菊芋基因组方面的研究进展

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24个菊芋品种(系)遗传多样性的ISSR标记分析

仅包含Ｗ１２，第 Ⅲ类包含Ｗ３０、Ｗ４２、 ‘ 青芋２号 ’ （ ‘ ＱｉｎｇｙｕＮｏ．２ ’ ）、Ｗ０９、Ｗ１８、Ｗ２６和Ｗ５１，第 Ⅳ类包含Ｗ０６和
Ｗ８４，第Ｖ类包含 ‘ 青芋３号 ’ （ ‘ ＱｉｎｇｙｕＮｏ．３ ’ ）、Ｗ２３、Ｗ３６、Ｗ４３、Ｗ５４、Ｗ７５、Ｗ５０、Ｗ６２、Ｗ６４、Ｗ７９、Ｓ１５０、Ｓ１３８和Ｗ６６；多数块茎特征相似的品种（系）被聚在一起，但也有部分块茎特征不同的品种（系）被聚在同一类中；部分品种（系）的聚类分析结果与其形态分类结果及地理分布不一致。研究结果表明：供试的菊芋品种（系）具有较高的遗传多样性，存在着较为频繁的基因交流；基于ＩＳＳＲ标记分析能较准确地揭示出菊芋品种（系）间的遗传多样性。关键词：菊芋；ＩＳＳＲ标记；遗传多样性；多态性条带；聚类分析；块茎特征
ｒｅｇｉｏｎｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄｗａｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｂｙＩＳＳＲｍｏｌｅｃｕｌａｒｍａｒｋｅｒ，ａｎｄｇｅｎｅｔｉｃｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐａｍｏｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇｅｎｅｔｗｅｎｔｙ — ｆｏｕｒｃｕｌｔｉｖａｒｓ（１ｉｎｅｓ）ｏｆＨｅｌｉａｎｔｈｕｓｔｕｂｅｒｏｓｕｓＬｉｎｎ．ｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔ

菊芋SSR-PCR反应体系优化及3个品种的分子鉴别

菊芋SSR-PCR反应体系优化及3个品种的分子鉴别任鹏鸿;韩睿;马胜超;李莉【摘要】本研究通过单因子优化试验和L16 (45)正交试验设计的方法,对菊芋SSR-PCR反应体系进行优化.结果表明,20ul最佳反应体系:10×PCR扩增缓冲液,2.5 mmol/L Mg2+,0.20 mmol/L dNTPs,0.30 μmol/L正反引物,0.2 U Taq DNA聚合酶和50 ng模板DNA.利用该优化体系,从100个SSR引物组合中筛选出12个清晰且多态性高的引物组合对3个品种的菊芋DNA序列进行扩增,得到58个位点,其中多态性位点39个,多态率为67.2％;建立3个菊芋品种分子识别卡,用2对引物组合的6个多态性位点即可将其分开.本研究为后续应用SSR分子标记技术对菊芋进行种质资源分子遗传学方面的研究提供依据.【期刊名称】《西南农业学报》【年(卷),期】2013(026)006【总页数】6页(P2441-2446)【关键词】菊芋;SSR-PCR;优化;引物筛选;分子鉴别【作者】任鹏鸿;韩睿;马胜超;李莉【作者单位】青海省农林科学院菊芋研发中心,青海省蔬菜遗传与生理重点实验室,青海西宁810016;青海省农林科学院菊芋研发中心,青海省蔬菜遗传与生理重点实验室,青海西宁810016;青海省农林科学院菊芋研发中心,青海省蔬菜遗传与生理重点实验室,青海西宁810016;青海省农林科学院菊芋研发中心,青海省蔬菜遗传与生理重点实验室,青海西宁810016【正文语种】中文【中图分类】S632.3菊芋(Helianthus tuberosus L.)，又称洋姜、鬼子姜、五星草等，是菊科向日葵属的多年生草本植物，原产北美，经欧洲传入我国。

菊芋块茎质地细密、脆嫩、可食用或做酱菜，富含菊糖和果糖，是制糖和糖浆的原料，有特殊的保健和抗癌作用，具有很高的推广应用和研究价值；其嫩叶是一种营养丰富的青饲料［1］，茎秆富含纤维可以做成高密度纤维板［2］。

