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多年宿根甘蔗的转录组分析及差异基因挖掘

中国生物工程杂志 2024年第2期44卷 25-38页

作者：程琴李佳慧谭秦亮宋奇琦朱鹏锦欧克纬农泽梅卢业飞吕平周全光庞新华彭欣怡广西壮族自治区亚热带作物研究所南宁530001

甘蔗(Saccharum hybirds)宿根性直接关系到甘蔗生产成本和种植效益,品种、环境和栽培措施均会影响甘蔗宿根能力,但品种的种性是影响宿根性最关键因素。国内外从分子生物学层面解释甘蔗宿根性差异的文献鲜见报道,从转录水平分析不同宿根... 详细信息

甘蔗(Saccharum hybirds)宿根性直接关系到甘蔗生产成本和种植效益,品种、环境和栽培措施均会影响甘蔗宿根能力,但品种的种性是影响宿根性最关键因素。国内外从分子生物学层面解释甘蔗宿根性差异的文献鲜见报道,从转录水平分析不同宿根年限GR2号和ROC22号基因表达的差异。结果表明:转录组测序共得到100558条转录本和25582条Unigene。获得53790条Unigene的注释结果,分别在NR、Swiss-Prot、KEGG、COG、KOG、GO和Pfam数据库进行比对。GO功能注释共分成三大类,51小类,6年宿根蔗注释到1029个差异基因,3年宿根蔗注释到3391个差异基因。主要KEGG代谢通路有8条,分别涉及植物激素信号转导,淀粉和蔗糖代谢,甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢,苯丙素生物合成,同源重组,DNA复制,错配修复及植物病原体相互作用。筛选出脱落酸(ABA)相关差异基因6个,分别为脱落酸不敏感蛋白2基因(ABI2)、bZIP转录因子超家族蛋白、碱性亮氨酸拉链型转录因子基因(ABI5)、aba响应元件结合因子1基因(ABF1)、G-box结合因子基因(GBFs)、aba响应元件结合因子基因(ABF)。以上差异基因将作为后期进行基因表达和功能分析的参考基因,并联合蛋白质组学深入分析影响甘蔗宿根性的分子机制。

关键词：甘蔗宿根性转录组脱落酸

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高产高糖强宿根性甘蔗新品种桂热2号的选育

中国糖料 2024年第1期46卷 23-32页

作者：吕平周全光王友富庞新华黄强朱鹏锦农泽梅谭秦亮欧克纬卢业飞程琴宋奇琦李佳慧广西农业科学院广西亚热带作物研究所南宁530001 凉山彝族自治州林业草原科学研究院四川西昌615000

【目的】针对当前甘蔗生产上需要解决的问题,开展选育高产、高糖、抗逆性强等综合性状优良的甘蔗新品种。【方法】以高糖、分蘖强、宿根性好的‘粤糖91-976’为母本,‘新台糖20号’为父本进行常规有性杂交,按照“五圃制”法进行选育,经... 详细信息

【目的】针对当前甘蔗生产上需要解决的问题,开展选育高产、高糖、抗逆性强等综合性状优良的甘蔗新品种。【方法】以高糖、分蘖强、宿根性好的‘粤糖91-976’为母本,‘新台糖20号’为父本进行常规有性杂交,按照“五圃制”法进行选育,经过各级圃筛选、评比分析,选育出1个优良的甘蔗新品种‘桂热2号’。【结果】‘桂热2号’植株较高,中大茎种,出苗率较高,成茎率高,易脱叶,田间黑穗病自然发病率低,达到高抗水平,抗旱、耐寒能力强,可忍受较长时间干旱或低温天气,宿根性好,比较适合中小型机械化收获。在2015-2017年广西区域试验中3年(1年新植、2年宿根)平均蔗茎产量、蔗糖产量分别为116.14 t/hm^(2)、15.49 t/hm^(2),比对照‘新台糖22号’增产33.22%、增糖32.05%。【结论】该品种于2020年通过中华人民共和国农业农村部非主要农作物品种登记[登记编号:GPD甘蔗(2020)450040],适合在广西、四川等地推广种植。

关键词：甘蔗桂热2号新品种选育宿根性

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不同宿根年限甘蔗品种间内源激素及酶活分析

作物杂志 2022年

作者：程琴谭秦亮李佳慧朱鹏锦周全光欧克纬卢业飞吕平庞新华广西壮族自治区亚热带作物研究所

不同甘蔗品种的宿根性强弱存在很大差异，为了研究不同宿根年限甘蔗品种间的表现，以种植在广西农垦昌菱农场的2年和5年宿根蔗（桂热蔗2号和对照ROC22号）为研究对象，通过测定宿根萌发期根、茎、叶中可溶性糖、可溶性蛋白、内源激素及...

