徐建飞, 金黎平[1]2017年在《马铃薯遗传育种研究:现状与展望》文中研究说明马铃薯是世界第叁大粮食作物,马铃薯产业的可持续发展对保障世界和中国的粮食安全具有重要意义。优良品种是支撑马铃薯产业发展的基础。马铃薯经常遭受病虫害的侵袭和非生物胁迫,加工业的迅速发展和人们对食物营养的重视,迫切需要选育出更抗病、更耐逆、更高产、更优质和专用的马铃薯新品种。培育一个优良马铃薯品种,种质资源是基础,重要性状的遗传学是理论指导,先进的育种技术是保障,完善的推广和栽培模式是支撑。世界范围内,保存了大约65 000份马铃薯种质资源,通过对种质资源抗病、抗逆和品质方面的系统评价,并应用多种资源利用技术,将叁大类约17个野生种的种质导入到普通栽培种中,应用于育种和遗传学研究。利用纯合双单倍体材料作为测序对象,马铃薯基因组序列已经被揭示,预测出了39 031个蛋白编码基因,目前更多的种质资源正在被重测序以揭示更多的等位变异。马铃薯普通栽培品种是无性繁殖四倍体作物,具有四体遗传特性,尽管如此,许多植株发育和形态、块茎品质和抗病抗逆等重要性状的遗传特性基本明确,并定位和克隆了大量重要性状相关基因。目前,马铃薯育种技术主要涵盖传统育种技术、倍性育种技术、标记辅助选择育种技术、基因工程育种技术和新兴的基因组选择育种技术。中国马铃薯遗传育种研究队伍不断壮大,品种选育取得了重大进展。荷兰马铃薯遗传育种水平居于世界前列,合作育种模式推动了商业化育种。不断完善马铃薯综合育种技术,创新育种模式和机制,充分利用现有种质资源培育突破性、专用型品种将是未来马铃薯遗传育种发展的主要方向。
乔岩[2]2017年在《马铃薯光诱导糖苷生物碱代谢相关miRNAs的鉴定与功能分析》文中指出糖苷生物碱(steroidal glycoalkaloids,SGAs)是茄科植物(Solonum)和某些百合科(Liliaceae)植物中存在的一类次生代谢物,具有抑制病原微生物侵袭、拒避昆虫采食、抗渗透胁迫和化感效应,但马铃薯(Solonum tuberosum L.)块茎中SGAs含量较多时会影响到食用风味和安全性。因此,培育叶片中SGAs含量高而块茎中含量低的品种(系),对于提高马铃薯的抗逆性并满足食用安全性至关重要。马铃薯SGAs的合成是一个复杂的代谢网络体系,相关酶基因呈共表达趋势,且在染色体上成簇分布,但目前对SGAs合成代谢相关miRNA的调控机制尚不清楚。鉴于红光诱导可以显着地提高SGAs合成积累,本研究以红光诱导/暗处理的马铃薯普通栽培种和野生种二倍体种恰柯薯(Solanum chacoense)为材料,进行小RNA、转录组和降解组测序,分析光诱导下的miRNAs及作用靶标,确定涉及SGAs代谢途径的miRNAs,并通过绿色组织过表达重要miRNA,以鉴定其对SGAs的调控作用。主要研究结果如下:1.在马铃薯普通栽培种(S.tuberosum,2n=4X=48)中,共鉴定出277个已知miRNAs和120个新miRNAs;红光诱导下,分别有31个(叶片)和48个(块茎)miRNAs发生差异化的表达。转录组分析表明,在叶片和块茎中,分别有1353个和1841个DEGs上调,有1595个和897个DEGs下调。q RT-PCR检测表明,小RNA高通量测序和转录组测序数据良好。2.在块茎中光敏感型基因GO功能富集表明,生物过程涉及到次生代谢、杂环化合物的生物合成、四吡咯的代谢、叶绿素II和倍半萜类物质的合成。Mapman功能分析表明,在叶片和块茎中涉及主要碳水化合物代谢的基因表达量显着下降,而涉及次生代谢的基因表达量明显上调,特别是催化SGAs合成代谢(甲瓦龙酸/类异戊二烯代谢途径)第一阶段的相关酶基因明显增多和上调。叶片和块茎中与生物碱代谢相关的ORCA和b HLH转录因子明显上调;两类次生代谢相关的酶家族(CYP450酶、UDP-糖基转移酶)成员在叶片和块茎中差异化表达明显。3.miRNAs-m RNAs整合分析表明,在叶片和块茎中分别有41对和73对负向调节的miRNA/m RNA受红光调节。其中,叶片中靶基因生物功能富集涉及葡聚糖的分解代谢、茉莉酸介导信号转导和UMP补救合成;块茎靶基因则涉及碳水化合物的代谢、NAD(P)H脱氢酶复合物的组装、糖介导的信号转导途径和非编码RNA的加工。整合分析表明,叶片miRNAs可靶向生物碱合成的b ZIP和b HLH转录因子,而上调的miR482b-3p可靶向uk激酶(能增加SGT2底物—配糖基供体UDP-葡萄糖);miR479则靶向糖苷生物碱合成的CYP450酶(CYP71D7)。4.恰柯薯(S.chacoense,2n=2X=24)是一SGAs含量高,能分离出抗虫、抗病和抗逆基因的二倍体野生种。对红光诱导下的块茎sRNA高通量测序,共鉴定出Group 1的187个已知miRNAs和163个p5/p3 miRNAs,Group 2的204个已知miRNAs和220个p5/p3 miRNAs;共有337个新的miRNAs。