菊芋htccr1基因的克隆与表达分析

西北植物学报,２０１９,３９(１１):１９１９－１９２８A c t aB o t ．B o r e a l ．ＧO c c i d e n t ．S i n．㊀㊀d o i :１０．７６０６/j ．i s s n ．１０００Ｇ４０２５．２０１９．１１．１９１９㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀h t t p ://x b z w x b ．a l l jo u r n a l ．n e t 收稿日期:２０１９Ｇ０８Ｇ１６;修改稿收到日期:２０１９Ｇ１０Ｇ２０基金项目:河北省高等学校科学技术研究项目(B J ２０１８０４４);廊坊市科技支撑计划(２０１９０１２００３)作者简介:张新业(１９８６－),男,博士,讲师,主要从事作物分子育种研究.E Ｇm a i l :z h a n g x i n ye ＠lf n u ．e d u ．c n ∗通信作者:李文静,博士,讲师,主要从事植物分子生物学研究.E Ｇm a i l :l i w e n j i n g＠l f n u ．e d u ．c n 菊芋H t C C R １基因的克隆与表达分析张新业１,２,３,苏彦苹１,２,乔㊀洁１,王聪艳１,２,李文静１,２,３∗(１廊坊师范学院生命科学学院,河北廊坊０６５０００;２河北省动物多样性重点实验室,河北廊坊０６５０００;３廊坊市细胞工程与应用研究重点实验室,河北廊坊,０６５０００)摘㊀要:肉桂酰辅酶A 还原酶(c i n n a m o yl ＧC o Ar e d u c t a s e ,C C R )是木质素合成代谢的关键酶.该研究以菊芋(H e Ｇl i a n t h u s t u b e r o s u s L ．) 廊芋８号为材料,克隆到１个菊芋的C C R 基因,命名为H t C C R １(G e n B a n k 登录号为MN ２０５５４０),其开放阅读框(O R F )长９７５b p,编码３２４个氨基酸,其中含有F R _S D R _e 保守结构域.系统进化分析表明,H t C C R １与向日葵C C R 蛋白(X P _０２１９８９７６３．１)共聚于一支,二者亲缘关系最近.实时定量P C R 分析表明,H t C C R １基因在菊芋茎和叶中的表达量显著高于在根和块茎中;盐(１５０m m o l L －１N a C l )胁迫处理６㊁１２和２４h 后,处理组H t C C R １基因的表达量均显著高于对照组;干旱(２０％P E G ６０００)胁迫６和１２h 后,处理组H t C C R １基因的表达较对照组均显著上调.成功构建p E T Ｇ２８a ＧH t C C R １原核表达载体,转化大肠杆菌B L ２１(D E ３)并诱导出了符合预期大小的蛋白,表明H t C C R １重组蛋白已成功表达.该研究结果为进一步研究H t C C R １基因的功能及利用基因工程手段调节菊芋中木质素的生物合成奠定了基础.关键词:菊芋;肉桂酰辅酶A 还原酶(C C R );原核表达;荧光定量P C R ;胁迫处理中图分类号:Q ７８５;Q ７８６文献标志码:AC l o n i n g a n dE x p r e s s i o nA n a l y s i s o f H t C C R １G e n e f r o m H e l i a n t h u s t u b e r o s u s L ．Z HA N G X i n y e １,２,３,S U Y a n p i n g １,２,Q I A OJ i e １,WA N GC o n g y a n １,２,L IW e n j i n g１,２,３∗(１C o l l e g e o fL i f eS c i e n c e ,L a n g f a n g N o r m a lU n i v e r s i t y ,L a n g f a n g ,H e b e i ０６５０００,C h i n a ;２H e b e iK e y L a b o r a t o r y ofA n i m a l D i v e r s i t y ,L a n g f a n g ,H e b e i ０６５０００,C h i n a ;３L a n g f a n g K e y L a b o r a t o r y o fC e l lE n g i n e e r i n g a n dA p p l i c a t i o n ,L a n g f a n g,H e b e i ０６５０００,C h i n a)A b s t r a c t :C i n n a m o y l ＧC o Ar e d u c t a s e (C C R )i s t h e k e y e n z y m e a n d p l a y s a n i m p o r t a n t r o l e i n t h e b i o s yn t h e Ｇs i s o f l i g n i nm o n o m e r ．I nt h i s s t u d y,o n e C C R g e n e H t C C R １(G e n B a n ka c c e s s i o nn u m b e r MN ２０５５４０)w a s c l o n e d f r o mt h e H e l i a n t h u s t u b e r o s u s v a r i e t y L a n g Y u８．T h eo p e n r e a d i n g fr a m e (O R F )o f H t C ＧC R １w a s ９７５b p,w h i c h e n c o d e d ３２４a m i n o a c i d s ．T h eH t C C R １p r o t e i nh a r b o r e d t h e F R _S D R _e c o n s e r v e d d o m a i n ．P h y l o g e n e t i ca n a l y s i ss h o w e dt h a tH t C C R １w a sc l o s e l y r e l a t e dt ot h e H e l i a n t h u s a n n u u s C C R p r o t e i n (X P _０２１９８９７６３．１)．T h e g e n ee x p r e s s i o n p a t t e r na n dr e s p o n s e st os a l ta n dd r o u g h ts t r e s s e so f H t C C R １w e r e d e t e c t e d t h r o u g h q R T ＧP C R．T h e r e s u l t s h o w e d t h a t H t C C R １w a s c o n t i n u o u s l y e x pr e s s e d i n r o o t ,s t e m ,l e a f a n d t u b e r ,a n d t h e e x p r e s s i o n i n s t e ma n d l e a fw a s t h e s t r o n g e s t ;t h e e x p r e s s i o no f H t C ＧC R １i n t r e a t m e n t g r o u p w a ss i g n i f i c a n t l y h i g h e r t h a nt h a t i nc o n t r o l g r o u p at６,１２a n d２４ha f t e rs a l t t r e a t m e n t ;t h e t r a n s c r i p t i o no f H t C C R １w a s s i g n i f i c a n t l y u p Ｇr e g u l a t e da f t e r ６a n d１２ho f d r o u gh t t r e a t Ｇm e n t ．T h e p r o k a r y o t i ce x p r e s s i o nv e c t o ro f H t C C R １(pE T Ｇ２８a ＧH t C C R １)w a sc o n s t r u c t e da n dt r a n s Ｇf o r m e d i n t o E s c h e r i c h i a c o l i B L ２１(D E ３),a n da f t e r I P T Gi n d u c t i o n ,t h e r e c o m b i n a n t p r o t e i no f t h ee x Ｇp e c t e ds i z ew a s e x p r e s s e d．T h e s e r e s u l t s p r o v i d e d a b a s i s f o r t h e f u r t h e r s t u d y o n f u n c t i o n o f H t C C R１a n d t h e r e g u l a t i o no f l i g n i nb i o s y n t h e s i s i n H e l i a n t h u s t u b e r o s u s u s i n gg e n e t i c e n g i n e e r i n g．K e y w o r d s:H e l i a n t h u s t u b e r o s u s L．;c i n n a m o y lＧC o A r e d u c t a s e(C C R);p r o c a r y o t i ce x p r e s s i o n;q R TＧP C R;s t r e s s t r e a t m e n t㊀㊀木质素是维管植物细胞壁的重要成分,有利于植物茎秆硬度和强度的维持及维管系统中水分和溶质的运输,此外木质素在植物抵御病原体的过程中也具有重要作用[１].但木质素的存在也会造成一定的经济和生态问题.例如,在造纸工业中,纸浆中木质素的去除需要消耗大量的能量和化学药品,不但成本高,而且污染环境,而木质素含量低或化学组成改变的木材,则有利于降低造纸工业的成本[２Ｇ３].此外,木质素也会影响植物生物质向生物燃料的转化及反刍动物对牧草的消化[４Ｇ５].因此,研究木质素合成相关基因的表达与调控在植物适应性及品质改良等方面具有重要的应用前景[６].肉桂酰辅酶A还原酶(c i n n a m o y lＧC o Ar e d u cＧt a s e,C C R)能够催化羟基肉桂酰辅酶A还原形成相应的羟基肉桂醛,是将苯丙烷代谢产物引入木质素单体合成代谢的关键酶,对碳素流入木质素合成途径具有调控作用[７Ｇ８].目前,研究者已对多种植物中的C C R基因进行了克隆和功能研究.首先,C C R 基因表达水平的改变会影响木质素的含量及组成.拟南芥[A r a b i d o p s i s t h a l i a n a(L i n n．)H e y n h．] A t C C R１基因下调表达使木质素含量降低５０％,并引起木质素的组成和结构发生改变[９].杨树(P o pＧu l u s t r e m u l a L i n n．ˑP o p u l u s a l b a L i n n．)C C R基因下调表达同样导致木质素含量的降低[１０].多年生黑麦草(L o l i u m p e r e n n e L i n n．)C C R基因的表达水平被降低后,其木质素含量降低的同时,还提高了黑麦草的消化率[１１].番茄(S o l a n u ml y c o p e r s i c u m M i l l．)中C C R基因的表达被下调后,植株矮化,木质素含量降低,但其可溶性酚类物质含量及抗氧化能力增强[１２].其次,有研究表明拟南芥A t C C R２基因和水稻(O r y z a s a t i v a L i n n．)O s C C R１基因可能在植物抗病防御过程中发挥了一定的作用[１３Ｇ１４].因此,可以通过调节C C R的活性,对植物的木质素相关性状进行遗传改良[１５].菊芋,又名洋姜,是一种菊科向日葵属多年生植物,其植株高大,可分枝,地下长有块茎[１６].菊芋具有较高的光合效率和产量,适应性广,耐寒,耐旱,耐瘠薄,耐盐碱,繁殖力强[１７Ｇ１８].菊芋块茎中含有大量以菊粉形式存在的碳水化合物,可食用,地上部茎秆部分可用作饲料.菊芋在医药方面也有一定的应用价值,如抗菌,调节肠道功能,抗肿瘤等.此外,菊芋还可用于生产生物燃料及造纸[１６,１９].迄今为止,还未见有关菊芋C C R基因研究的报道.本试验将克隆菊芋木质素合成途径中的C C R 基因(H t C C R１),并对其进行生物信息学分析及原核表达分析,以期为后续该基因的功能研究及菊芋木质素相关性状的遗传改良奠定基础.１㊀材料和方法１．１㊀试验材料菊芋品种廊芋８号是一个优良的耐盐碱型新品种,由河北省廊坊市思科农业技术有限公司菊芋产业研发团队提供.取其叶片,用于H t C C R１基因c D N A的克隆.采集廊芋８号的根㊁茎㊁叶和块茎组织,用于分析H t C C R１基因的组织表达特性.于苗期对菊芋分别进行盐胁迫(１５０m m o l L－１N a C l)和干旱胁迫(２０％P E G６０００)两种处理,以水处理作为对照,分别在胁迫后的０㊁６㊁１２㊁２４h,采集菊芋叶片,用于检测H t C C R１基因在不同胁迫条件下的表达情况.试验均设３次重复.１．２㊀方㊀法１．２．１㊀总R N A提取及c D N A合成㊀利用天根公司的R N A s i m p l eT o t a lR N A K i t提取以上菊芋材料的总R N A,然后按照G o S c r i p t T M R e v e r s e T r a nＧs c r i p t i o nS y s t e m(普洛麦格生物技术有限公司)说明书进行c D N A第一链的合成.１．２．２㊀H t C C R１基因O R F的克隆㊀根据菊科植物向日葵(H e l i a n t h u s a n n u u s L．)㊁洋蓟(C y n a r a c a rＧd u n c u l u s L．v a r．s c o l y m u s)㊁莴苣(L a c t u c a s a t i v a L．)中预测的C C R基因X M_０２２１３４０７１．１㊁X M_０２５１１９７３９．１和X M_０２３９０８５４１．１设计引物(表１),H t C C R１２F/H t C C R２r R用于扩增H t C C R１的上游片段(６８７b p),H t C C R１１F/H t C C R１２R用于扩增H t C C R１的下游片段(６１１b p),H t C C R１２F/ H t C C R１２R用于扩增H t C C R１的O R F全长(９７５b p).分别用H t C C R１２F㊁H t C C R２r R和H t CＧC R１１F㊁H t C C R１２R两套引物组合进行第一轮０２９１西㊀北㊀植㊀物㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３９卷P C R .反应体系２５μL ,含１μL 菊芋叶片c D N A ,上下游引物(１０μm o l L －１)各０．５μL ,２ˑA ８F a s t H Ｇi F iP C R M a s t e r M i x１２．５μL ,d d H ２O １０．５μL .P C R 反应程序为９５ħ５m i n ;９５ħ３０s ,６５~５５ħ３０s (每个循环降１ħ),７２ħ５０s ,循环１０次;９５ħ３０s ,５５ħ３０s ,７２ħ５０s ,循环３０次;７２ħ５m i n .P C R 产物经１％琼脂糖凝胶电泳检测.将引物组合H t C C R １２F /H t C C R ２r R 和H t C ＧC R １１F /H t C C R １２R 的P C R 产物稀释１０倍,各取１μL 混合后作为第二轮P C R 反应的模板,此外反应体系中还含有P C R m i x１２．５μL ,d d H ２O１０．５μL及O R F 全长引物H t C C R １２F 和H t C C R １２R 各０．５μL .P C R 反应程序为９５ħ５m i n ;９５ħ３０s ,６７~５７ħ３０s (每个循环降１ħ),７２ħ５０s ,循环１０次;９５ħ３０s ,５５ħ３０s ,７２ħ５０s ,循环３０次;７２ħ５m i n .P C R 产物经１％的琼脂糖凝胶电泳检测,切胶回收目的片段,并利用D N A 纯化回收试剂盒(天根公司)对目的片段进行纯化.纯化后的目的片段连接p T O P O ＧB l u n tS i m pl e 平末端克隆载体(北京艾德莱生物科技有限公司),连接产物转化大肠杆菌T r a n s１０感受态细胞,３７ħ倒置培养过夜.次日挑取单菌落,利用通用引物M １３F 和M １３R 进行菌落P C R ,产物经１％琼脂糖凝胶电泳检测,阳性克隆接种于含１００m g L －１氨苄青霉素的L B 液体培养基中过夜培养,利用北京庄盟国际生物基因科技有限公司的质粒小量提取试剂盒提取质粒,质粒经E c o RⅠ和S a l Ⅰ双酶切鉴定后,送美吉公司测序,获得的重组质粒命名为p T O P O ＧB ＧH t C C R １.１．２．３㊀生物信息学分析㊀利用D N AMA N 将核苷酸序列翻译为氨基酸序列;利用在线工具P r o t ＧP a r a m (h t t p s ://w e b ．e x p a s y ．o r g /p r o t pa r a m /)分析H t C C R １蛋白的氨基酸组成及理化性质;H t C C R １信号肽㊁跨膜结构域及亚细胞定位的预测分别通过在线工具S i g n a l P４．１S e r v e r (h t t p://w w w ．c b s ．d t u ．d k /s e r v i c e s /S i gn a l P Ｇ４．１/)[２１]㊁T MHMM S e r v e r v ．２．０(h t t p://w w w ．c b s ．d t u ．d k /s e r v i c e s /T MHMM /)和Y L o c (h t t p s ://a b i Ｇs e r v i c e s ．i n f o r m a t i k ．u n i Ｇt u e b i n ge n ．d e /y l o c /w e b l o c ．c gi )进行分析;H t C C R １的二级和三级结构分别利用S O P M A (h t t p s ://n p s a Ｇp r a b i ．i b c p．f r /c g i Ｇb i n /n p s a _a u t o m a t ．p l ?p a g e ＝n p s a _s o pm a ．h t Ｇm l )[２２]和S W I S S ＧM O D E L (h t t ps ://w w w ．s w i s s m o d e l ．e x p a s y ．o r g/)进行预测[２３];利用C D ＧS e a r c h 对H t C ＧC R １进行保守结构域分析;在N C B I 数据库中,利用B l a s t p 检索Ht C C R １的同源蛋白,并分别利用D N AMA N 进行多序列比对和M E G A ６(M a x i m u mL i k e l i h o o dT r e e ,B o o t s t r a p １０００次重复检验各分支的置信度)进行系统发育进化树构建.