化趋势一致,都是愈伤组织高于野生鳞茎.结论 FcCAS在不同组织状态下表达量差异较大,FcCAS是一个有生物学功能的蛋白质,受激素组合诱导表达,为进一步研究CAS对卷叶贝母生物碱含量的影响和表达调控奠定基础.

以油棕(Elaeis guineensis Jacq.)叶片基因组DNA为模板,克隆获得长度为1035 bp的二酰甘油酰基转移酶基因(DGAT2)的启动子区序列.序列分析结果表明,DGA T2基因启动子含有大量光反应元件、激素响应元件及部分转录因子结合位点.本研究同时构建了DGA T2基因启动子和GUS基因植物融合表达载体,通过蘸花法侵染拟南芥(Arabidopsis thaliana L.),并对转基因拟南芥中GUS基因表达的特异性进行了分析.结果显示,GUS基因在拟南芥各组织中均有表达,但没有明显的组织特异性;荧光定量PCR分析结果表明DGAT2在油棕不同器官中的转录水平存在明显差异.

该研究以葡萄风信子(Muscari ameniacum)'亚美尼亚'为试材,克隆了花青素合成途径过程中的类黄酮糖基转移酶基因MaGT1(GenBank登录号MK652470).该基因开放阅读框全长1338 bp,编码445个氨基酸,预测蛋白分子量为49.301 kD,理论等电点为5.40.结构分析显示,MaGT1蛋白具有PSPG保守结构域、UDP-糖基转移酶家族结构域和UDP-葡萄糖醛酸基/葡萄糖基转移酶保守域(UDPGT).进化分析表明,MaGT1蛋白与油棕、海枣、葡萄亲缘关系相近,聚类于类黄酮糖苷糖基转移酶类分支,以UDP-葡萄糖/鼠李糖为主要糖供体.花青苷含量测定显示,花青苷仅在葡萄风信子着色的花中积累,在根、鳞茎和叶以及未着色的花蕾(S1)中几乎检测不到花青苷,且随着花的发育,花青苷含量不断增加,并在衰败期(S5)达到最高.荧光定量PCR分析表明,MaGT1基因的表达具有显著的时空特异性,并在花中优势表达,而在根、鳞茎和叶片中微量表达;在花发育不同阶段,MaGT1基因的表达量随着花发育不断增加,并在盛花期达到峰值.研究表明,MaGT1蛋白催化反应是花青素合成途径中的重要修饰步骤.该研究结果为进一步分析MaGT1基因在葡萄风信子花青素合成和调控中的功能提供了依据.

狭长孢灵芝Ganoderma boninense是最重要的木生真菌之一,主要分布于热带地区,在马来西亚和印度尼西亚是油棕榈树的严重病原菌.本研究以分离自马来西亚雪兰莪州而榄的油棕榈种植园中,生长于油棕榈活树基部狭长孢灵芝子实体的3株菌株为材料,对其抗氧化活性进行了评估.在液体培养的第2、4、6、8、10和12天分别取菌丝体和发酵液,测定菌丝体生物量及发酵上清液中粗多糖、多酚、黄酮和抗坏血酸的含量,并对发酵上清液的相关抗氧化性能指标进行了分析.3个菌株的发酵上清液均表明狭长孢灵芝具有良好的抗氧化活性,但不同菌株在某些次级代谢产物含量和抗氧化指标上表现出强弱程度及出现时间的差异.狭长孢灵芝的多糖和多酚含量以及铁离子还原能力均优于另外两个重要的药用木生真菌,即灵芝Ganoderma lingzhi和栎生桑黄Sanghuangporus quercicola.本研究表明狭长孢灵芝具有开展人工栽培和进行更多药用研究的价值.

二疣犀甲是危害椰子、油棕等木本油料作物的重要害虫,本文从形态学、生物学、分布及危害等不同方面对该虫进行了阐述,并对其风险性进行了定性定量评价,结果表明:二疣犀甲的R值为2.0,属于高风险有害生物.同时从生物防治、物理防治、化学防治、农事操作及检验检疫技术的应用等方面制定了二疣犀甲的综合防控策略,为该虫的危害评价和防护技术的制定提供了参考.

该研究从NCBI网站下载油棕全基因组序列信息,从The Arabidopsis Information Resource(TAIR)数据库中下载得到拟南芥WRKY转录因子序列,并在油棕基因组数据库中进行BLAST同源序列比对分析,通过NCBI在线工具CDD和PFAM数据库进行蛋白结构与分析,剔除无WRKY结构域的系列,利用生物信息学方法对油棕WRKY转录因子进行分析及功能预测.结果表明:(1)从油棕基因组数据库中发掘WRKY转录因子95个,该WRKY转录因子蛋白质所编码氨基酸大小为116～1303 bp,95个均为亲水性蛋白,总体为不稳定蛋白(EgWRKY25和EgWRKY56除外),60个蛋白以α-螺旋为主要二级结构元件,35个以无规卷曲为主要二级结构元件.(2)保守结构域系统进化树结果表明,油棕WRKY转录因子家族蛋白主要分为三大类,即I、Ⅱ和Ⅲ类,其中I类分为I C、I N亚类,Ⅱ类分为Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc和Ⅱd亚类.(3)内含子和外显子结构显示,EgWRKY基因结构进化高度保守.以上结果为油棕WRKY转录因子的挖掘、功能分析及分子生物学研究奠定了基础,同时为分子育种和遗传改良提供了参考.

以切花百合(Lilium brownii var.viridulum)'卡瓦纳'cDNA为模板,克隆了过氧化氢酶(LbCAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(LbGPX)基因.序列分析表明,这2个基因分别包含1479 bp和519 bp的开放阅读框(ORF),编码492个和172个氨基酸.进化分析结果表明,LbCAT蛋白与岷江百合CAT蛋白的氨基酸序列相似性最高(99.19％),且亲缘关系最近;LbGPX蛋白与油棕GPX蛋白的氨基酸序列相似性最高(78.61％),亲缘关系最近.qRT-PCR结果显示,LbCAT和LbGPX在百合根、鳞茎、叶和花中都有表达.LbCAT在叶中表达量最高,LbGPX在花中表达量最高.这2个基因在百合花蕾的生长发育过程中均有表达,且表达量逐渐增加;在PEG处理后2个基因的转录水平升高,但独角金内酯(SLs)处理却显著降低了这2个基因的转录水平;该结果为百合抗逆性机理研究以及抗逆育种奠定了基础.