其中,有24个高度保守miRNA家族,最大的是miR156。k-means聚类结果表明,恰柯薯光诱导下的miRNAs可划分为9个类群(k1-k9),共呈现出持续上调(k2,k3,k4,k5)、持续下调(k1,k8,k9)、早期上调(k6)和早期下调(k7)四种表达模式,表明光可以动态调控特定miRNAs,这类miRNAs则涉及多种生物学功能和代谢过程。5.降解组测序共检测到恰柯薯miRNAs的1319条特有转录本。靶基因GO功能富集表明,在红光诱导下,更多的miRNAs靶基因的GO功能被富集到TD24(红光持续照射24 h)和TD72(红光持续照射72 h)降解组文库;在TD24文库中,miRNAs生物功能主要富集到细胞凋亡、双信号转导系统、防卫反应和染色质重塑;而在TD72文库中,miRNAs则富集到细胞凋亡、钾离子转运、核黄素的生物合成过程和甾类化合物的代谢。6.sRNA与降解组测序联合分析表明,光敏感型miRNAs可操纵与逆境胁迫相关的MYB4转录因子、热休克蛋白(HSPs)及与ROS调节有关的EBF1/EBF2基因表达量,以实现对逆境的交叉适应性。此外,光敏感型miRNAs可参与植物初生及次生代谢调控。其中,miR390和miR8175异构体能靶向调控四吡咯类物质合成的CPO I氧化酶和CHLP还原酶;miR8033异构体能靶向调控黄酮类物质合成的MYB4转录因子。进一步研究发现,光敏感型miRNAs能调控SGAs合成相关基因。其中,athmiR8175/gma-6300异构体能剪切AMPK激酶,进而磷酸化SGAs代谢相关的HMG-Co A还原酶;miR156-SPLs调控元件则能调控倍半萜类物质的生物合成;miR482则靶向与甾醇类物质代谢相关基因3-β羟甾类脱氢酶/异构酶。此外,zma-MIR2275cp5_2ss14TA17AC和PC-3p-11646_92则能靶向与糖苷生物碱代谢相关的Cytochrome P450和CYP72A58基因。7.以p RS300的衍生载体p RSA-4为基础,构建了35S启动子驱动的植物表达载体p CE35s-miR408和多顺反子表达载体p CE35s-dmiR408;并构建了rbc S启动子驱动的植物表达载体p CEr-miR408和多顺反子表达载体p CEr-dmiR408。用农杆菌介导法对陇薯3号、陇薯6号和费乌瑞它进行遗传转化,通过草甘膦筛选得到p CEr-miR408转化再生植株27个,p CEr-dmiR408转化再生植株16个,采用PCR分别鉴定出18株和13株阳性转基因植株。q RT-PCR分析表明,p CEr-miR408和p CEr-dmiR408转化阳性植株的光合组织中miR408的表达量较以野生型对照(陇薯6号)明显提高,而靶基因VS1的表达量明显降低,这表明miR408与VS1基因的表达呈相反趋势,但对于转化阳性植株光合组织中的SGAs含量仍需进行深入的验证和分析。
宣俊杰[3]2007年在《马铃薯体细胞杂种主要农艺性状及倍性研究》文中研究说明青枯病(Ralstonia solanacearum)是一种危害性极大的细菌性病害，在热带、亚热带、部分温带普遍发生，甚至一些冷凉地区也有出现。寄主广，尤其易侵染马铃薯和番茄。在其他抗病手段收效甚微的情况下，选育抗青枯病品种是有效的途径。本实验室使用体细胞杂交融合技术，获得了马铃薯栽培品种“中薯二号”经授粉诱导产生的无性系3#、8#(2n=4x=48)与带有青枯病抗性基因的野生种Solanum chacoense(2n=2x=24)两个组合的体细胞杂种株系。本实验通过对131个体细胞杂种系的表型和倍性研究，为在马铃薯抗病育种和倍性育种中利用体细胞杂种奠定基础。主要研究结果如下：通过根尖、茎尖压片法总共检测了3个亲本(S．chacoense，3#和8#)以及60个体细胞杂种的染色体数，其中3#+S．chacoense组合25个系，编号为3c系列；8#+S．chacoense组合35个系，编号为8c系列。计数结果与流式细胞仪结果相比较表明，流式细胞仪测定为六倍体(6x)的37个体细胞杂种系，染色体计数鉴定倍性亦为6x的有36个系，仅有株系3c12-2倍性测定仪鉴定结果与染色体计数不符合，为混倍体。流式细胞仪检测为8x的6个株系，只有3c32-1染色体计数鉴定确为8x，其他5个系(3c10-1、3c25-3、8e57-2、8c60-1、8c65-1)染色体计数鉴定皆为混倍体。在流式细胞仪检测为混倍体的13个株系中，有8个系(3c4-1、3c39-1、8c13-2、8c15-1、8c34-1、8c36-2、8c48-1、8c66-1)染色体计数鉴定与流式细胞仪结果一致，为混倍体，其它5个系中，3c3-7和8c2-2染色体计数显示为6x，3c34-1和8c17-3为5x，8c33-2为7x／8x嵌合体。