不同甘蔗品种的宿根性强弱存在很大差异，为了研究不同宿根年限甘蔗品种间的表现，以种植在广西农垦昌菱农场的2年和5年宿根蔗（桂热蔗2号和对照ROC22号）为研究对象，通过测定宿根萌发期根、茎、叶中可溶性糖、可溶性蛋白、内源激素及相关酶活指标。结果显示：可溶性糖和可溶性蛋白主要集中部位是茎和叶，GR2的5年宿根蔗的茎部可溶性糖含量最高；桂热2号中脱落酸（ABA）含量降幅最大，与宿根性强弱关系紧密，GA;与宿根性的强弱成负相关，与ABA和生长素（IAA）的变化趋势相反；植物过氧化氢酶（CAT）、植物苯丙氨酸解氨酶（PAL）与宿根性强弱成正相关，植物蔗糖合成酶（SS）与宿根性强弱成负相关，植物蛋白酶（protease）在桂热2号5年宿根蔗中含量最高；通过极点排序法计算得到ABA，IAA，GA;，CAT，PAL，Protease，SOD，SS的权重系数分别为0.186，0.136，0.107，0.074，0.115，0.165，0.056，0.159。其中ABA、protease和SS含量的权重系数较大，说明这3个指标对甘蔗宿根性的影响较大；宿根萌发期各品系宿根性强弱排序为GF1>GT1>RT1>RF1，说明桂热蔗2号的宿根性强于ROC22，甘蔗桂热2号值得推广的强宿根性品种。

关键词：

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菠萝叶绿体基因组密码子偏好性分析

热带作物学报 2022年第3期43卷 439-446页

作者：杨祥燕蔡元保谭秦亮覃旭黄显雅吴密广西壮族自治区农业科学院/广西壮族自治区亚热带作物研究所广西南宁530001

叶绿体基因组密码子偏好性影响基因的表达效率,对于叶绿体基因工程应用及物种遗传改良具有重要的科学意义。为了明确菠萝叶绿体基因组密码子偏好性的使用特征及主要影响因素,本研究以菠萝叶绿体基因组为研究对象,利用生物信息学软件分... 详细信息

叶绿体基因组密码子偏好性影响基因的表达效率,对于叶绿体基因工程应用及物种遗传改良具有重要的科学意义。为了明确菠萝叶绿体基因组密码子偏好性的使用特征及主要影响因素,本研究以菠萝叶绿体基因组为研究对象,利用生物信息学软件分析其密码子的使用模式和偏好性。密码子偏好性相关参数分析显示:(1)菠萝叶绿体基因密码子的GC含量平均值为38.31%,密码子第1~3位的GC含量平均值分别为46.78%、39.61%、28.53%,密码子前两位的GC平均含量明显高于第3位;(2)有效密码子数(ENC)的取值范围为38.48~61.00,平均值为47.21,其密码子偏性较弱。相关性分析显示:(1)GC1与GC2显著相关,GCall与GC1、GC2、GC3都极显著正相关,GC3与GC1、GC2都不显著相关;(2)ENC与GC1不显著相关,但与GC2和GC3分别显著和极显著相关;(3)密码子数(N)只与GC3显著相关,说明密码子3个位置中第3位碱基组成主要影响着密码子数。RSCU分析显示,29个RSCU>1的密码子中以A结尾有12个、以U结尾有16个、以G结尾有1个。中性绘图分析显示,GC12与GC3的相关系数和回归系数分别为0.065和0.085,二者不显著相关。ENC-plot绘图分析显示,大多数基因分布于标准曲线附近,多数ENC比值分布在–0.05~0.05区间。PR2-plot绘图分析显示,所有基因不均匀分布在平面图的4个区域内,密码子第3位嘧啶T/C的使用频率高于嘌呤A/G。这3种绘图分析综合表明,自然选择和突变作为主要因素,相对均衡地影响菠萝叶绿体基因组的密码子偏好性。最优密码子和RSCU分析显示,29个RSCU>1的密码子及筛选的18个最优密码子绝大多数偏好以A或U结尾。这些研究结果可为外源基因的密码子优化及提高其表达效率提供科学依据。

关键词：菠萝叶绿体基因组密码子偏好性最优密码子

甘蔗ScXTH23基因克隆及低温胁迫下响应

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分子植物育种 2023年

作者：宋奇琦朱鹏锦李佳慧张莉娟谭秦亮吕平周全光程琴广西壮族自治区亚热带作物研究所

植物细胞壁是植物抵御外界胁迫的首要屏障，木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶(XTHs)对于构建植物细胞壁具有重要作用。为探索木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶基因ScXTH23在甘蔗低温响应中的生物学功能，本研究以抗寒甘蔗品种‘GR2’为材料，克隆甘... 详细信息

