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橡胶树胶乳高表达的法尼基焦磷酸合成酶的功能

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林业科学 2022年第1期58卷 43-51页

作者：邓小敏杨署光田维敏中国热带农业科学院橡胶研究所农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地-海南省热带作物栽培生理学重点实验室海口571101

【目的】天然橡胶生物合成途径是典型的植物类异戊二烯代谢途径,MVA代谢途径是天然橡胶与萜类化合物所需的五碳构成单元IPP和DMAPP生物合成的主要途径之一。由2分子IPP和1分子DMAPP聚合形成的法尼基焦磷酸是乳管细胞天然橡胶生物合成的... 详细信息

【目的】天然橡胶生物合成途径是典型的植物类异戊二烯代谢途径,MVA代谢途径是天然橡胶与萜类化合物所需的五碳构成单元IPP和DMAPP生物合成的主要途径之一。由2分子IPP和1分子DMAPP聚合形成的法尼基焦磷酸是乳管细胞天然橡胶生物合成的起始前体,厘清该起始物的合成酶酶学性质不仅有助于阐明天然橡胶生物合成机制,同时也为天然橡胶遗传改良提供酶学理论基础。【方法】对橡胶树热研7-33-97基因组中同源的3个预测的法尼基焦磷酸合成酶(HbFPS1、HbFPS2、HbFPS3)进行序列特征分析,优选胶乳中高表达的2个法尼基焦磷酸合成酶基因构建原核表达载体,经蛋白纯化与MALDI TOF质谱确证,并同时进行体外酶活性检测,最终评价其对体外橡胶合成效率的影响。【结果】橡胶树基因组含有的3个预测的法尼基焦磷酸合成酶都含有特征性的2个保守结构域“DDIMD”和“DDYXD”及相似的三维空间结构,其中胶乳高表达的HbFPS1和HbFPS2基因编码的蛋白氨基酸序列相似性达到95%,说明HbFPS1和HbFPS22个冗余基因可能经历了基因组中同源基因的后期拷贝事件。同时HbFPS1和HbFPS2基因能够正确地在大肠杆菌中表达,HbFPS3却难以正确折叠而形成包涵体,体现了这2类蛋白质N末端氨基酸明显的亲疏水性差异对蛋白可溶表达的影响。HbFPS1和HbFPS2蛋白在体外除了能够利用GPP为底物合成FPP外,还能够直接转化IPP和DMAPP生成FPP。同时,分别添加HbFPS1和HbFPS2蛋白能够提高体外橡胶合成效率并且存在蛋白剂量相关性特征。与对照相比,在特定的反应体系中,当HbFPS1和HbFPS2蛋白添加量增加时体外橡胶合成效率随之不同程度地提高,且在100μg时促进作用最明显。【结论】橡胶树胶乳中高表达的2个冗余基因HbFPS1和HbFPS2与HbFPS3基因编码蛋白的序列差异可能影响酶的活性。HbFPS1和HbFPS2蛋白确证是胶乳中能够促进天然橡胶合成的功能酶,而且能够直接聚合IPP和DMAPP生成天然橡胶合成起始物FPP。本研究建立了基于天然橡胶粒子的体外蛋白功能研究平台,并证明HbFPS1和HbFPS2酶在一定的含量下能够显著地提升橡胶合成效率。通过调控HbFPS1和HbFPS2酶活性将有助于橡胶树优质高产品种的改良与选育。

关键词：橡胶树法尼基焦磷酸合成酶天然橡胶生物合成胶乳

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苯丙氨酸解氨酶研究进展

安徽农业科学 2009年第31期37卷 15115-15119,15122页

作者：徐晓梅杨署光中国热带农业科学院橡胶研究所农业部橡胶树生物学重点开放实验室省部共建国家重点实验室培育基地海南省热带作物栽培生理学重点实验室海南儋州571737 海南大学园艺园林学院海南海口570228

苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL,EC4.***.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... 详细信息

苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL,EC4.***.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。

关键词： PAL 基本特性生理作用基因表达与调控

强割和乙烯利刺激对不同品系幼龄橡胶树排胶生理特性的影响

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林业科学 2023年第12期59卷 105-116页

作者：丁欢杨署光蒋毅葛立鑫田维敏史敏晶中国热带农业科学院橡胶研究所、农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室、省部共建国家重点实验室培育基地−海南省热带作物栽培生理学重点实验室海口571101

【目的】研究不同割胶方式下不同品系幼龄橡胶树的排胶生理特性,为阐述乳管排胶机制提供理论基础,也为天然橡胶生产中针对不同品系进行合理规划割胶提供参考依据。【方法】选取PR107、RY8-79、Tjir1和RY7-33-97共4个品系的6龄未开割橡胶... 详细信息