通过连续两年的网室和田间种植观察，对131个体细胞杂种的株高、叶形指数、匍匐茎长度和茎粗观测结果显示，体细胞杂种匍匐茎长度的变异系数最高，达118.16，叶形指数的变异系数最小，仅9.80。株高和茎粗的变异系数介于匍匐茎和叶形指数之间。大多数体细胞杂种生长正常，但长势弱于其亲本，表现为植株矮小，茎纤细。部分杂种植株存在叶片、花褶皱现象。六倍体植株大多表型正常，仅少数有叶片褶皱现象，而八倍体和混倍体叶片均有不同程度的褶皱，在植株生长异常的体细胞杂种中，大多为非整体或混倍体。在所鉴定的体细胞杂种中，有115个系能够正常形成块茎，占87.8％，能够开花的杂种系只有35个，占26.7％。杂种花形态介于双亲之间，花色从白到紫呈一系列梯度分布。体细胞杂种，匍匐茎长度分布呈偏态分布，具有偏栽培种亲本的特征。块茎形状从圆到长呈一系列分布，薯皮大多与亲本一致，但有个别系为紫皮。少数杂种块茎表面呈现溃裂、凹凸不平等不良表型。
张会灵[4]2016年在《马铃薯低温糖化相关基因表达分析及两个淀粉降解基因的功能研究》文中指出马铃薯(Solaum tuberosum L)是世界第四大粮食作物,在保障粮食安全和促进经济发展方面起重要作用。随着人们生活水平的提高,马铃薯加工产品消费不断增加,其中油炸加工食品占主要地位。为了避免块茎发芽、皱缩失水及病害传播等造成的损失,原料马铃薯块茎通常进行低温储藏。但是,块茎低温储藏(<10℃)期间细胞内淀粉会大量的向还原糖转化,出现“低温糖化”现象。油炸过程中还原糖与自由氨基酸发生Maillard反应,导致产品变色,同时生成丙烯酰胺,严重影响产品品质。前期对马铃薯块茎低温糖化的机理研究主要集中在淀粉ˉ糖代谢过程中关键酶的功能上,但是尚不清楚对低温糖化产生影响的主要途径,也不明确相关代谢途径中酶活性的调节方式。本实验室从抗低温糖化野生种S. berthaultii块茎中分离得到188条低温条件下的差异表达基因,且根据基因表达谱初步推断淀粉降解、蔗糖分解以及糖酵解途径在低温糖化过程中可能起到关键作用。在此基础上,本研究利用对低温糖化具有不同抗性的马铃薯基因型进行部分ESTs表达谱分析,筛选在抗性基因型低温处理块茎中高表达的ESTs。通过克隆和基因功能互补研究,明确其在低温糖化过程中的作用及其机理,以加深对马铃薯低温糖化调控机制的认识。取得的主要结果如下：1.马铃薯低温糖化相关基因表达分析利用3个低温糖化抗性基因型和3个低温糖化敏感基因型块茎分别于4℃和20℃储藏0d, 5d,15d,30d,45d,60 d的cDNA,对初步筛选出的43条ESTs进行表达谱分析。结果显示,4条已知功能ESTs C20-3-A14、C20-1-G06、C4-1-I07及C20-2-N12和4条未知功能ESTs C20-3-E15、C20-5-M08、C20-1-F10、C20-2-B24只在抗性基因型中表达。特别是ESTs C20-3-E15和C20-5-M08,只在4℃处理的抗性基因型块茎中高表达,推测其与马铃薯低温糖化有关,用于进一步研究。2.C20-3-E15和C20-5-M08全长克隆与结构分析根据EST C20-3-E15和C20-5-M08序列结合马铃薯基因组数据库信息,利用RACE方法从S. berthaultii块茎cDNA中分别克隆得到两个ESTs的全长cDNA序列。C20-3-E15 cDNA全长799bp,含621bp编码区,编码207个氨基酸；扩增gDNA序列得到1788bp,包含4个外显子和3个内含子；启动子序列含有糖代谢、淀粉酶、冷胁迫和糖酵解等低温糖化相关元件。推导的氨基酸序列中具有Tryp_alpha_amyI结构域,与淀粉酶抑制子类似,因此将该基因命名为SbAI。 C20-5-M08 cDNA全长796bp,包括504bp编码168个氨基酸的开放阅读框、39bp的5’非翻译区和253bp的3’非翻译区；该基因gDNA序列含有2个外显子和1个内含子；启动子序列含有淀粉、冷胁迫、无氧呼吸和代谢等低温糖化相关元件。推导的氨基酸序列含有1个IBR (In Between Rings)结构域和1个RING (Really Interesting Gene) finger结构域,与RING finger protein类似,故将基因命名为SbRFPl。3.马铃薯淀粉酶抑制子基因SbAI功能研究根据马铃薯基因组数据库和NCBI (nr/nt)数据库淀粉降解相关的α-淀粉酶基因、β-淀粉酶基因、异淀粉酶基因和淀粉磷酸化酶等基因的序列设计引物,研究这些基因在抗低温糖化基因型AC030-06和低温糖化敏感基因型E3不同组织中的表达模式,为研究SbAI和SbRFPl的功能提供基础。结果表明,α-淀粉酶的功能主要由Amy23基因控制,β-淀粉酶的功能主要由BAM1和BAM9基因控制。结合不同储藏时期的块茎中淀粉酶活性和还原糖含量变化发现,Amy23、BAM1和BAM9在马铃薯块茎低温糖化和块茎发芽过程中均具有作用。构建SbAI超量表达载体和干涉载体,分别转化马铃薯E3和AC142-01试管薯。