植物细胞壁是植物抵御外界胁迫的首要屏障，木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶(XTHs)对于构建植物细胞壁具有重要作用。为探索木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶基因ScXTH23在甘蔗低温响应中的生物学功能，本研究以抗寒甘蔗品种‘GR2’为材料，克隆甘蔗ScXTH23基因，并对序列进行生物信息学分析，通过RT-qPCR对4 °C低温处理0 h、2 h、6 h、12 h、24 h后的甘蔗叶片中该基因的表达水平进行检测和分析。结果显示该基因编码297个氨基酸，蛋白分子质量为33.23 kD，为稳定亲水性蛋白，亚细胞定位预测显示位于质膜上，且具有信号肽和Glyco-hyho＿16、XET＿C保守结构域。ScXTH23基因与高粱XTH23基因亲缘关系最近，不同物种XTH23蛋白之间有较高的同源性，具有功能保守性。甘蔗叶中ScXTH23基因表达量随着低温胁迫时间增加而升高，表明ScXTH23基因表达量受低温胁迫诱导，可能参与甘蔗的低温调控途径。

关键词：甘蔗木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶基因克隆生物信息学分析低温胁迫

甘蔗SoNCED和SoSnRK2.1基因的原核表达及遗传转化研究

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甘蔗SoNCED和SoSnRK2.1基因的原核表达及遗传转化研究

作者：谭秦亮广西大学

学位级别：硕士

本研究的研究目的是对甘蔗ABA生物合成途径关键基因SoNCED和ABA信号转导途径关键基因SoSnRK2.1进行克隆及表达分析,构建这两个基因的原核表达载体,并在大肠杆菌中诱导表达,纯化和鉴定其表达产物;同时构建SoSnRK2.1基因的真核植物表达载... 详细信息

本研究的研究目的是对甘蔗ABA生物合成途径关键基因SoNCED和ABA信号转导途径关键基因SoSnRK2.1进行克隆及表达分析,构建这两个基因的原核表达载体,并在大肠杆菌中诱导表达,纯化和鉴定其表达产物;同时构建SoSnRK2.1基因的真核植物表达载体,采用农杆菌介导法进行烟草的转化。主要研究内容和结果如下： 1、根据已克隆的SoNCED基因和SoSnRK2.1基因的全长,设计适合原核表达载体pET30a(+)和植物表达载体PBI121酶切要求的特异性引物,以逆境胁迫下的甘蔗叶片RNA为模板,PCR扩增出连有酶切位点的SoNCED基因和SoSnRK2.1基因的ORF。序列比对表明：扩增的SoNCED基因ORF大小为1827bp,扩增的SoSnRK2.1基因ORF大小为1002bp,与全长序列比对完全一致。 2、成功构建了SoNCED基因和SoSnRK2.1基因的原核表达载体pET-SoNCED和pET-SoSnRK2.1,在37℃用1.0mmol/LIPTG进行诱导,两个基因均能表达目的蛋白,其中原核表达载体pET-SoNCED诱导的目的蛋白大小约为66kDa,原核表达载体pET-SoSnRK2.1诱导的目的蛋白大小约为38kDa,均与预测蛋白大小相符。两个蛋白经验证是以包涵体形式存在,通过Ni2+-NTA纯化后均能得到单一条带,质谱分析pET-SoNCED蛋白,鉴定该蛋白为NCED蛋白。 3、利用实时荧光定量PCR技术对SoNCED基因和SoSnRK2.1基因受到四种胁迫时的表达模式进行了研究,结果表明在受到不同的逆境胁迫时两个基因均能诱导表达,但是在不同的处理时间段表达量的提高幅度有所不同。推测这两个基因在应答逆境胁迫等方面起作用。 4、成功构建了SoSnRK2.1基因的真核植物表达载体,正向插入载体pBI121的正义表达载体被命名为pBI-2-SoSnRK2.1,反向插入载体pBI121的反义表达载体被命名为pBI-3-SoSnRK2.1,并采用农杆菌介导法进行了转化烟草的初步研究。

关键词：甘蔗 ABA合成信号转导原核表达植物表达载体

基于Label-free技术的甘蔗宿根性蛋白质组学分析

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分子植物育种 2022年

作者：宋奇琦程琴周全光庞新华李佳慧谭秦亮朱鹏锦卢业飞农泽梅吕平欧克纬广西壮族自治区亚热带作物研究所

宿根是甘蔗生产的主要栽培方式。宿根年限增加引起的宿根蔗产量降低、病虫害增加、宿根年限缩短，严重威胁甘蔗高产栽培。本研究以宿根性强甘蔗品种‘桂热2号’(GR2)和传统主栽品种‘新台糖22号’(ROC22)为试验材料，通过Label-free技... 详细信息