１．２．４㊀H t C C R １基因的表达分析㊀以菊芋２６Sr R N A 基因(G e n B a n k 号K T １７９７４２．１)为内参基因,利用引物H t C C R q F 和H t C C R qR (表１),通过荧光定量P C R (q R T ＧP C R )技术检测H t C C R １基因的组织表达特性及其在不同胁迫条件下的表达情况.操作按照２ˑS yb r G r e e n q P C R M i x (L o w R O X )(北京艾德莱生物科技有限公司)使用说明书进行.反应程序为９５ħ２m i n ;９５ħ１５s ,６３ħ２０s ,７２ħ２５s ,４０个循环;５５~９５ħ制作熔解曲线.利用２－ΔΔC t法对H t C C R １基因进行相对定量分析,使用E x c e l 和S P S S １３．０进行图形绘制和统计分析.１．２．５㊀H t C C R １基因原核表达载体的构建及诱导表达㊀重组克隆载体p T O P O ＧB ＧH t C C R １和原核表达载体p E T Ｇ２８a 分别利用限制性内切酶E c o RⅠ和表１㊀实验中用到的引物信息T a b l e １㊀I n f o r m a t i o no f p r i m e r su s e d i n t h i s s t u d y引物名称P r i m e r n a m e引物序列P r i m e r s e qu e n c e (５ᶄң３ᶄ)备注N o t eH t C C R １２F G G G A A T T C A T G G C G C A A T C A A A C A C G A A G A T C G T G T G 下划线部分为E c o RⅠ酶切位点T h e r e s t r i c t i o ns i t eo f E c o RⅠm a r k e d b y th eu n d e r l i n e ㊀H t C C R １２R G G G T C G A C G A G A T A G A T A G C C T T T G G C T T T C 下划线部分为S a l Ⅰ酶切位点T h er e s t r i c t i o ns i t eo f S a l Ⅰm a r k e db yt h eu n d e r l i n e ㊀H t C C R １１F A G C G T G T G G T T G T C A C T T C A H t C C R ２r RA T G A A C A G C G C C C A T G A A G A ２６S F [２０]C T G T C T A C T A T C C A G C G A A A C C A 内参基因R e f e r e n c e g e n e ２６S R [２０]A G G G C T C C C A C T T A T C C T A C A C内参基因R e f e r e n c e g e n eH t C C R q F T G A C T C C A T T G T C G C T G C T G T T A C 用于H t C C R １基因表达分析U s e d f o r e x p r e s s i o na n a l y s i s o f H t C C R １H t C C R qR T G C A G G T G C C A A T A G C T C A T T C T C 用于H t C C R １基因表达分析U s e d f o r e x p r e s s i o na n a l ys i s o f H t C C R １１２９１１１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀张新业,等:菊芋H t C C R １基因的克隆与表达分析S a lⅠ进行双酶切,酶切产物利用１％的琼脂糖凝胶电泳检测,纯化回收目的基因片段和p E TＧ２８a载体片段.L i g a t i o n h i g h连接H t C C R１基因片段和p E TＧ２８a载体片段,连接产物转化T r a n s１０感受态细胞.阳性克隆抽提质粒,经E c o RⅠ和S a lⅠ双酶切鉴定后,送美吉测序,获得的重组原核表达载体命名为p E TＧ２８aＧH t C C R１.p E TＧ２８aＧH t C C R１转化至大肠杆菌B L２１(D E３)感受态细胞,倒置培养过夜后,挑取单菌落进行P C R检测,阳性克隆接种于液体L B培养基中,过夜培养.次日以１ʒ１００的比例将菌液转接到新鲜的L B培养基中,３７ħ培养,当O D６００值达到０．６左右时,加入I P T G至终浓度为０．５m m o l L－１,２８ħ进行诱导,分别在０㊁４和８h取２００μL菌液,５０００r/m i n离心,加入适量５ˑS D SＧP A G E蛋白上样缓冲液重悬菌体,１００ħ加热８m i n,１２０００r/m i n 离心２m i n,取１０μL上清进行S D SＧP A G E(５％浓缩胶和１２％分离胶)电泳,电泳结束后分别利用考马斯亮蓝染色液及考马斯亮蓝染色脱色液进行染色和脱色,观察并拍照.２㊀结果与分析２．１㊀菊芋H t C C R１基因的克隆以菊芋叶片c D N A为模板,利用引物组合H t C C R１２F㊁H t C C R２r R和H t C C R１１F㊁H t C C R１２R 进行P C R扩增,分别得到长约７００和６００b p两条片段,证明已克隆到H t C C R１的上下游片段(图１, A).利用H t C C R１２F和H t C C R１２R进行第二轮P C R反应,得到长约９８０b p H t C C R１基因全长O R F (图１,B).将其连入p T O P OＧB l u n t S i m p l e平末端克隆载体,转化大肠杆菌感受态细胞.菌落P C R结果表明,阳性克隆能扩增出长约９８０b p特异条带(图A．H t C C R１基因上下游片段的P C R扩增;M．D L２０００;１．H t C C R１２F㊁H t C C R２r R的扩增产物;２．H t C C R１１F㊁H t C C R１２R的扩增产物;∗代表特异性条带,下同;B．H t C C R１基因全长O R F的P C R扩增;M．D L２０００;１．H t C C R１２F㊁H t C C R１２R的扩增产物;C．菌落P C R检测重组质粒p T O P OＧBＧH t C C R１;M．D L２０００;１~５．菌落P C R产物;D．重组质粒p T O P OＧBＧH t C C R１的双酶切鉴定;M．D L５０００;１．未酶切的p T O P OＧBＧH t C C R１;２．酶切后的p T O P OＧBＧH t C C R１图１㊀H t C C R１基因的克隆A．P C Ra m p l i f i c a t i o no f u p s t r e a ma n dd o w n s t r e a mf r a g m e n t s o f H t C C R１;M．D L２０００;１．T h eP C R p r o d u c t o f H t C C R１２Fa n d H t C C R２r R;２．T h eP C R p r o d u c t o f H t C C R１１Fa n d H t C C R１２R;∗R e p r e s e n t s t h e s p e c i f i cb a n d,t h e s a m e a s b e l o w;B．P C Ra m p l i f i c a t i o no f t h e f u l l l e n g t hO R Fo f H t C C R１;M．D L２０００;１．T h eP C R p r o d u c t o f H t C C R１２Fa n d H t C C R１２R; C．D e t e c t i o no f p T O P OＧBＧH t C C R１r e c o m b i n a n t s t h r o u g hc o l o n y P C R;M．D L２０００;１－５．C o l o n y P C R p r o d u c t s;D．D o u b l e d i g e s t i o n o f p T O P OＧBＧH t C C R１;M．D L５０００;１．R e c o m b i n a n t p l a s m i d p T O P OＧBＧH t C C R１;２．D o u b l e d i g e s t i o n p r o d u c t s o f p T O P OＧBＧH t C C R１F i g．１㊀C l o n i n g o f H t C C R１２２９１西㊀北㊀植㊀物㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３９卷１,C),而后阳性克隆抽提质粒进行双酶切验证,得到长约９８０b p目的基因片段和１８６５b p载体片段(图１,D).经验证无误的重组质粒送公司测序,结果表明,H t C C R１基因O R F全长９７５b p,编码３２４个氨基酸(图２).２．２㊀H t C C R１的生物信息学分析P r o t P a r a m分析结果表明,H t C C R１分子式为C１５９８H２５５１N４１５O４７４S１６,分子量为３５６７４．２９D,理论等电点为５．８６.H t C C R１的氨基酸组成中,亮氨酸(L e u,L)㊁缬氨酸(V a l,V)和赖氨酸(L y s,K)含量较高,分别占９．９０％㊁９．６０％和８．００％;色氨酸(T r p,W)含量最低,占１．５０％(图３).不稳定指数和总平均疏水指数分别为２９．１６和－０．０５６,表明H t C C R１是一种稳定的亲水性蛋白.S i g n a l P４．１S e r v e r和T MHMM S e r v e r的预测结果表明,H t C C R１蛋白中不含信号肽和跨膜区.亚细胞定位预测结果表明,H t C C R１主要分布在细胞质中.经预测,H t C C R１的二级结构中,αＧ螺旋(A l p h a h e l i x)占４５．６８％,伸展链(E x t e n d e d s t r a n d)占１３．２７％,βＧ转角(B e t a t u r n)占７．１０％,无规则卷曲图２㊀H t C C R１基因O R F及编码氨基酸序列F i g．２㊀T h eO R Fa n dd e d u c e da m i n o a c i ds e q u e n c e o f H t C C R１(R a n d o mc o i l)占３３．９５％.S W I S SＧMO D E L以高粱(S o r g h u mb i c o l o r L．)C C R１蛋白(５t q m．１．A)为模板,对H t C C R１进行同源建模,二者序列一致性为４７．２８％,得到H t C C R１的三级结构(图４).C DＧS e a r c h分析结果表明,H t C C R１中含有F R_S D R_e 保守结构域及C C R蛋白家族所具有的N A D P结合位点和底物结合位点,属于短链脱氢酶/还原酶(s h o r tＧc h a i nd e h y d r o g e n a s e/r e d u c t a s e,S D R)超家族.在N C B I数据库中对H t C C R１进行b l a s t p检索,从多种植物中得到H t C C R１的同源蛋白.其中H t C C R１与向日葵C C R１蛋白(X P_０２１９８９７６３．１)相似性最高,为９９．０７％;与藜麦中的C C R２Ｇl i k e蛋白(X P_０２１７１６２７８．１)相似性最低,为７０．０５％.序列比对结果表明,不同植物来源的C C R蛋白序列存在一定的差异,H t C C R１序列中存在C C R蛋白的活性位点第１０５位的A㊁第１２９位的S㊁第１６３位的Y和第１６７位的K(图５)[２４Ｇ２５].不同植物来源的C CR图３㊀H t C C R１的氨基酸组成F i g．３㊀T h e a m i n o a c i d c o m p o s i t i o no fH t C C R １图４㊀预测的H t C C R１三维结构F i g．４㊀T h e p r e d i c t e d s t r u c t u r a lm o d e l o fH t C C R１３２９１１１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀张新业,等:菊芋H t C C R１基因的克隆与表达分析X P _０２１９８９７６３．１．向日葵;X P _０２３７６４３０９．１．莴苣;X P _０２８１１２３９４．１．茶树;X P _０１９１７８６３７．１．牵牛花;X P _０２７０９０６２７．１．咖啡树;X P _００２２７５１９５．１．葡萄;X P _０２１７１６２７８．１．藜麦;N P _００１３１１９９７．１．烟草;X P _０１６５４８１３８．１．辣椒;X P _０１２４７６４７５．１．雷蒙德氏棉;X P _０１８８１９１９３．１．核桃;X P _００３６１５８１６．１．蒺藜苜蓿;X P _０１１０８９２８１．１．芝麻;X P _０２４１９８２８１．１．月季;X P _０２１８３８２７５．１．菠菜;三角所示为活性位点图５㊀H t C C R １与其他植物来源的C C R 或C C R Ｇl i k e 蛋白的序列比对X P _０２１９８９７６３．１．H e l i a n t h u s a n n u u s L i n n ．;X P _０２３７６４３０９．１．L a c t u c a s a t i v a L i n n ．;X P _０２８１１２３９４．１．C a m e l l i a s i n e n s i s (L ．)O．K t z e ．;X P _０１９１７８６３７．１．I p o m o e a n i l (L ．)R o t h ．;X P _０２７０９０６２７．１．C o f f e a a r a b i c a L i n n ．;X P _００２２７５１９５．１．V i t i s v i n i f e r a L i n n ．;X P _０２１７１６２７８．１．C h e n o p o d i u m q u i n o a W i l l d ．;N P _００１３１１９９７．１．N i c o t i a n a t a b a c u m L i n n ．;X P _０１６５４８１３８．１．C a ps i c u m a n n u u m L i n n ．;X P _０１２４７６４７５．１．G o s s y p i u mr a i m o n d i i U l b ．;X P _０１８８１９１９３．１．J u g l a n s r e g i a L i n n ．;X P _００３６１５８１６．１．M e d i c a go t r u n c a t u l a L i n n ．;X P _０１１０８９２８１．１．S e s a m u m i n d i c u m L i n n ．;X P _０２４１９８２８１．１．R o s a c h i n e n s i s J a c q．;X P _０２１８３８２７５．１．S pi n a c i a o l e r a c e a L i n n ．;T r i a n g l e r e p r e s e n t s a c t i v e s i t e s F i g ．５㊀M u l t i p l e s e q u e n c e a l i gn m e n t o fH t C C R １w i t hC C Ro rC C R Ｇl i k e p r o t e i n s i no t h e r p l a n t s ４２９１西㊀北㊀植㊀物㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３９卷或C C R Ｇl i k e 蛋白构建的系统进化树显示,H t C C R １与向日葵C C R 蛋白X P _０２１９８９７６３．１共聚于一支,二者亲缘关系最近(图６).２．３㊀H t C C R １的表达分析利用q R T ＧP C R 技术检测菊芋H t C C R １基因的组织表达特性,及其在盐胁迫(１５０m m o l L －１N a C l )和干旱胁迫(２０％P E G ６０００)条件下的表达情况.结果(图７)表明,H t C C R １基因在所有的检测组织(根㊁茎㊁叶㊁块茎)中均有表达,其中茎中表达量最高.盐胁迫处理６㊁１２和２４h 后,处理组H t C ＧC R １基因的表达量均显著高于对照组.干旱胁迫６和１２h 后,处理组H t C C R １基因的表达较对照组均显著上调.２．４㊀H t C C R １原核表达载体的构建及诱导表达将H t C C R １基因O R F片段连入原核表达载体图６㊀不同物种间C C R 或C C R Ｇl i k e 蛋白的进化树分析F i g ．６㊀P h y l o g e n e t i c t r e e a n a l ys i s o fC C Ro rC C R Ｇl i k e p r o t e i n s f r o md i f f e r e n t p l a n t s pe c i e s pE T Ｇ２８a ,转化大肠杆菌T r a n s １０感受态细胞,重组质粒利用E c o RⅠ和S a l Ⅰ进行双酶切鉴定,结果显示重组质粒酶切后产生了目的基因片段和p E T Ｇ２８a载体片段(图８,A ),酶切正确的重组质粒送公司测序,测序无误的重组质粒用于后续的原核诱导表达.将重组质粒p E T Ｇ２８a ＧH t C C R １转化至大肠杆菌B L ２１(D E ３),０．５m m o l L －１I P T G 诱导０㊁４和８h ,取样并进行S D S ＧP A G E 检测.结果表明(图８,B ),在０h 时,由于没有I P T G 诱导,没有目的蛋白表达;I P T G 诱导４和８h 后,在４０k D 分子量附近,出现与H t C C R １预测蛋白大小一致的条带,表明H t C C R １重组蛋白已成功表达.３㊀讨㊀论植物体内的木质素可以增强茎秆的机械强度,防止倒伏,此外木质素在植物抗逆性方面也具有重要作用[２４,２６].肉桂酰辅酶A 还原酶(C C R )催化木质素单体合成过程中的第一个限速反应,是木质素合成的关键酶[２７].通过基因工程手段调节C C R 基因的表达水平,能够在一定程度上改良植物木质素相关性状[２８Ｇ３０].本研究克隆到菊芋的H t C C R １基因,O R F 全长９７５b p,编码３２４个氨基酸.C C R 基因在植物中多以基因家族形式存在,多数C C R 蛋白序列中含有K NWY C Y G K 的保守序列,但该序列在不同物种间存在一定的可变性[６,３１].菊芋H t C ＧC R １蛋白中该保守序列变为E L WY P L S K ,在其他植物如水稻㊁玉米㊁丹参和苎麻中,同样存在该序列的变异[８,３２],这可能与C C R 蛋白的物种来源及亲缘关系有关.也有研究指出该保守序列发生改变后,不同字母表示组织间及相同处理时间下不同处理间差异显著(P ＜０．