测定转基因株系低温储藏块茎中糖化相关指标,与对照相比,超量转基因株系块茎低温储藏后炸片色泽变浅,还原糖含量、淀粉酶活性、淀粉降解率降低,而干涉转基因株系块茎则相反。结果说明,SbAI在马铃薯块茎中通过降低淀粉酶活性减缓淀粉降解速率,从而达到控制还原糖的积累。同时,双分子荧光互补实验证明,SbAI蛋白与α-淀粉酶Amy23及β-淀粉酶BAM1和BAM9在植物细胞内互作。原核表达SbAI蛋白的活性抑制实验证明,SbAI对马铃薯块茎中α-淀粉酶活性和β-淀粉酶活性均有抑制作用,且抑制程度相似。体内体外实验结果表明,马铃薯淀粉酶抑制子SbAI通过与淀粉酶互作抑制了淀粉酶活性,降低了块茎中淀粉降解速率,从而调控了马铃薯块茎的低温糖化。4.马铃薯RING finger基因SbRFP1功能研究本研究构建了SbRFP1基因的超量和干涉表达载体,分别转化马铃薯E3和AC142-01试管薯。超量表达载体转基因株系块茎低温储藏以后与对照相比,炸片色泽变浅,还原糖含量显着降低,而干涉转基因株系块茎则相反,证明SbRFP1基因对改良低温糖化起重要作用。为了揭示SbRFP1基因的作用机理,本研究观察了淀粉ˉ糖代谢途径中关键酶基因在4℃储藏30 d的转基因株系块茎中的转录水平。结果显示,仪-淀粉酶基因 Amy23、β-淀粉酶基因BAMl和转化酶基因StvacINV1的表达量受SbRFP1基因表达量的影响。同时,超量转基因块茎与对照相比,pˉ淀粉酶活性和转化酶活性降低,淀粉降解速率降低,而干涉转基因块茎则相反。转化酶活性与还原糖、蔗糖比值成正相关。本研究结果证明,SbRFP1基因调节了β-淀粉酶活性和转化酶活性,影响了淀粉降解和蔗糖向还原糖的转化,最终控制还原糖积累。本研究中的2个基因均是通过对淀粉酶活性的调节发挥作用,是控制马铃薯低温糖化的新的调节基因。为马铃薯块茎低温糖化机制的研究提供了理论基础和基因资源。
王润润[5]2017年在《马铃薯块茎离体发育过程茉莉酸调控的差异蛋白质组分析》文中研究说明马铃薯块茎是一种营养储藏器官,其发育过程及其复杂,受多种环境因素和植物激素的调控。本研究以离体培养的马铃薯匍匐茎为试验材料,探究马铃薯块茎经过茉莉酸(Jasmonate acid,JA)及茉莉酸抑制剂水杨苷羟肟酸(Salicylhydroxamic acid,SHAM)处理后在形态学,生理学和蛋白质组学等方面的变化,这为进一步阐明马铃薯离体块茎发育过程受JA的调控奠定基础。本研究的结果如下:1.JA对马铃薯块茎在形态和生理方面的影响。JA处理马铃薯匍匐茎后,马铃薯块茎的鲜重、干重、直径和结署率与对照相比均显着增加,LOX(Lipoxygenase,LOX)的活性反而降低,这揭示了在块茎发育中JA有助于贮藏物质的积累。以下数据说明,JA促进了块茎中单糖转变成淀粉,有利于块茎中淀粉的积累,JA处理下,随着JA浓度的增加,淀粉含量先升高再降低,且在0.5μM JA处理下含量最高,为15.6 mg/g,块茎中先降低再升高的还原糖含量和可溶性糖含量,他们在JA(0.5μM)处理下含量均最低,分别是0.5 mg/g和2.5mg/g;与对照相比,在0.5μM JA和不同浓度SHAM共同处理下,淀粉含量先升高后降低,其中0.5μM JA和300μM SHAM共同处理下,淀粉含量最高,为22.8 mg/g,0.5μM JA和700μM SHAM共同处理下淀粉含量最低,为5.5 mg/g;0.5μM JA和SHAM共同处理下,SHAM浓度不断的增加,块茎的还原糖含量显着增加,在5μM JA和SHAM共同处理时,淀粉含量先升高再降低,其中在5μM JA和1μM SHAM共同处理下淀粉含量最高,为25.5 mg/g;与5μM JA相比,块茎中先降低再升高的还原糖含量,在5μM JA和1μM SHAM共同处理下含量最低,为0.4 mg/g,5μM JA和700μM SHAM共同处理下还原糖的含量最高,为5.9 mg/g;与5μM JA相比,5μM JA和不同浓度(1、300、700μM)的SHAM共同处理下可溶性糖含量逐渐升高。2.分析不同浓度(0、0.5、5μM)的JA或(0.5、5μM)JA和SHAM共同处理的马铃薯离体块茎中表达的差异蛋白质,结果表明不同浓度(0、0.5、5μM)的JA处理下,鉴定到44个差异蛋白质点,这些差异蛋白涉及能量和代谢、储藏和防御、氧化还原、转录和翻译、物质转运与细胞结构等功能范畴。JA(0.5μM)和SHAM共同处理下,共鉴定了37个差异蛋白质,这些蛋白涉及能量和代谢、储藏和防御、氧化还原、转录和翻译以及物质转运等功能范畴。JA(5μM)和SHAM共同处理下块茎蛋白质,鉴定到了31个差异蛋白质,这些蛋白质涉及能量和代谢、储藏和防御、氧化还原、转录和翻译以及物质转运等功能范畴。3.研究发现,ADP-葡萄糖焦磷酸酶被JA诱导表达,有助于块茎发育中淀粉含量的增加。能量和物质代谢中的糖酵解途径、叁羧酸循环途径和磷酸戊糖途径被JA调控来提供生长发育所需的能量,但是JA降低了块茎发育过程中物质合成的能量消耗。JA通过清除植物体产生的过剩的甲醇、甲醛和甲酸等次生代谢物质以及自由基活性氧等物质引起块茎生长发育的适应性应答,提高了块茎发育的耐受力和抵抗性。