【目的】研究不同割胶方式下不同品系幼龄橡胶树的排胶生理特性,为阐述乳管排胶机制提供理论基础,也为天然橡胶生产中针对不同品系进行合理规划割胶提供参考依据。【方法】选取PR107、RY8-79、Tjir1和RY7-33-97共4个品系的6龄未开割橡胶树,在S/2 d/2(割线长度为1/2茎围,每2天割1刀)的强割和后续添加1%乙烯利刺激割胶方式下,对其橡胶粒子粒径以及干胶含量、排胶体积、排胶时间、排胶初速度、堵塞指数、硫醇含量等常规排胶生理参数进行分析,并比较不同割胶刀次对这些参数的影响。【结果】(1)不同品系胶乳橡胶粒子粒径具有明显差异,起始值最大的是RY8-79和PR107,RY7-33-97的胶乳粒径较小,Tjir1的胶乳粒径最小。强割后,随着割胶刀次增加,不同品系胶乳粒径普遍短暂上升后降低,其中RY8-79和Tjir1的胶乳粒径变化较大,PR107和RY7-33-97的胶乳粒径相对稳定,但均在强割8刀后胶乳粒径降至0.80μm以下,与最大胶乳粒径之间存在显著差异(P<0.05)。乙烯利刺激后,胶乳粒径维持在较小水平。(2)干胶含量起始值最高为RY7-33-97,其次为RY8-79和PR107,最差为Tjir1。在强割条件下,RY8-79和RY7-33-97干胶含量下降较快,PR107和Tjir1干胶含量下降相对缓慢;乙烯利处理后,PR107干胶含量仅略有下降;RY8-79、RY7-33-97和Tjir1干胶含量相对下调趋势略明显,尤其是RY7-33-97。(3)强割条件下,不同品系的排胶时间和排胶体积变化规律高度一致,RY8-79排胶总体积和时间明显高于PR107、RY7-33-97和Tjir1;乙烯利处理后所有品系的排胶时间和总体积显著提高(P<0.05),其中PR107和Tjir1这2个排胶少的品系受乙烯利刺激的影响更明显。(4)强割条件下RY8-79和RY7-33-97排胶初速度明显高于PR107和Tjir1,但乙烯利刺激显著降低所有品系的排胶初速度。(5)强割条件下不同品系堵塞指数差异较大,RY8-79最低,RY7-33-97最高,乙烯利刺激明显降低该指数。(6)强割条件下RY8-79硫醇含量最高,其次为RY7-33-97、PR107,Tjir1最低,乙烯利刺激后48 h 4个品系硫醇含量均表现出降低趋势。【结论】不同品系对强割和乙烯利刺激后的排胶反应不同。强割和过度乙烯利刺激均不利于橡胶粒子粒径、干胶含量等产排胶相关参数的恢复。橡胶粒子粒径和干胶含量相对其他参数受周边环境影响较小,可作为衡量排胶是否过度的参考指标。橡胶粒子粒径0.80μm是一个较有标志性的值,胶乳粒径降到该值之下,预示应降低割胶强度。自然条件下排胶量大的品系通常不耐强割和乙烯利刺激,RY8-79和RY7-33-97作为主栽品种应尽量避免割胶中施加乙烯利,而PR107可配合施用乙烯利刺激剂。利用幼龄树,结合强割和乙烯利刺激,可以作为育种早期快速筛选不同品系是否具有耐割和耐刺激的方法之一,也为不同品系割胶制度的制定提供依据。

关键词：橡胶树强割乙烯利橡胶粒子排胶

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后基因组时代橡胶树分子生物学

分子植物育种 2020年第22期18卷 7404-7412页

作者：晁金泉杨署光田维敏中国热带农业科学院橡胶研究所农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地-海南省热带作物栽培生理学重点实验室海口571101

天然橡胶是一种重要的工业原材料。橡胶树(Hevea brasiliensis Muell. Arg.)是天然橡胶的主要来源。由于缺乏基因组信息以及基因功能验证平台,长期以来,橡胶树分子生物学研究进展缓慢,严重限制了生产技术的改进和产业的转型升级。2013年... 详细信息

天然橡胶是一种重要的工业原材料。橡胶树(Hevea brasiliensis Muell. Arg.)是天然橡胶的主要来源。由于缺乏基因组信息以及基因功能验证平台,长期以来,橡胶树分子生物学研究进展缓慢,严重限制了生产技术的改进和产业的转型升级。2013年,橡胶树基因组草图的发布标志着橡胶树生理与分子生物学的研究进入后基因组时代。本研究从基因组、转录组与蛋白质组、重要功能基因和基因家族鉴定、高密度连锁图谱构建及群体遗传学等方面对近年来橡胶树分子生物学领域的重要进展进行综述,并对今后的研究重点作出展望。