０５)图７㊀H t C C R １基因的组织表达特性及其在不同胁迫处理下的表达分析D i f f e r e n t l e t t e r s i n d i c a t e s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s a m o n g di f f e r e n t t i s s u e s a n dd i f f e r e n t t r e a t m e n t s a t t h e s a m e t i m e a t ０．０５l e v e l F i g ．７㊀T i s s u e e x p r e s s i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f H t C C R １a n d i t s e x pr e s s i o nu n d e r d i f f e r e n t s t r e s s c o n d i t i o n s ５２９１１１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀张新业,等:菊芋H t C C R １基因的克隆与表达分析A．重组质粒p E TＧ２８aＧH t C C R１的双酶切鉴定;M．D L５０００;１．未酶切的p E TＧ２８aＧH t C C R１;２．双酶切后的p E TＧ２８aＧH t C C R１;B．重组蛋白H t C C R１的S D SＧP A G E电泳检测;M．P a g e R u l e r预染蛋白m a r k e r;１~３．p E TＧ２８aＧH t C C R１转化的B L２１(D E３)分别诱导０㊁４和８h的总蛋白图８㊀H t C C R１的原核表达A．D o u b l e d i g e s t i o no f p E TＧ２８aＧH t C C R１;M．D L５０００;１．R e c o m b i n a n t p l a s m i d p E TＧ２８aＧH t C C R１;２．D o u b l e d i g e s t i o n p r o d u c t s o f p E TＧ２８aＧH t C C R１;B．E x p r e s s i o no f r e c o m b i n a n tH t C C R１i n E s c h e r i c h i a c o l i;M．P r e s t a i n e d p r o t e i nm a r k e r;１－３．T o t a l p r o t e i no f E．c o l i B L２１(D E３)t r a n s f o r m e dw i t h p E TＧ２８aＧH t C C R１i n d u c e db y I P T Gf o r０,４a n d８hF i g．８㊀P r o k a r y o t i c e x p r e s s i o no fH t C C R１可能会影响C C R蛋白的活性,并将发生改变的蛋白归为C C RＧl i k e蛋白[３３].不过菊芋H t C C R１蛋白的功能如何,还需通过酶活测定及转基因等方法进行研究,本研究已对H t C C R１蛋白进行了原核诱导表达,为今后该蛋白的深入研究打下了基础.本研究对H t C C R１二级结构的预测表明,αＧ螺旋和无规则卷曲含量较高,分别占４５．６８％和３３．９５％,伸展链和βＧ转角含量较低,各占１３．２７％和７．１０％.王庆东等[３４]对多种植物的C C R蛋白的二级结构进行预测分析,指出C C R蛋白二级结构中,αＧ螺旋与不规则卷曲占比较高,分别是４２．８０％和３６．１８％,而延伸链与βＧ转角各占１４．２０％和６．８３％.二者结果颇为相似,表明不同物种来源的C C R蛋白在二级结构的构成上具有一定的保守性.此外,陈刚等[２４]分析表明,植物C C R蛋白中无信号肽且不存在跨膜结构域.这与本研究结果一致, H t C C R１蛋白中也未发现信号肽和跨膜区.C C R基因主要在木质化程度较高的组织或部位表达,这表明其在木质素代谢过程中具有重要作用.例如,丹参S m C C R２基因在茎中表达量最高[３２];柠条锦鸡儿C k C C R基因在茎中的表达量高于根和叶[１５];本研究中,菊芋H t C C R１基因在茎的表达量最高.但在有的植物中,C C R基因的主要表达部位会有差异.例如,马铃薯S t C C R１基因主要在根和叶中表达,茎中的表达量很低[３５];芹菜A g CＧC R基因在叶中表达量最高[２５];而青花菜B o C C R基因则在发育早期的花蕾中表达量最高,叶片次之,茎中表达量较低[３６].C C R基因的表达同时也受到外界环境的影响.P E G６０００处理可使玉米C C R２基因表达上调,表明C C R２基因能够响应P E G６０００模拟的干旱胁迫[３７];柳枝稷叶中P v C C R２基因可能参与叶锈病的防御响应,其在接种叶锈病菌后表达上调[３３];盐胁迫下,芹菜A g C C R基因在品种六合黄心芹中表达水平上调,而在品种文图拉中表达受抑制[２５].本研究对菊芋幼苗盐胁迫处理６㊁１２和２４h后,处理组H t C C R１基因的表达量显著上调;干旱胁迫６和１２h后,处理组H t C C R１基因的表达均显著上调.表明H t C C R１基因可能参与了菊芋对两种逆境的胁迫响应.菊芋茎秆是很好的动物饲料及造纸工业的原料,深入研究菊芋木质素代谢有关基因及其作用机理,有助于对菊芋茎秆进行综合利用.本研究获得了菊芋H t C C R１基因序列,对其进行了生物信息学分析及表达分析,为后续进行酶活检测以及通过调节该基因来改良菊芋木质素相关性状打下了基础.６２９１西㊀北㊀植㊀物㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３９卷参考文献:[１]㊀B O E R J A N W,R A L P HJ,B A U C H E R M．L i g n i nb i o s y n t h eＧs i s[J]．A n n u a l R e v i e wo f P l a n t B i o l o g y,２００３,５４:５１９Ｇ５４６．[２]㊀M O U R AJC M S,B O N I N E C A V,D E O L I V E I R A F E RＧN A N D E S V I A N A J,e ta l．A b i o t i ca n db i o t i cs t r e s s e sa n dc h a n g e s i nt h el i g n i nc o n t e n ta n dc o m p o s i t i o ni n p l a n t s[J]．J o u r n a l o f I n t e g r a t i v eP l a n t B i o l o g y,２０１０,５２(４):３６０Ｇ３７６．[３]㊀V A N H O L M ER,D E M E D T SB,MO R R E E LK,e t a l．L i g n i nb i o s y n t h e s i s a n d s t r uc t u r e[J]．P l a n t P h y s i o l o g y,２０１０,１５３:８９５Ｇ９０５．[４]㊀J U N G H G,A L L E N M S．C h a r a c t e r i s t i c so f p l a n t c e l lw a l l sa f f e c t i n g i 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n tC e l l,２００７,１９:３６６９Ｇ３６９１．[１１]㊀T U Y,R O C H F O R TS,L I UZ,e t a l．F u n c t i o n a l a n a l y s e s o fc a f f e i ca c id OＧMe t h y l t r a n sf e r a s e a n d C i n n a m o y lＧC o AＧr eＧd u c t a se g e n e sf r o m p e r e n n i a l r y eg r a s s(L o l i u m p e r e n n e)[J]．T h eP l a n tC e l l,２０１０,２２:３３５７Ｇ３３７３．[１２]㊀V A N D E R R E S T B,D A N O U N S,B O U D E T A M,e t a l．D o w nＧr e g u l a t i o no f c i n n a m o y lＧC o Ar e d u c t a s e i n t o m a t o(S oＧl a n u m l y c o p e r s i c u m L．)i n d u c e sd r a m a t i c c h a n g e s i ns o l u b l ep h e n o l i c p o o l s[J]．J o u r n a l o f E x p e r i m e n t a lB o t a n y,２００６,５７(６):１３９９Ｇ１４１１．[１３]㊀L A U V E R G E A T V,L A C OMM E C,L A C OM B E E,e t a l．T w o c i n n a m o y lＧC o Ar e d u c t a s e(C C R)g e n e s f r o m A r a b i d o pＧs i s t h a l i a n a a r ed i f f e r e n t i a l l y e x p r e s s e dd u r i n g d e v e l o p m e n ta n d i nr e s p o n s et oi n f e c t i o n w i t h p a 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a b i l i t y a n dm u l t i p l eＧu s e v a l u e s[J]．J o u rＧn a l o f M e d i c i n a lP l a n t sR e s e a r c h,２０１１,５(８):１２７２Ｇ１２７９．[１７]㊀L O N G X,N IN,WA N GL,e t a l．P h y t o r e m e d i a t i o no f c a dＧm i u mＧc o n t a m i n a t e d s o i l b y t w o J e r u s a l e ma r t i c h o k e(H e l i a nＧt h u s t u b e r o s u s L．)g e n o t y p e s[J]．C l e a nＧS o i l,A i r,W a t e r,２０１３,４１(２):２０２Ｇ２０９．[１８]㊀S H A O T,L IL,WU Y,e t a l．B a l a n c eb e t w e e ns a l t s t r e s sa n d e n d o g e n o u sh o r m o n e s i n f l u e n c ed r y m a t t e ra c c u m u l a t i o ni nJ e r u s a l e m a r t i c h o k e[J]．S c i e n c eo f t h e T o t a lE n v i r o nＧm e n t,２０１６,５６８:８９１Ｇ８９８．[１９]㊀刘㊀燕,陈小银,杨丽丽,等．响应面优化菊芋菊糖的提取工艺研究[J]．植物研究,２０１６,３６(４):６２７Ｇ６３３．L I U Y,C H E N X Y,Y A N G LL,e t a l．E x t r a c t i o n p r o c e s so p t i m i z a t i o no f i n u l i nf r o m H e l i a n t h u s t u b e r o s u s L．b y r eＧs p o n s e s u r f a c e m e t h o d o l o g y[J]．B u l l e t i no 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np h e n o t y p e,s o l u b l e p h e n o l i c p o o l s a n d l i g n i n i n t r a n s g e n i c t oＧb ac c o[J]．P l a n t C e l lR e p o r t s,２０１１,３０:２２１５Ｇ２２３１．[３０]㊀WA N GZ,C U IL,C H E N C,e t a l．D o w n r e g u l a t i o no f c i nＧn a m o y lC o Ar ed u c t a s ea f fe c t s l i g n i na n d p h e n o l i ca c i d sb i oＧs y n t h e s i s i n S a l v i am i l t i o r r h i z a B u n g e[J]．P l a n tM o l e c u l a rB i o l o g y R e p o r t e r,２０１２,３０:１２２９Ｇ１２３６．[３１]㊀P IC H O N M,C O U R B O UI,B E C K E R T M,e t a l．C l o n i n ga n d c h a r a c t e r i z a t i o n o f t w om a i z e c D N A s e n c o d i n g c i n n a m o y lＧC o Ar e d u c t a s e(C C R)a n dd i f f e r e n t i a l e x p r e s s i o no f t h ec o rＧr e s p o n d i n gg e n e s[J]．P l a n tM o l e c u l a rB i o l o g y,１９９８,３８:６７１Ｇ６７６．[３２]㊀陈㊀尘,王政军,曹鑫林,等．丹参肉桂酰辅酶A还原酶基因克隆与生物信息学分析[J]．西北植物学报,２０１１,３１(１０):１９６３Ｇ１９６８．C H E NC,WA N GZJ,C A O XL,e t a l．B i o i n f o r m a t i c s a n de x p r e s s i o na n a l y s i so fc i n n a m o y lＧC o A r e d u c t a s e g e n ef r o mS a l v i am i l t i o r r h i z a B u n g e[J]．A c t aB o t a n i c aB o r e a l iＧO c c iＧd e n t a l i aS i n i c a,２０１１,３１(１０):１９６３Ｇ１９６８．[３３]㊀E S C AM I L L AＧT R E V IÑO LL,S H E N H,U P P A L A P A T IS R．S w i t c h g r a s s(P a n i c u mv i r g a t u m)p o s s e s s e sad i v e r g e n tf a m i l y o f c i n n a m o y l C o Ar e d u c t a s e sw i t hd i s t i n c t b i o c h e m i c a lp r o p e r t i e s[J]．N e wP h y t o l o g i s t,２０１０,１８５:１４３Ｇ１５５．[３４]㊀王庆东,连政汉,王㊀燃,等．植物羟基肉桂酰辅酶A还原酶的生物信息学分析[J]．安徽农业科学,２０１４,４２(２６):８８９４Ｇ８８９９,８９２５．WA N G QD,L I A NZH,WA N GR,e t a l．B i o i n f o r m a t i c s aＧn a l y s i s o fC C Re n z y m e i n p l a n t[J]．J o u r n a l o f A n h u iA g r iＧc u l t u r a l S c i e n c e s,２０１４,４２(２６):８８９４Ｇ８８９９,８９２５．[３５]㊀L A R S E N K．M o l e c u l a rc l o n i n g a n dc h a r a c t e r i z a t i o no fc DＧN A s e n c od i n g c i n n a m o y lC o Are d u c t a s e(C C R)f r o m b a r l e y(H o r d e u mv u l g a r e)a n d p o t a t o(S o l a n u mt u b e r o s u m)[J]．J o u r n a l o f P l a n tP h y s i o l o g y,２００４,１６１:１０５Ｇ１１２．[３６]㊀李小艳,裴徐梨,荆赞革,等．青花菜肉桂酰辅酶A还原酶基因的克隆与表达特征分析[J]．热带作物学报,２０１６,３７(１１):２１９９Ｇ２２０３．L IX Y,P E IXL,J I N GZG,e t a l．C l o n i n g a n de x p r e s s i o na n a l y s i s o f a c i n n a m o y lＧC o Ar e d u c t a s e c e n e f r o mb r oc c o l i[J]．C h i n e s e J o u r n a l o f T r o p i c a lC r o p s,２０１６,３７(１１):２１９９Ｇ２２０３．[３７]㊀F A NL,L I N K E RR,G E P S T E I NS,e t a l．P r o g r e s s i v e i n h iＧb i t i o nb y w a t e r d e f ic i t o f c e l lw a l l e x t e n s i b i l i t y a nd g r o w t h aＧl o n g t h e e l o n g a t i o n z o n e o fm a i z e r o o t s i s r e l a t e d t o i n c r e a s e d l i g n i nm e t a b o l i s ma n d p r o g r e s s i v e s t e l a r a c c u m u l a t i o no fw a l lp h e n o l i c s[J]．P l a n t P h y s i o l o g y,２００６,１４０:６０３Ｇ６１２．(编辑:宋亚珍)㊀㊀８２９１西㊀北㊀植㊀物㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３９卷。