王东霞[6]2018年在《生长素和细胞分裂素调控马铃薯离体块茎发育蛋白质组研究》文中提出马铃薯(Solanum tuberosum L.)块茎发育过程对块茎产量和品质有重要影响。块茎连续而复杂的发育过程,是外界环境因素和内部调控因子共同作用的结果。生长素和细胞分裂素作为重要的植物生长调节物质,在马铃薯块茎发育过程中起重要调控作用。本研究以离体培养的马铃薯普通栽培品种“大西洋”试管苗为实验材料,诱导产生匍匐茎后,外源施加不同浓度吲哚乙酸(Indole-3-acetic acid,IAA)或6-苄氨基腺嘌呤(6-Benzylaminopurine,BAP),探明IAA和BAP对马铃薯块茎形成和发育过程中块茎的表型、生理和蛋白质组影响。在生理和蛋白质组水平上揭示了生长素或细胞分裂素调控块茎形成和发育的机理,研究结果如下:1、IAA调控马铃薯离体块茎发育形态变化和生理响应。IAA浓度介于0.5mg/L至2 mg/L时,结薯率、单薯鲜重和块茎直径增大并显着大于对照,2 mg/L时达最大值;与2 mg/L处理相比,IAA浓度介于2.5 mg/L至3.5 mg/L时,结薯率、单薯鲜重和块茎直径减小,但均大于对照;IAA浓度为4 mg/L时,结薯率低于对照,单薯鲜重和块茎直径高于对照,但变化不显着;IAA浓度介于4.5 mg/L至11 mg/L时,结薯率、单薯鲜重和块茎直径减小并显着小于对照;IAA浓度高于11.5 mg/L时,块茎发育过程被完全抑制。块茎发育起始时间随IAA浓度升高而逐渐推迟。IAA处理后,块茎中蔗糖、果糖和葡萄糖含量显着升高,11.5 mg/L时达最大值。IAA处理后,块茎中还原糖、可溶性总糖和淀粉含量先升高后降低,2 mg/L时,显着高于对照,并达最大值。IAA处理后,块茎中过氧化氢(Hydrogen peroxide,H_2O_2)含量显着升高,超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)和过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性显着增强,而块茎中抗坏血酸(Ascorbic acid,AsA)含量先升高后降低,2 mg/L时,显着高于对照,并达最大值。2、IAA调控马铃薯离体块茎发育差异蛋白质组分析。利用双向电泳和基质辅助激光解析串联飞行时间质谱技术(MALDI-TOF/TOF MS)对不同浓度IAA(0、2、4和11.5 mg/L)诱导的块茎进行差异蛋白质组分析,鉴定到差异倍数大于2.5倍的蛋白质有50个。这50个差异表达蛋白中,其中Patatin和蛋白酶抑制剂等贮藏相关蛋白、转录和翻译相关蛋白、淀粉合成和糖代谢相关蛋白、氧化还原平衡相关蛋白以及分子伴侣蛋白在2 mg/L IAA处理时上调表达,在高浓度IAA处理时下调表达。GO分析结果表明,50个差异表达蛋白主要富集在细胞、细胞内区、细胞外区和细胞质中,主要的分子功能是肽酶抑制剂、肽酶调节剂、内肽酶抑制剂和内肽酶调节剂;主要参与的生物过程有调控细胞蛋白质代谢过程、初级代谢过程、有机物代谢过程和氧化还原辅酶代谢过程。KEGG分析结果表明,50个差异表达蛋白主要参与氨基酸生物合成、糖酵解、碳代谢、抗坏血酸代谢等生物过程。3、BAP调控马铃薯离体块茎发育形态变化和生理响应。BAP浓度介于0.5mg/L至3 mg/L时,结薯率、单薯鲜重和块茎直径增大并显着大于对照,3 mg/L时达最大值;与3 mg/L处理相比,BAP浓度介于3.5 mg/L至5.5 mg/L时,结薯率、单薯鲜重和块茎直径减小,但均大于对照;BAP浓度为6 mg/L时,结薯率和单薯鲜重低于对照,块茎直径高于对照,但变化不显着;BAP浓度介于6.5 mg/L至12.5 mg/L时,结薯率、单薯鲜重和块茎直径减小并显着小于对照;BAP浓度高于13 mg/L时,块茎发育过程被完全抑制。BAP浓度介于0.5 mg/L至10 mg/L时,块茎发育起始时间提前,介于10.5 mg/L至13 mg/L时,块茎发育起始时间推迟。BAP处理后,块茎中蔗糖、果糖和葡萄糖含量显着升高,13 mg/L时达最大值。BAP处理后,块茎中还原糖、可溶性总糖和淀粉含量先升高后降低,3 mg/L时,显着高于对照,并达最大值。BAP处理后,块茎中POD和CAT活性显着增强,而块茎中H_2O_2含量、AsA含量和SOD活性先升高后降低,3 mg/L时,显着高于对照,并达最大值。4、BAP调控马铃薯离体块茎发育差异蛋白质组分析。利用双向电泳和MALDI-TOF/TOF MS质谱技术对不同浓度BAP(0、3、6和13 mg/L)诱导的块茎进行差异蛋白质组分析,鉴定到差异倍数大于2.5倍的蛋白质有55个。