宿根是甘蔗生产的主要栽培方式。宿根年限增加引起的宿根蔗产量降低、病虫害增加、宿根年限缩短，严重威胁甘蔗高产栽培。本研究以宿根性强甘蔗品种‘桂热2号’(GR2)和传统主栽品种‘新台糖22号’(ROC22)为试验材料，通过Label-free技术分析品种间宿根3年和宿根6年差异表达蛋白。结果显示：宿根3年两个品种间差异表达蛋白154个，宿根6年两个品种间差异表达蛋白117个；对共有差异表达蛋白及代谢通路进行分析，发现上调蛋白主要参与氰基氨基酸代谢、碱基切除修复、同源重组、嘧啶代谢、真核生物核糖体生物发生、过氧化物酶体、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢、核苷酸切除修复途径，推测甘蔗的宿根能力与遗传物质的表达和调控有关，而下调蛋白大多参与植物抗逆过程，这可能与‘GR2’综合抗逆能力强有关，在不需要响应胁迫的时间点，相关防卫蛋白表达下调。综上所述，在提高甘蔗抗逆能力的基础上，遗传物质的表达和调控相关基因对于甘蔗宿根年限的延长起到重要作用，值得后续重点关注和研究。

关键词：甘蔗宿根性蛋白质组学

3个甘蔗品种（系）响应低温胁迫的转录组分析

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广西科学 2023年

作者：朱鹏锦宋奇琦谭秦亮程琴李佳慧庞新华周全光吕平欧克纬卢业飞农泽梅广西壮族自治区亚热带作物研究所

为了挖掘甘蔗响应低温的特异基因，揭示甘蔗响应低温的分子调控机理，本研究以3个抗寒能力不同的甘蔗品种作为试验材料，利用转录组测序技术分析不同抗寒能力的甘蔗品种在低温胁迫（4℃）下基因表达差异。研究结果表明，利用权重基因共... 详细信息

为了挖掘甘蔗响应低温的特异基因，揭示甘蔗响应低温的分子调控机理，本研究以3个抗寒能力不同的甘蔗品种作为试验材料，利用转录组测序技术分析不同抗寒能力的甘蔗品种在低温胁迫（4℃）下基因表达差异。研究结果表明，利用权重基因共表达网络分析(Weighted Gene Co-expression Network Analysis，WGCNA)鉴定出13个基因共表达模块，通过相关性分析筛选到blue和yellow模块作为甘蔗抗寒机理研究的目标模块。基于blue和yellow模块中筛选出可能与甘蔗抗寒能力密切相关的13个响应低温胁迫的基因，为后续选育抗寒性强的优良甘蔗新品种提供重要参考。

关键词：甘蔗低温转录组权重基因共表达网络分析

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不同宿根年限甘蔗品种内源激素及酶活性分析

作物杂志 2022年第3期 181-186页

作者：程琴谭秦亮李佳慧朱鹏锦周全光欧克纬卢业飞吕平庞新华广西壮族自治区亚热带作物研究所广西南宁530001

不同甘蔗品种的宿根性强弱存在很大差异,为探究不同宿根年限甘蔗品种间的表现,以桂热2号(GR2)和对照新台糖22号(ROC22)为研究对象,测定宿根萌发期根、茎、叶中可溶性糖、可溶性蛋白、内源激素含量及相关酶活性指标。结果显示,可溶性糖... 详细信息

不同甘蔗品种的宿根性强弱存在很大差异,为探究不同宿根年限甘蔗品种间的表现,以桂热2号(GR2)和对照新台糖22号(ROC22)为研究对象,测定宿根萌发期根、茎、叶中可溶性糖、可溶性蛋白、内源激素含量及相关酶活性指标。结果显示,可溶性糖和可溶性蛋白主要集中部位是茎和叶,GR2的5年宿根蔗的茎部可溶性糖含量最高;GR2中脱落酸(ABA)含量降幅最大,与宿根性强弱关系紧密,赤霉素(GA_(3))与宿根性的强弱成负相关,与ABA和生长素(IAA)的变化趋势相反;植物过氧化氢酶(CAT)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性与宿根性强弱成正相关,蔗糖合成酶(SS)活性与宿根性强弱成负相关,植物蛋白酶(Protease)在GR2的5年宿根蔗中活性最高;通过极点排序法计算得到ABA、IAA、GA_(3)、CAT、PAL、Protease、SOD和SS的权重系数,分别为0.186、0.136、0.107、0.074、0.115、0.165、0.056和0.159。其中ABA含量、Protease和SS活性的权重系数较大,说明这3个指标对甘蔗宿根性的影响较大;宿根萌发期各品系宿根性强弱排序为GF>GT>RT>RF,说明GR2的宿根性强于ROC22,桂热2号是值得推广的强宿根性品种。

关键词：甘蔗宿根性内源激素酶活性极点排序法