菊芋的生物学特性与开发潜力研究进展

现代农业科技
２０１５年第１３期
园艺学
菊芋的生物学特性与开发潜力研究进展
张琳安载学ｚ张维东王秀飞方淑琴刘鹏 ’
（－吉林省镇赉县农业技术推广中心，吉林镇赉１３７３００；吉林省农业科学院；桦甸市农业技术推广中心）
ＡｂｓｔｒａｃｔＨｅｌｉａｎｔｈｕｓｔｕｂｅｒｏｓｕｓＬ．ｉｓａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｍｕｈｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｅｎｅｒｙｇｐｌａｎｔｓ，ｗｉｔｈｄｒｏｕｇｈｔ，ｃｏｌｄａｎｄｓａｌｉｎｉｔｙｅｘｃｅｌｌｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．１＇ｈｅ
ｄｅｖｅｌｏｐｒｎｅｎｔｐｏｔｅｎｔｉａｌａｎｄｔｈｅｅｃｏｌｏｇｉｃｌａｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＨｅｌｉａｎｔｈ￣ｔｕｂｅｒｏｓｕｓＬ．ｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｅｅｆｏｒｔｈｅｒｅｓｅｒｃａｈｏｆ
华等研究结果表明菊芋品种南菊１号可在含盐量为０．８％的
菊芋为多年生草本植物，株高达１～３ｍ，有块状的地下
茎及纤维状根。茎直立，茎杆多分支。叶片被毛，叶通常对生。下部叶卵圆形或卯状椭圆形，基部宽楔形或者圆形，边