这55个差异表达蛋白中,其中Patatin和蛋白酶抑制剂等贮藏相关蛋白、转录和翻译相关蛋白、淀粉合成和糖代谢相关蛋白以及分子伴侣蛋白在3 mg/L BAP处理时上调表达,在高浓度BAP处理时下调表达。氧化还原平衡相关蛋白在BAP处理时上调表达。GO分析结果表明,55个差异表达蛋白主要富集在细胞、细胞内区、细胞外区和细胞质;主要的分子功能是氧化还原酶、抗氧化剂、酶抑制剂和肽酶抑制剂活性;主要参与的生物过程有糖酵解过程、代谢过程、活性氧代谢过程和氧化还原过程。KEGG分析结果表明,55个差异表达蛋白主要参与抗坏血酸代谢、次生代谢产物的合成、碳代谢、糖酵解途径等生物过程。5、IAA和BAP调控的马铃薯离体块茎发育关键蛋白质生物信息学分析。对IAA和BAP调控块茎发育的差异表达蛋白进行主成分分析,分别得到IAA和BAP处理下变化最大的10个关键差异表达蛋白质。使用Uniprot数据库和ExPASy网站中的ProtScale程序对这20个差异表达蛋白质进行疏水性/亲水性分析,结果显示这20个蛋白质峰值大于0的疏水区域较广,疏水性得分较高,亲水区域不明显。使用Uniprot数据库和Wolf PSORT软件对这20个关键差异表达蛋白质进行亚细胞定位预测,结果表明这些差异表达蛋白大多位于细胞质、细胞核、线粒体、细胞外组织(包括细胞壁)和内质网中。使用Uniprot数据库和NetPhos3.1 Server软件对这20个关键差异表达蛋白质进行蛋白质翻译后磷酸化修饰预测和分析,结果发现这些差异表达蛋白均存在多个可能发生翻译后磷酸化修饰的丝氨酸(Serine)和苏氨酸(Threonine)残基位点。
刘柏林[7]2011年在《马铃薯块茎休眠与发芽抑制差减cDNA文库构建及相关功能基因克隆》文中研究表明马铃薯在我国乃至世界都是第四大粮食作物。马铃薯块茎的休眠与发芽对于马铃薯的种植栽培以及生产加工极为重要。关于马铃薯块茎休眠与发芽的研究大都集中在储藏生理、遗传及细胞生物学方面。生产实践中主要通过低温或者化学抑制剂来控制储存块茎的发芽。然而,低温储存会产生低温糖化影响马铃薯的加工品质,使用化学药剂抑制发芽不断增加人们对环境和经济的担忧。由于目前对块茎休眠和发芽机理了解欠缺,人工调控技术发展缓慢,制约了马铃薯种薯的生产和块茎作为工业加工原料的充分利用。研究块茎休眠和发芽的分子机理及调控,对于马铃薯栽培、贮藏保鲜和产业的发展等具有十分重要的意义。本研究旨在通过分离和克隆马铃薯块茎休眠与发芽相关基因,初步揭示参与块茎休眠与发芽的基因的种类和数量,为进一步研究休眠与发芽的分子机制提供理论基础和技术支持。取得的主要研究结果如下:1.利用抑制差减杂交技术(SSH)构建了一个马铃薯块茎休眠与发芽相关基因片段的差减文库。经初步筛选和测序获得310个有效EST片段,BLASTn和BLASTx比对分析发现34条EST为未知功能序列,其余EST均可推测出其同源基因或者蛋白功能。2.初步分析发现所获得EST序列涉及糖类代谢、蛋白质代谢、能量代谢、核酸转录与翻译、信号传导、膜转运、细胞结构以及细胞的分裂与生长等一系列生物学过程。利用GO分类标准对EST从细胞组分,生物过程和分子功能进行了2级水平分类。随机选取的13个差异表达基因用Real-time PCR检测分析,证明其在块茎休眠与发芽过程中上调表达或者下调表达。3.从块茎发芽与休眠相关SSH cDNA文库中筛选了一个与ARF基因同源的EST阳性克隆片段,经过电子克隆获得了ARF基因的cDNA全序列,分析属于马铃薯的ARF1基因。Real time-PCR组织特异性分析表明,ARF基因在马铃薯块茎中优势表达。4.分别对20℃和4℃储存的收获后1周、收获后4周、芽眼萌动、芽长2 mm、芽长5 mm和芽长大于10 mm的马铃薯块茎中ARF基因的相对表达量分析表明,在马铃薯块茎的休眠解除过程中,ARF基因的表达量呈下降上升下降变化趋势,突破芽眼和芽长超过1 cm为两个转折点。对成熟收获、室温储存45天芽眼萌动和室温储存90天芽长2～5mm的试管薯中ARF基因的相对表达量分析表明也呈下降上升的趋势,突破芽眼为马铃薯块茎解除休眠的一个重要时期。ARF基因在块茎中的优势表达和表达量的变化说明其可能参与调控马铃薯块茎的休眠与发芽生理。