关键词：巴西橡胶树(Hevea brasiliensis Muell.Arg.) 基因组转录组蛋白质组

TSA诱导橡胶树次生乳管分化过程qRT-PCR内参基因的筛选

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热带作物学报 2020年第3期41卷 504-512页

作者：吴绍华张世鑫杨署光田维敏中国热带农业科学院橡胶研究所/农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室/省部共建国家重点实验室培育基地-海南省热带作物栽培生理学重点实验室海南海口571101

橡胶树乳管分化过程中差异表达基因的鉴定对于进一步认识乳管分化的分子机理具有重要的作用。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)是进行基因表达分析的常用技术手段,合适内参基因的选择是准确进行基因表达定量的前提。以组蛋白去乙酰化抑制剂曲... 详细信息

橡胶树乳管分化过程中差异表达基因的鉴定对于进一步认识乳管分化的分子机理具有重要的作用。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)是进行基因表达分析的常用技术手段,合适内参基因的选择是准确进行基因表达定量的前提。以组蛋白去乙酰化抑制剂曲古抑菌素A(trichostatin A, TSA)诱导橡胶树次生乳管分化的实验系统,采用qRT-PCR技术分析TSA处理橡胶树萌条及对照内层树皮中22个候选内参基因的表达情况。结果显示:TSA诱导橡胶树萌条次生乳管分化的过程中,稳定性最高的3个基因分别为UBC3、UBC4和eIF1Aa,而稳定性最差的3个基因分别为ROC3、PTP、CYP2。以UBC3、Actin和ROC3基因为内参,分析组蛋白去乙酰化酶基因HDA1和HDA2在TSA处理下树皮中表达量相对于对照的变化,结果初步证实TSA诱导橡胶树萌条次生乳管分化的过程中,UBC3是最佳的内参基因,ROC3不适合作为内参基因。

关键词：巴西橡胶树乳管分化曲古抑菌素A(TSA) 内参基因

橡胶树ICE转录因子对盐胁迫的响应及功能鉴定

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热带作物学报 2022年第11期43卷 2199-2206页

作者：李言杨署光史敏晶田维敏中国热带农业科学院橡胶研究所/农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室/海南省热带作物栽培生理学重点实验室海南海口571101

ICE(inducer of CBF expression)是类似MYC(myelocytomatosis)的bHLH(basic helix-loop-helix)转录因子,在植物应对低温、干旱、高盐等非生物胁迫中起重要的调节作用。本研究通过qPCR分析橡胶树ICE家族成员的表达模式。结果表明:5个ICE家族成员均响应盐胁迫上调表达。在盐胁迫2 h时,HbICE2、HbICE3、HbICE4和HbICE5显著上调表达;在盐胁迫4 h时,HbICE4和HbICE5的表达量达到最大值,其中HbICE4的上调幅度最大;HbICE1在盐胁迫4 h内无显著变化,但在处理8 h时显著上调表达。过表达这5个ICE家族成员均可不同程度地提高拟南芥的耐盐性,其中过表达HbICE4的植株对盐胁迫的抗性最强,在盐胁迫下,野生型拟南芥(WT)全部枯萎,而HbICE4转化植株的存活率为96.29%,平均单株鲜重为0.03 g,平均单株干重为0.0035 g,在HbICE家族成员转化株系中均表现最高。在盐胁迫下,WT和HbICEs转基因植株的电导率均显著增加,叶绿素含量和相对含水量均显著降低,其中HbICE4转化植株的相对电导率的增加幅度最小,叶绿素含量和相对含水量的降低幅度最小。因此,HbICE4转化植株的抗盐性可能与增强膜系统的稳定性和减缓叶绿素降解和保持相对含水量有关。该研究结果对橡胶树HbICE家族成员的生物学功能有了新的认识,有望为改良农作物耐盐性提供候选靶基因。

关键词：橡胶树 ICE 耐盐性功能鉴定

巴西橡胶树FKBP基因家族成员的鉴定及表达分析

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分子植物育种 2018年第5期16卷 1440-1446页

作者：晁金泉杨署光陈月异田维敏中国热带农业科学院橡胶研究所农业部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地-海南省热带作物栽培生理学重点实验室儋州571737