菊芋的生物开发研究进展

菊芋的生物开发研究进展作者：黄玉龙慕钰文陈娜孙若诗张芳康三江来源：《农产品加工·下》2018年第12期摘要：菊芋是重要的非粮经济作物，由于其生态适应性强、块茎富含菊粉，是功能食品、医药制品、生物燃料等领域的重要原料之一。

总结分析了菊芋的栽培条件、营养成分，以及在功能食品、生物活性物质、生物燃料和发酵制品方面的开发利用现状，并提出高值化综合利用的方向，为菊芋精深加工与产业发展提供参考。

关键词：菊芋;生物开发;研究进展中图分类号：S632.9; ; ; 文献标志码：A; ; doi ：10.16693/ki.1671-9646（X ）.2018.12.054Research Advances on the Biological Processing of Jerusalem ArtichokeHUANG Yulong1，2，MU Yuwen1，CHEN Na2，SUN Ruoshi2，ZHANG Fang1，*KANG Sanjiang1（1. Agricultural Product Storage and Processing Institute，Gansu Academy of Agricultural Sciences，Lanzhou，Gansu 730070，China;2. Bioactive Products Engineering Research Center for Gansu Distinctive Plants，Northwest Normal University，Lanzhou，Gansu 730070，China）Abstract：Jerusalem artichoke is an important industrial crop. Because of its strong ecological adaptability and rich inulin in tubers，jerusalem artichoke is one of the important raw materials in functional food，pharmaceutical products，biofuels and other fields. This review summarized the cultivation conditions，nutritional ingredients，utilization status of jerusalem artichoke in functional foods，bioactive components，biofuels and lactic acid fermentation products，and put forward the strategy of high-value development，to provide technical reference for intensive processing and industrial development of jerusalem artichoke.Key words：jerusalem artichoke;processing utilization;research status菊芋（Helianthus tuberosus L.）为菊科向日葵属的多年生宿根性草本植物，从17世纪由欧洲传入我国，又被称为洋姜、鬼子姜。

菊芋14-3-3基因家族的鉴定及其对非生物胁迫响应的分析

菊芋14-3-3基因家族的鉴定及其对非生物胁迫响应的分析任文才;岳杨;丁柏水;高秀美;周兆胜【期刊名称】《南京农业大学学报》【年(卷),期】2024(47)3【摘要】[目的]本文旨在鉴定菊芋14-3-3基因家族成员并分析它们对高温、低温、盐和干旱胁迫响应的表达模式,为研究14-3-3蛋白功能及菊芋育种提供依据。

[方法]采用克隆和生物信息学研究基因性质,采用RNA-seq数据分析和RT-qPCR研究基因对非生物胁迫的响应模式。

[结果]从菊芋中克隆到14-3-3基因家族的10个成员HtGRF1—HtGRF10,GenBank登录号为OP132618—OP132627。

根据进化关系将其分为2个亚家族:HtGRF1—HtGRF7属于非ε组,HtGRF8—HtGRF10属于ε组,通常形成同源或异源二聚体。

组织表达分析表明,HtGRF2/3/6/9在芽、根、茎、叶中的表达丰度较高,HtGRF3/5/9在块茎发育过程中前高后低。

综合分析根和叶中HtGRF对非生物胁迫响应时发现,HtGRF6表达水平在高温、盐和干旱胁迫下下降;HtGRF2/3/7/8/9表达水平在盐胁迫下下降,而在干旱胁迫下上升;HtGRF1表达水平在低温胁迫下上升;HtGRF4/5表达水平在干旱胁迫下下降;而HtGRF10表达水平变化不显著。

[结论]菊芋14-3-3蛋白是一个高度保守的多基因编码家族,在菊芋的生长发育和适应复杂环境中起着重要作用。

【总页数】12页(P477-488)【作者】任文才;岳杨;丁柏水;高秀美;周兆胜【作者单位】南京农业大学资源与环境科学学院/江苏省海洋生物学重点实验室【正文语种】中文【中图分类】Q785【相关文献】1.番茄DIR基因家族鉴定及其对非生物胁迫响应的分析2.紫花苜蓿CAX基因家族鉴定及其对非生物胁迫的响应分析3.枳LEA基因家族鉴定及其对非生物胁迫的响应4.大豆CAT基因家族生物信息学分析及非生物逆境胁迫响应研究5.谷子AP基因家族鉴定及其对非生物胁迫的响应分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

菊芋种间杂交育种的生物学性状研究

菊芋种间杂交育种的生物学性状研究随着科技的发展和人们对生物资源的研究日益深入，越来越多的农作物开始利用杂交育种的方法进行改良。

菊芋作为一种在我国南方广泛栽培的观赏和药用植物，在近年来也逐渐引起了人们的注意。

菊芋的姊妹物种有很多，而菊芋与其他种间进行杂交育种，可以获得更优良的品种，因此对菊芋种间杂交育种的生物学性状研究，具有重要的意义。

一、菊芋种间杂交育种的优势菊芋属于万代兰科中的一种，其最大的特点是其外观典雅飘逸、花型独特、花色华丽、色彩艳丽多样等特点。

因此，菊芋不仅是居家生活的美化装饰品，也是一种重要的药材之一。

当今人们对花卉的需求不断增加，菊芋的市场前景十分广阔。

基于这一目的，利用菊芋进行杂交育种的技术，可以更好的满足人们多样化的需求。

而菊芋的姊妹物种有很多，如万代兰属、千屈菜属等，这些物种都具有着很好的观赏和药用价值。

因此，通过不同品种的杂交，可以获得更多样化、更优良的菊芋品种，从而满足人们的需求。

二、菊芋种间杂交育种的生物学性状（一）花型特征花型是菊芋种间杂交育种的一个主要研究方向之一。

不同种间在杂交过程中，经过了基因的混合，从而形成了新的花型。

通过观察及测量花的大小、形状和颜色等，可以发现，花型变异较大，形态呈现多样化。

但是，在菊芋杂交中，花型的稳定性较差，往往在后代中变异较大，因此需不断对其进行筛选和改良。

（二）株高及分枝性株高和分枝性是杂交过程中重要的生物学性状。

不同品介之间的株高和分枝性不同，如果能通过菊芋杂交育种的方法，将不同品介的优良性状进行融合，则有利于育成更适应不同地区栽培的菊芋品种。

例如，利用菊芋和香薷的种间杂交，可以得到高株型的品种，而利用菊芋和万代兰属的种间杂交，则可以得到分枝性较好的品种，这都有助于改良菊芋的栽培性状。

（三）药用价值的变化菊芋一直以来都是一种重要的药材，而不同品种之间的药用价值也有所不同。

因此，通过进行杂交选育，可以获得更具药用价值的品种。

例如，菊芋和蛇葡萄的种间杂交育种，可以得到具有更好蛋白质和多糖含量的高品质菊芋品种。

菊芋作为能源植物的研究进展_刘祖昕

第６期
刘祖昕等：菊芋作为能源植物的研究进展
１２３
］８，１２１４－。基于能源利用在菊展潜力很大的能源植物［
２７］２８］、碱胁迫［不同生境［条件下菊芋幼苗光合特性及］２９３０－，净光合速率、光合性能指标变化［以及一般大田３１］条件下块茎形成期光合特性［等方面的研究。综
。能源植物是指一年生和多年生植
［２］
物，其种植目的是生产固体、液体、气体或其他形式的能源，是生物质能源的主要原料来源之一，是化替代以及温室气体减排、生态环境改善石能源补充、
收稿日期：２０１２０６３０－－
］基金项目：国家能源局能源节约和科技装备司项目（科技司函［２０１２３２号）：＿第一作者：刘祖昕，博士研究生，Ｅ－ｍａｉｌｌｉｕｚｘ９１８＠１２６．ｃｏｍ：通讯作者：谢光辉，教授，主要从事非粮生物质资源研究，Ｅ－ｍａｉｌｘｉｅｈ＠ｃａｕ．ｅｄｕ．ｃｎｇ
植株高大株高和茎粗受群体密度和环境条件影响liu等报16在我国陇东黄土高原半干旱地区种植株高可达206343cm主茎基部直径为1624cm过研究株型和产量的关系发现分枝数与地上部生物产量块茎产量为显著正相关关系认为菊芋育种应注重选择分枝多的类型17
（）：中国农业大学学报２０１２，１７６１２２１３２－ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＡｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｇｙ

菊芋基因序列

菊芋基因序列全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：菊芋，又名马铃薯，是一种广泛栽培的重要作物，具有丰富的营养价值和经济意义。