杨艳佩[8]2016年在《马铃薯（Solanum tuberosum L.）试管薯形成相关SNP标记的开发与QTL分析》文中进行了进一步梳理马铃薯是仅次于水稻、小麦和玉米的世界第四大粮食作物。由于长期的无性繁殖,易引起病毒在马铃薯块茎中积累,导致种性退化,直接影响到马铃薯的生产和销售,而生产脱毒种薯是解决这一问题的主要途径。传统的脱毒种薯是利用脱毒试管苗先在隔离网室诱导微型薯,进而在隔离田间生产商品用种薯,但生产成本高成活率低,不足以满足目前的市场需求。马铃薯试管薯是组织培养条件下产生的微小块茎,因其无病毒、易储存且存活率高等优点,受到广泛的关注和利用。目前有关试管薯形成的报道主要集中于不同培养条件如光周期、温度、蔗糖等产生的影响,试管薯形成的遗传机理尚不太明确。由于马铃薯栽培种同源四倍体的遗传复杂性,研究者大多是选择降倍后的双单倍体马铃薯或近缘二倍体野生种作为研究对象,因此四倍体马铃薯的遗传研究进展缓慢,针对四倍体马铃薯试管薯的报道更为少见。本研究在前人的研究基础上,以其构建的四倍体马铃薯试管薯形成的遗传分离群体MT I为研究对象,对群体中各个基因型的试管薯形成相关的多种性状进一步鉴定与分析。并基于试管薯表型鉴定的结果,利用以BSA技术为基础的RNA-seq测序分析,比较结薯率差异显着的基因型组合间的转录组序列差异,从而开发与试管薯形成能力相关联的新标记。在原遗传连锁图谱和QTL定位结果的基础上,加入新开发的分子标记进一步QTL定位,期望缩小原有QTL区域,同时对其他与结薯相关的性状进行QTL分析,探索马铃薯试管薯形成的遗传基础。主要研究结果如下:1.马铃薯MT I群体(209个基因型)在长短日照(16 h和8 h光照)下试管薯形成相关的表型鉴定结果显示,试管薯初始形成一般在接种30 d之后,短日照条件下试管薯的初始形成时间普遍早于长日照条件,且平均结薯率与单薯重也优于长日照条件。短日照下形成试管薯与不形成的子代数分别为201和8,而长日照条件下形成试管薯与不形成的子代数分别为109和100,比例接近1:1,且这109个子代在短日照下也同样结薯。2.本研究利用基于BSA的RNA-seq测序分析,以群体试管薯的结薯率为目标性状,构建了2次极端池,通过对极端池中结薯率显着差异的组合之间的转录组测序数据比较分析,筛选出差异显着的SNP位点。选取了V号染色体上试管薯形成相关QTL MT05锚定区段间的47个显着差异SNP位点,并利用高分辨率熔解曲线对群体分型,最终筛选出了13个在群体中具有多态性的SNP标记在前人构建的遗传连锁图谱中进行定位。其中7个SNP标记定位到了双亲的V号染色体上,分别为父本5个及母本3个(包括1个被同时定位于双亲图谱的double-simplx标记)。3.对MT I群体试管薯形成相关表型与分子标记进行相关分析,显示在长短两种光周期下,与结薯率达到极显着相关(p<0.01)的标记分别3个和12个,与单薯重极显着相关的标记分别6个和10个,与初始结薯时间极显着相关的标记为4个和10个。其中2个标记同时与以上叁种表型极显着性相关,5个标记与结薯率和单薯重极显着相关,3个标记与结薯率和初始结薯时间极显着相关,2个标记与单薯重和初始结薯时间极显着相关,这些相关标记主要分布于亲本的I、II、V、VI、IX、XI号染色体上。4.利用加密后的双亲图谱以及试管薯3种表型,共定位到10个与试管薯形成相关的QTL。其中与短日照下结薯率相关的有4个,分别为位于父本(E108)V号染色体上的MT0502(贡献率为10.665%)和IX号染色体上的MT0913(贡献率为7.364%)。以及在母本(E20)V号染色体上检测到的mt0502(贡献率为17.662%)和II号染色体上定位到的mt0203(贡献率为7.389%)。对于单薯重,也定位到4个QTL,其中2个与长日照下单薯重相关,分别为位于父本XI号染色体上的TW1113和母本II号染色体上的tw0224,对表型贡献率分别为6.413%和9.599%。2个与短日照下单薯重相关,分别为父本V号染色体上的TW0502与母本V号染色体上的tw0502,对表型贡献率分别为15.245%和9.058%。还检测到2个与短日照下初始结薯时间相关的QTL,为位于父本IX号染色体上的FT0934以及母本V号染色体上的ft0502。本研究对MT I群体试管薯表型进行了更详尽的鉴定,并通过极端表型组合间的转录组差异分析,开发了新的SNP分子标记,对原有的遗传连锁图谱进行了加密,且定位到10个与试管薯表型相关的QTL。经过与原有QTL定位结果的比较,我们发现双亲V号染色体上与短日照试管薯形成相关的QTL在两次定位结果中都是稳定存在的,虽然两次结果的峰值和置信区间有一定偏差,但QTL的效应趋势一致,进一步加强了在此区域中存在与试管薯形成相关基因的可能。此外,我们还发现上述3种试管薯形成表型定位到的QTL之间具有一定的重合性,从遗传的角度体现了这叁个表型之间的紧密关联性,为进一步探究试管薯遗传机理提供了一些新的思路。
