能源植物小桐子的细胞分裂素代谢关键酶基因功能分析取得进展

        细胞分裂素是一类重要的调控植物生长发育物质,参与调控许多植物生长发育过程。中科院西双版纳热带植物园前期的研究表明外源细胞分裂素处理可显著提高小桐子的种子产量。植物内源细胞分裂素的水平是受异戊烯基转移酶(isopentenyl transferases, IPT),细胞色素P450单氧酶CYP735A(cytochrome P450 monooxygenase, family 735, subfamily A)和细胞分裂素氧化酶(cytokinin oxidase/dehydrogenase, CKX)等生物合成和降解酶的活性共同调控的。但能源植物小桐子的内源细胞分裂素代谢关键酶基因的功能研究还未见报道。

近日,版纳植物园热带植物资源可持续利用重点实验室能源植物分子育种研究组的博士生蔡黎在徐增富研究员和付乾堂副研究员的指导下,对小桐子中的JcIPT、JcCYP735A和JcCKX基因家族进行了分离鉴定,共获得6个JcIPT、1个JcCYP735A和7个JcCKX基因;采用荧光实时定量PCR对它们在小桐子各组织部位中的表达模式进行了分析。进一步利用CRIPSR-Cas9基因编辑技术对小桐子中的JcCYP735A基因进行了敲除,发现小桐子Jccyp735a突变体植株生长发育受到明显的抑制。对Jccyp735a突变体的内源细胞分裂素种类和含量水平检测发现,反式玉米素(tZ)及其核糖苷类细胞分裂素的水平显著下降,因此推测JcCYP735A是小桐子中合成合成反式玉米素的主要途径,并且JcCYP735A通过调控反式玉米素的含量水平影响小桐子茎的发育生长。JcCYP735A对小桐子花序、果实和种子发育的影响还有待进一步研究。

相关结果以Identification and expression analysis of cytokinin metabolic genes IPTs, CYP735A and CKXs in the biofuel plant Jatropha curcas为题,近期发表于国际学术期刊PeerJ 6: e4812,https://doi.org/10.7717/peerj.4812 上。该研究得到了国家自然科学基金(31370595, 31300568和31670612)和中国科学院植物种质资源创新(ZSZC-014)等项目的资助。

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健康食用油料植物星油藤的主要组织器官转录组研究取得进展

        星油藤 (Plukenetia volubilis L.)又名美藤果、南美油藤,英文名称为Sacha Inchi或Inca peanut,为大戟科多年生木质藤本植物,种子含有41–54%的油以及25–27% 的蛋白质。星油藤种子油中的2种人体必需多元不饱和脂肪酸a-亚麻酸(ω-3类,简称ALA)和亚油酸(ω-6类)的含量达到86%以上,其中ALA含量高达48-54%。星油藤种子油在食品、保健品以及化妆品等方面具有广阔的应用前景,因此星油藤被国内外认为是一种极具发展潜力的健康食用油料植物。中国科学院西双版纳热带植物园于2006年从南美洲引种星油藤并试种获得成功,目前已在我国云南的西双版纳、普洱、元江和德宏等地以及海南、广东、贵州、广西等广大热带地区和干热河谷地区进行种植,并已推广到老挝和泰国等东南亚国家。然而,目前星油藤的遗传学数据信息及其ALA的合成代谢调控机制尚未明确。 

中科院西双版纳热带植物园热带植物资源可持续利用重点实验室能源植物分子育种研究组的博士生胡晓笛和副研究员潘帮珍在研究员徐增富的指导下,采用Illumina高通量测序技术对星油藤的根、茎、茎尖、叶、雌花、雄花、果实和种子8个主要组织器官开展了转录组测序分析研究。共获得约162 G的数据,De novo 组装后,最终得到的平均长度为851 bp,N50值为1,909 bp的124,750个unigenes数据集,其中70,124 个unigenes可以被注释。在根、茎、茎尖、叶、 雄花、雌花、果实和种子中分别发现495、24、249、390、195、2244、287和388个组织特异性表达基因。从de novo组装的转录组中,鉴定出211个unigenes可能参与ALA生物合成,89个unigenes可能参与脂肪酸分解代谢途径;其中,脂肪酸去饱和酶基因FAD3和FAD7可能对ALA在星油藤种子中的积累起到了重要作用。 

上述相关研究结果以De novo transcriptome assembly of the eight major organs of Sacha Inchi (Plukenetia volubilis) and the identification of genes involved in α-linolenic acid metabolism为题,已在线发表于国际专业学术期刊BMC Genomics 19:380上,https://doi.org/10.1186/s12864-018-4774-y上。该研究得到了云南省自然科学基金 (2014FB186 和 2016FB051)、中科院西双版纳热带植物园135项目(2017XTBG-T02)的支持。

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