菊芋的基因序列研究已经取得了重要突破，为进一步了解其生长发育、抗逆性及其他重要生物学特性提供了重要的基础。

在这篇文章中，我们将深入探讨菊芋基因序列的相关内容。

菊芋的基因组大小约为1.1-1.8 Gb，含有大约28000-39000个基因。

近年来，科学家们利用先进的测序技术，如基因组测序、转录组测序等，对菊芋的基因组进行了深入研究。

通过这些研究，我们已经获得了大量的菊芋基因序列信息，揭示了菊芋基因组的结构和功能。

菊芋基因序列的研究不仅有助于了解菊芋的遗传特性，还有助于揭示其在生长发育、抗逆性以及其他重要生物学过程中的作用机制。

研究发现了一些与菊芋抗病虫害、耐寒性、耐盐碱性等重要农艺性状相关的基因，为菊芋的遗传改良提供了重要的理论基础。

菊芋基因序列的研究还有助于揭示不同种质间的遗传关系及进化历史。

通过比较不同种质的基因组序列，我们可以了解菊芋的遗传多样性及其遗传演化过程，为菊芋的遗传资源保护和利用提供重要的参考。

除了在基础研究方面的应用，菊芋基因序列的研究还对菊芋的分子育种和遗传改良具有重要意义。

通过分析菊芋的基因组序列，我们可以快速鉴定和克隆与目标性状相关的基因，从而加速传统育种和基因编辑育种的进程。

菊芋基因序列的研究为我们揭示了菊芋的遗传特性、遗传进化及遗传改良等重要信息，为菊芋的遗传资源保护和利用提供了强有力的支持。

随着科学技术的不断发展，相信菊芋的基因序列研究将为菊芋产业的持续发展和进步做出更大的贡献。

第二篇示例：菊芋，又名马铃薯蓟，是一种具有丰富营养价值的植物，被广泛应用于食品加工和药用领域。

近年来，科学家们通过对菊芋基因序列的研究，揭示了菊芋的遗传信息，为进一步挖掘菊芋的潜在价值提供了重要参考。

本文将介绍菊芋基因序列的相关知识，探讨其在生物学、医学等领域的应用前景。

菊芋基因序列

菊芋基因序列
菊芋（Helianthus tuberosus）是一种多年生的草本植物，其基因序列包含了大量的遗传信息。

由于菊芋的基因组相对较大且复杂，其完整的基因序列目前尚未完全解析。

然而，科学家们已经利用高通量测序技术获得了一些菊芋的基因组数据，并对其中的一些基因进行了深入的研究。

例如，菊芋的HtTIP2-2基因是一个液泡膜内在蛋白亚家族的成员，具有转水活性且主要定位于质膜及其周围的囊泡。

该基因的表达可以增加酿酒酵母对盐胁迫的耐受能力，并且在拟南芥中异位表达该基因可以增加拟南芥根毛的数量，并赋予拟南芥更强的逆境耐受能力。

此外，菊芋的HtWRKY基因家族也受到了关注，其中的一些成员被证明在植物抗逆性方面发挥重要作用。

需要注意的是，由于菊芋基因组的复杂性和多样性，目前所获得的基因序列数据仍然有限。

因此，对于菊芋基因序列的深入研究需要借助更先进的测序技术和分析方法，以揭示其更多的遗传信息和功能。

菊芋的研究现状

菊芋的研究现状学院化工学院班级 2011级制药工程2班姓名高永好学号 **********目录前言1.菊芋植物1.1概况1.2成分研究1.3 形态特征1.4生态特性1.5国内分布1.6栽培技术2．菊芋价值2.1价值概述2.2提取菊糖2.2.1菊糖概况2.3提取绿原酸3.研究进展4 以菊芋为原料生产液体燃料的相关研究进展4． 1 菊芋生产乙醇的工艺前言菊芋（Helianthus tuberosus）又名洋姜，是一种菊科向日葵属宿根性草本植物。

原产北美洲，十七世纪传入欧洲，后传入中国。

秋季开花，长有黄色的小盘花，形如菊，生产上一般用块茎繁殖，其地下块茎富含淀粉、菊糖等果糖多聚物，可以食用，煮食或熬粥，腌制咸菜，晒制菊芋干，或作制取淀粉和酒精原料。

地上茎也可加工作饲料。

其块茎或茎叶入药具有利水除湿，清热凉血，益胃和中之功效。

宅舍附近种植兼有美化作用。

洋姜被联合国粮农组织官员称为“21世纪人畜共用作物”。

1.菊芋植物1.1菊芋概况菊芋(Jerusalemartichoke),俗名洋姜,鬼子姜,地环,姜不辣,菊科,向日葵属,多年生草本植物"菊芋原产北美,经欧洲传入中国"菊芋作为一种可再生资源,地理分布广泛,在全球的热带、温带、寒带以及干旱、半干旱地区都有分布和栽培,对土壤的适应性较强,能从难溶的硅酸盐土层中吸收养分,即使在盐碱地上也能生长良好,并且一年种植后可每年收获,可以连收4-5年。

菊芋地下块茎产量一般为2-3吨/亩,地上茎叶产量也可达2吨/亩。

图1菊芋的花和块茎1.2成分研究菊芋粉主要成分为菊糖、粗纤维及丰富的矿物质。

据报道：鲜菊芋块茎中大约含巧15%-20%菊糖,约占菊芋干重的70%,且其中70%-80%是低聚果糖,水分79.8%,蛋白质1.0%,灰分2.8%,粗纤维16.6%及一定的维生素。

1.3形态学特征茎直立,株高2-3米"其块茎呈不规则球形或纺锤形,皮红、黄或白色,质地白嫩细脆且无异味"外形似向日葵,叶长卵形,绿色,先端尖,互生,茎扁圆形,有不规则突起"头状花序,管状花黄色,适宜观赏,果实为楔形瘦果,有毛。

菊芋不同部位DNA提取的比较研究

摘
要：分别以菊芋的茎段、叶片和块茎为材料，采用改良ＣＴＡＢ法分别提取菊芋３个部位的基因组ＤＮＡ，用
０．８％的琼脂糖凝胶电泳检测ＤＮＡ质量，分别测定３个部位的ＤＮＡ在Ａ：。和Ａ。下的吸光值，根据Ａ：印／Ａ２８０的值检测ＤＮＡ的浓度和纯度，并以３个部位提取的ＤＮＡ为模板进行ＩＳＳＲ扩增。结果表明：采用菊芋叶片提取ＤＮＡ的产率最高，茎段次之，块茎最低。三个部位提取的ＤＮＡ纯度均相近，提取叶片获得的ＤＮＡ浓度最大，为１６３．２ｎｇ・～；其次是茎段，为１３７．４ｎｇ・～；块茎获得的ＤＮＡ浓度最低，为９５．５ｎｇ・～。菊芋不同部位提取的ＤＮＡ模板对ＩＳＳＲ扩增没有明显影响，ＤＮＡ浓度都能达到扩增的要求。菊芋’ ３个部位提取的ＤＮＡ质量均较好，可以进行后续的酶切和ＰＣＲ扩增等实验。关键词：菊芋；ＣＴＡＢ；ＤＮＡ提取；ＩＳＳＲ
பைடு நூலகம்
ＺＨＡＯＭｅｎｇ－ｌｉａｎｇ，ＨＡＮＲｕｉ，ＬＩＬｉ
（ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｅｎｔｅｒｏｆｔｈｅＨｅｌｉａｎｔｈｕｓｔｕｂｅｒｏｓｕｓＬ．，ＱｉｎｇｈａｉＡｃａｄｅｍｙｆｏＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄＦｏｒｅｓｔｒｙ，ＱｉｎｇｈａｉＰｒｏｖｉｎｃｅＬａｂｏｒａｔｏｙｒｆｏＶｅｇｅｔａｂｌｅＧｅｎｅｔｉｃｓａｎｄＰｈｙｓｉｏｌｏｇｙ，Ｘｉｎｉｎｇ８１００１６，Ｃｈｉｎａ）

菊芋组织培养及分子生物学研究现状

状花序，能育性低，不能结实，栽培上多用块茎繁殖口］。菊芋根系发达，人士较深，在根茎处长有许多匍匐茎，其尖端膨大成块茎，呈不规则瘤形、梨形或纺锤形，颜色白、黄或浅紫红色，肉质为白色。
（黑龙江省农业科学院大庆分院，黑龙江大庆１６３３１６）
摘要：作为一种新型能源植物一一菊芋正在迅速崛起，为对其开展更进一步的研究，介绍了菊芋的形态特征、生态功能；概述了菊芋组织培养以及分子生物学方面的研究进展，为研究菊芋的生物学和分子生物学功能提
菊芋茎直立，有刚毛或糙毛，茎秆直径２～５ｃｍ，株高２～３ｍ，分枝较多。叶片呈卵形或椭
圆形互生，叶长１Ｏ～１５ｃｍ，宽３～９ｃｍ，叶面粗
能力，每年以２Ｏ倍的速度繁殖扩张，只需２～３ａ
糙，叶柄发达。头状花序数个，生于枝端，花盘直径３～６ｃｍ，花序外围的舌状花为黄色，中间为筒
就会在地表形成一层由菊芋的茎和根系编织而成
的防护网络，从而有效牢固锁住了地表层的水土。
地区大都处于高寒地带，有着极强耐寒能力的菊
芋能够很好生长，研究表明菊芋幼苗能耐１～２℃

大连理工大学科技成果——非粮作物菊芋生产燃料乙醇关键技术

大连理工大学科技成果——非粮作物菊芋生产燃料乙醇关键技术一、产品和技术简介：菊芋耐旱、耐寒、耐盐碱，能够在不适宜于粮食和经济作物生长的边际土地上种植，且生物质产量高。

菊芋的主要成分菊粉是带有一个葡萄糖末端的低聚果糖，与目前国内外普遍关注的以农作物秸秆为代表的木质纤维素类生物质相比，易于水解获得可发酵性糖。

因此，菊芋是替代粮食类淀粉质原料生产燃料乙醇和其它生物基化学品可供选择的原料之一。

以非粮作物菊芋块茎为原料生产燃料乙醇，拥有具有菊粉酶生产能力且乙醇发酵性能良好的菌种，开发了集产酶、糖化及乙醇发酵为一体的创新技术，具有不与人争粮、能耗低、原料成本低的特点。

二、产品的应用范围：燃料乙醇是当前生物能源产品中技术发展最成熟，产业规模最大的品种，可以与汽油和柴油等成品油直接混配，也可以作为原料脱水生产乙烯，进入现有石油化工产品产业链，因此得到了全世界范围的高度重视。

利用非粮菊芋生产燃料乙醇，符合，符合国家非粮乙醇发展战略，是实现现有燃料乙醇生产工艺的良好选择。

其推广应用前景良好，经济效益和社会效益十分显著。

三、规模与投资：按年产万吨燃料乙醇计算，成本投资约为2.5－3.0亿。

成本估算：菊芋原料成本3200酶成本0辅料成本0设备折旧258水，电，汽242设备维护113人力成本164副产品冲减0总计3837四、市场与效益：我国石油资源严重短缺导致成品油供应紧张，而燃料乙醇是良好的替代能源。

“十五”期间国家规划建设了几套大型粮食类淀粉质原料燃料乙醇装置，但是我国人口众多，耕地有限的基本国情及全球范围粮食价格的上涨，严重制约我国燃料乙醇产业的规模化可持续发展，开发粮食替代资源，不与人争粮，不与粮争地，是我国燃料乙醇乃至以石油资源替代为目标的大规模生物炼制技术开发和产业发展的基本国策。