邹文超, 沈林林, 沈建国, 蔡伟, 詹家绥[9]2017年在《马铃薯Y病毒多基因系统发育分析及其在株系鉴定中的应用》文中提出为实现马铃薯Y病毒(Potato virus Y,PVY)常见株系的快速鉴定,本文以PVY的P1、HC-pro、VPg和CP 4个基因为研究对象建立了快速准确的多基因联合体系。根据基因的不同组合建立5个不同数据集,分别进行系统发育分析,并通过贝叶斯标签关联显着性(Bayesian tip-association significance,Ba TS)分析各数据集中代表分离物与株系的关联性,以确定实现PVY快速鉴定的最佳组合。不同数据集的系统发育及Ba TS分析结果显示,除了联合P1、VPg和CP 3个基因数据集外,其他4个数据集均无法实现PVY常见株系的准确鉴定。采用不同建树方法对联合P1、VPg和CP 3个基因数据集比较分析显示,基于ML法和NJ法的系统发育树在拓扑结构上基本一致,均优于基于贝叶斯算法的最大分支置信(maximum clade credibility,MCC)树。同时,以HLJ26分离物为研究对象,对建立的多基因联合体系进行实际应用,结果显示该分离物与PVY~(NTN-NW)株系的3个分离物SYR-Ⅱ-2-8、SYR-Ⅱ-Be1和SYR-Ⅱ-Dr H以高置信值聚为一亚簇,表明该分离物可能属于PVY~(NTN-NW)株系(SYR-Ⅱ型)。重组分析显示,HLJ26基因组存在4个潜在的重组信号,分别位于P1、HC-pro/P3、VPg和CP的5￠-末端,与PVY~(NTN-NW)株系(SYR-Ⅱ型)的重组位点相一致,表明其属于PVYNTN-NW株系(SYR-Ⅱ型)。同时,应用多重RT-PCR成功扩增出约为1000 bp和400 bp的2个特异性片段,与PVY~(NTN-NW)株系(SYR-Ⅱ型)的特异条带大小相一致。这些结果进一步支持了多基因联合体系的鉴定结果。联合P1、VPg和CP 3个基因数据集系统发育分析,可以实现PVY常见株系的准确鉴定。
金华[10]2007年在《平菇栽培废弃料在马铃薯栽培中的肥效研究》文中认为马铃薯(Solanum tuberosum L)又名土豆、洋芋、山药蛋等，是茄科多年生草本块茎植物，起源于南美安底斯山脉，后经欧洲传遍世界，是世界上仅次于玉米、水稻和小麦的第四大粮食作物，目前全世界有146个国家种植，总面积1800万hm2左右，主要分布在欧洲和亚洲。世界马铃薯(Solanum tuberosum L)平均单产水平为15t／hm2左右，荷兰是世界上单产水平最高的国家，产量达到44.8t／hm~2。我国是世界第一大马铃薯(Solanum tubetosum L)生产国，2005年栽培面积为488万hm~2，总产量7086.5万t，单产14.5t／hm~2，与发达国家相比，单产水平很低，发展潜力较大。近年来食用菌生产快速发展，在农牧业生态循环中的作用日益显着，大量富含纤维素、半纤维素、木质素的农副产品经食用菌的酶解作用，生产出各种美味菌类。但随之而来的问题是食用菌废培养料日益增多，如果处理不当将污染环境，不仅浪费资源，还将阻碍食用菌产业的顺利发展，对人体健康也有不利影响。栽培过食用菌的下脚料，含有大量的菌体蛋白，除可作菌化饲料外，还是优质的有机肥料。据分析，来自栽培废料的有机肥含氮1.17％，五氧化二磷0.77％，氧化钾2.13％，有机质36.61％。经过食用菌的分解，多数经转化过的有机质对改良土壤结构和透气性有较好的效果。平菇(Pleurotus ostyeatus)栽培废弃料经高温蒸7小时左右，与普通农家肥按3∶1的比例混合堆沤3天，用作马铃薯(Solanum tubetosum L)的基肥施用。试验结果表明：平菇(Pleurotus ostreatus)废弃料作有机肥施用后，马铃薯(Solanum tubetosum L)株高、茎粗均有增加，平均块茎数、平均块茎重、平均窝重和商品率均较施用普通农家肥高．特别是在高寒山区，农家肥缺乏，平菇废弃料有机肥更能弥补肥料不足，具有较高利用价值。但它与农家肥的混合比例以及施用量还需要进一步试验研究。
参考文献：
[1]. 马铃薯遗传育种研究:现状与展望[J]. 徐建飞, 金黎平. 中国农业科学. 2017
[2]. 马铃薯光诱导糖苷生物碱代谢相关miRNAs的鉴定与功能分析[D]. 乔岩. 甘肃农业大学. 2017
[3]. 马铃薯体细胞杂种主要农艺性状及倍性研究[D]. 宣俊杰. 华中农业大学. 2007
[4]. 马铃薯低温糖化相关基因表达分析及两个淀粉降解基因的功能研究[D]. 张会灵. 华中农业大学. 2016
[5]. 马铃薯块茎离体发育过程茉莉酸调控的差异蛋白质组分析[D]. 王润润. 甘肃农业大学. 2017
[6]. 生长素和细胞分裂素调控马铃薯离体块茎发育蛋白质组研究[D]. 王东霞. 甘肃农业大学. 2018
[7]. 马铃薯块茎休眠与发芽抑制差减cDNA文库构建及相关功能基因克隆[D]. 刘柏林. 甘肃农业大学. 2011
[8]. 马铃薯（Solanum tuberosum L.）试管薯形成相关SNP标记的开发与QTL分析[D]. 杨艳佩. 华中农业大学. 2016
[9]. 马铃薯Y病毒多基因系统发育分析及其在株系鉴定中的应用[J]. 邹文超, 沈林林, 沈建国, 蔡伟, 詹家绥. 遗传. 2017
[10]. 平菇栽培废弃料在马铃薯栽培中的肥效研究[D]. 金华. 华中农业大学. 2007