FKBP蛋白是PPIase蛋白酶家族的重要成员,在植物生长发育及响应外界胁迫中起关键调控作用。利用已发表的水稻和拟南芥FKBP序列为诱饵,本研究从橡胶树全基因组数据中鉴定出23个HbFKBPs。进化树分析表明这些成员可归为三个亚类;基因结构结... 详细信息

FKBP蛋白是PPIase蛋白酶家族的重要成员,在植物生长发育及响应外界胁迫中起关键调控作用。利用已发表的水稻和拟南芥FKBP序列为诱饵,本研究从橡胶树全基因组数据中鉴定出23个HbFKBPs。进化树分析表明这些成员可归为三个亚类;基因结构结果显示每个成员至少含有两个内含子,且亲缘关系较近的成员具有类似的内含子数目和排布方式;转录组数据分析表明HbFKBPs在橡胶树不同组织、叶片不同发育时期及乙烯利处理后不同阶段胶乳中的表达存在差异。橡胶树HbFKBPs的鉴定为深入探索橡胶树生长发育及响应外界胁迫中的分子机制提供一定基础。

关键词：橡胶树 FKBP 基因家族结构与进化表达分析

巴西橡胶树HbRPB11基因的克隆与表达分析

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分子植物育种 2017年第9期15卷 3482-3488页

橡胶树树皮中的次生乳管是天然橡胶合成和贮存的主要场所。生产上施用乙烯利通过延长橡胶树割胶后的排胶持续时间,调节胶乳代谢,从而达到增产的目的。但目前对于转录复合体关键成员RNA聚合酶Ⅱ在胶乳代谢过程中的动态变化尚不清楚。本... 详细信息

橡胶树树皮中的次生乳管是天然橡胶合成和贮存的主要场所。生产上施用乙烯利通过延长橡胶树割胶后的排胶持续时间,调节胶乳代谢,从而达到增产的目的。但目前对于转录复合体关键成员RNA聚合酶Ⅱ在胶乳代谢过程中的动态变化尚不清楚。本研究采用RACE和RT-PCR方法,从橡胶树无性系CATAS7-33-97的胶乳中克隆到编码RNA聚合酶Ⅱ关键亚基RPB11的同源基因,命名为HbRPB11。该基因全长659 bp,包含351 bp的开放阅读框,编码一个由116个氨基酸残基组成的蛋白质。该蛋白质分子量为13.53 k D,理论等电点为5.934。实时荧光定量PCR结果表明,HbRPB11在橡胶树的多个组织中均有表达,其中在成熟叶片和胶乳中的表达量最高,并且受割胶和乙烯利处理显著上调。橡胶树不同种质间的表达模式分析显示HbRPB11基因在橡胶合成效率高的种质中的表达量要显著高于橡胶合成效率低的种质,表明该基因的表达量与橡胶合成效率呈正相关性,有可能作为生产上筛选高效合成橡胶种质材料的分子标记。

关键词：橡胶树乳管细胞胶乳橡胶合成效率 HbRPB11

巴西橡胶树HbMKK4基因的克隆及表达分析

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西北植物学报 2015年第3期35卷 440-446页

作者：吴绍华张世鑫杨署光田维敏中国热带农业科学院橡胶研究所、农业部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室、省部共建国家重点实验室培育基地-海南省热带作物栽培生理学重点实验室海南儋州571737 海南大学园艺园林学院海口570228

采用RACE技术,从橡胶树‘热研7-33-97’中克隆了1个促分裂原活化蛋白激酶的激酶(MKK)基因HbMKK4。该基因全长cDNA序列1 580bp,编码框1 059bp,编码352个氨基酸,含有S_TKc结构域,其编码蛋白的分子量为38.83kD,理论等电点为9.36。实时荧光... 详细信息

采用RACE技术,从橡胶树‘热研7-33-97’中克隆了1个促分裂原活化蛋白激酶的激酶(MKK)基因HbMKK4。该基因全长cDNA序列1 580bp,编码框1 059bp,编码352个氨基酸,含有S_TKc结构域,其编码蛋白的分子量为38.83kD,理论等电点为9.36。实时荧光定量PCR结果显示,HbMKK4在橡胶树的根、树皮、胶乳及叶片中均有表达。割胶、茉莉酸甲酯和乙烯利均能上调胶乳中HbMKK4基因的表达,基因相对表达量分别在割胶后2h、茉莉酸甲酯处理8h和乙烯利处理4h后达到最高。研究结果推测HbMKK4可能通过MAPK信号途径参与茉莉酸信号途径的响应,可能在天然橡胶生物合成调控中起关键作用。

关键词：巴西橡胶树 HbMKK4 基因克隆基因表达分析