因此，菊芋作为粮食类淀粉质原料的替代，市场前景广阔。

燃料乙醇市场，也是近期的（10年内）容量相对于以后较小的市场（在我国约1000万吨/年）。

青岛能源所菊芋生物转化技术取得重要进展

青岛能源所菊芋生物转化技术取得重要进展作者：暂无来源：《新材料产业》 2016年第8期菊芋又名洋姜，属于非粮作物，其土壤适应性强，可以在干旱、盐碱等非耕边际土地种植。

菊芋块茎富含菊糖，菊糖是植物的第二大储存多糖，仅次于淀粉。

淀粉糖产业的发展已较为成熟，而菊糖的开发应用有待发展。

以菊糖为糖质平台，结合现代生物技术，可开发生物能源、生物基材料、医药、食品等众多产品。

近期，青岛能源所微生物资源团队聚焦菊糖向能源产品燃料乙醇和功能食品“益生元”低聚果糖的转化，取得了显著进展。

在前期研究中，该团队的科研人员建立了菊芋乙醇整合生物加工工艺（Consolidated bioprocess），即将菊糖酶产生、菊糖水解和乙醇发酵整合为一个过程，实现了直接发酵菊芋生产燃料乙醇，在40℃下酵母发酵200g /L菊芋粉，产乙醇65.2g / L ,乙醇得率为79.7%。

该团队通过系统地改造酵母多糖代谢途径和酶分泌系统等，有效提高了菊芋的转化效率，发酵250g / L菊芋粉，产乙醇达到81.8g/L，产率达到3.13g/L/h，转化率达到92%。

低聚果糖产品主要以蔗糖为原料经酶法转化而来，这种工艺的理论转化率低于60%，生产高纯度低聚果糖需要经过纯化，增加成本。

菊糖可通过菊糖内切酶催化产生低聚果糖，但是菊糖内切酶活力通常不高，目前没有廉价的商业化酶可供使用。

上述科研团队通过在酿酒酵母中表达菊糖内切酶，并且消除菌种对菊糖组份的代谢能力，建立了一种通过酵母发酵生产高纯度低聚果糖的简单工艺。

应用该工艺，在40℃下发酵200g/L菊糖，产生低聚果糖180g/L，并且产率高达7.5g/L/h。

（中国科学院青岛能源所网站）。

菊芋基因组方面的研究进展

菊芋基因组方面的研究进展摘要：当今社会经济飞速发展，人们的生活越来越好，但同时也引起了地球上各种严重的能源问题，因此人类急需探索出新的能源来维持经济的发展及人类自身的生存。

因此越来越多的能源植物被提上研究的日程，而菊芋就是其中的一种比较有发展前景的能源植物。

本文主要介绍了近些年来能源植物菊芋的基本概述、特点、用途及研究价值、进展，包括凝集素基因、金属硫蛋白htMT2基因、Na+／H+逆向转运蛋白基因等，并对菊芋今后的发展进行了展望。

关键词：菊芋能源凝集素 Na+／H+逆向转运蛋白金属硫蛋白htMT2 展望Jerusalem artichoke genome research progressAbstract：Rapid economic development in today's society，people's lives were better，but it also caused the earth with serious energy problems，sohuman being need to explore a new energy to sustain economicdevelopment and the survival of human beings。

Thus more and moreenergy plants is put on the agenda，and Jerusalem artichoke is one of amore promising energy plants。

This paper introduces the energy plants inrecent years，a basic overview of Jerusale m artichoke’s characteristics，uses and research value，progress，including the lectin gene，metallothionein htMT2 gene，Na+／H+ antiporter genes，and the futuredevelopment of the Jerusalem artichoke Prospect。

以菊芋为主要基质的乳酸菌培养与发酵活力研究开题报告

以菊芋为主要基质的乳酸菌培养与发酵活力研究开
题报告
一、研究背景
菊芋是一种根茎莲科植物，含有丰富的可溶性膳食纤维、低聚糖、
多酚等成分，具有调节胃肠道功能、降低血糖、减缓肥胖等保健功能。

而乳酸菌作为一种重要的益生菌，具有促进肠道健康、增强免疫力、预
防感染等功能。

因此，研究以菊芋为主要基质的乳酸菌培养与发酵活力，有助于开发具有营养与保健双重作用的功能性食品。

二、研究目的和内容
1. 确定适宜的乳酸菌菌株：通过筛选市场上常见的乳酸菌菌株，从
中选择适合以菊芋为主要基质进行培养和发酵的菌株。

2. 对菊芋进行预处理：采用不同的预处理方法，如热水提取、酶解
等方式，优化菊芋的营养成分和可溶性膳食纤维含量。

3. 建立乳酸菌发酵系统：设计不同的发酵条件，如发酵时间、发酵
温度、发酵pH值等参数，优化乳酸菌在菊芋基质中的生长和代谢过程。

4. 评价发酵产品的活力：通过测定产品中乳酸菌的菌落数、活性酶
含量等指标，评价发酵产品的活力和品质。

三、研究意义
该研究有助于扩展菊芋的营养价值和功能性应用，同时也对于推广
和应用乳酸菌的保健作用有促进作用。

因此，该研究有一定的理论和实
际应用价值。

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因此越来越多的能源植物被提上研究的日程，而菊芋就是其中的一种比较有发展前景的能源植物。

Thus more and moreenergy plants is put on the agenda，and Jerusalem artichoke is one of amore promising energy plants。

Key words：Jerusalem artichoke Energy Lectin Na+／H+ antiporter Metallothionein htMT2 Prospect。

随着世界经济持续快速的发展，各国对能源的需求日益剧增，而化石燃料资源毕竟有限，因此能源危机成为人类逐渐面临的巨大危机。

据统计，以目前世界已探明的矿物能源，煤炭资源尚可开采100年，天然气50～60年，地球上石油的存量已不足2 000亿吨，在100多年后将被消耗完。

科学家们预测，能源消费将在未来20年内还将以平均2%的速度增长[1]。

同时因煤炭、石油、天然气等石化能源燃料燃烧时所产生的有害物质导致一系列诸多的生态问题，严重影响着国家的资源安全，社会经济持续发展和威胁着人类的生存。

在巨大的能源危机和环境污染的压力下，世界各国开始将目光聚焦到洁净的可再生能源的开发上[2]。

这时全世界的目光开始落在菊芋的身上：能源植物是可再生能源开发的重要资源对象，是最有前景的生物质能源之一[3]。

因此，研究开发能源植物具有相当重要的意义。

1、菊芋的概述：菊芋又叫菜姜、洋姜、姜不辣，属菊科向日葵属草本植物，其学名是Helianthus tuberosus Linn。

菊芋原产北美，经欧洲传入中国。

其叶卵形、先端尖、绿色、互生。

头状花序,花黄色。

块茎一般为可食用部分，无周皮，有毛，呈纺锤型或不规则瘤型；依块茎皮色可分为红皮、黄皮和白皮三个类，质地细致、脆嫩；地下块茎直立、扁圆形、有不规则突起，茎高2～3m。

富含菊糖等果糖多聚物，是最具有代表性的菊粉植物，而它的地上部分富含纤维素，是重要的生物能源植物[4]。

菊芋既可凉拌、做沙拉，又可腌制酱菜等，且其成分还有重要的药理作用，被美国防癌协会列为30种有防癌作用的蔬菜之一。

在我国江浙、内蒙、东北、河南、河北等广大地区均有栽培，因其适应性强且表现出有耐贫瘠、耐寒、耐旱、种植简便等多种优点，所以可一次播种多次收获，所得产量相当高。

2、菊芋的特点：菊芋耐寒、耐旱能力特强。

干旱、缺水的荒漠中，即使旱情很重，菊芋也能利用自身的养分和水分供萌芽生长，同时生出大量根系，伸向地下各处寻找养分和水分，供给小苗生长。

在新生根系可供给小苗生长的情况下，块茎中的养分、水分还可再储备，特别是在雨季，块茎、根系会贮存大量的水分，以备干旱时供给叶茎生长。

菊芋地上茎和叶片上长有类似茸毛的组织，可大大减少水分的蒸发。

当干旱严重到一定程度时，地下茎会拿出尽可能多的养分、水分供给地上部分茎叶生长，待块茎营养消耗殆尽时，地上茎死亡，但地下茎次年仍可以再生长出新苗来[5]。

菊芋繁殖力强。

一次播种后，荒漠上的菊芋将永久生存，并以每年20倍以上的增长速度扩张，因此荒漠上的菊芋面积会逐年增加，同时又可从中采收部分块茎，作为种子使用，进一步扩大种植面积；另外，在生长期较长的地区还可收获部分菊芋籽，其发芽率可达100%，即使没有收获菊芋籽,它也会随风传播到其他的荒漠地区[6]。

3、菊芋的作用与价值：3、1、菊芋能保持水土：菊芋的根系相当发达，每株菊芋都有上百根长达0.5～2m的根系深深地扎在土中。

前面已说过，菊芋可以每年20倍的速度繁殖扩张，不出2～3年时间就会在地表形成一层由菊芋的茎和根系编织而成的防护网络，从而有效牢固住了地表层的水土。

夏秋季节植株顶部遍开盘状黄花，形如菊，兼有美化作用[7]。

由于菊芋耐旱、耐寒、可自我繁殖,加之无任何病虫害，因此生态型的菊芋只要把菊芋种上就基本不用作特别管理，只需管理粗放即可。

除种植、收获时需要人工外，无需其它投入，成本低、见效快[8]。

3、2、菊芋可防风固沙、改良土壤：大面积种植菊芋可以起到防风固沙、改良土壤的作用。

荒漠地区风大、干燥、沙土流动性强，但菊芋能在较深的沙土中顶出地面，只要覆盖的沙土厚度不超过0.5m，菊芋都能正常萌发。

为了避开春季风沙覆盖，春播尽可能晚一些进行。

秋季菊芋即将成熟或已成熟时，凭借它们密麻的地上茎形成一片低矮的防护带，加之其根系的牢固抓沙能力，以及随着地下块茎增多、重量加大对沙土产生的强大压力，共同起到固沙作用[9]。

按照一定的株行距栽植菊芋组成的防风带，相当于人工在沙地建造的防沙屏障，菊芋根系团能固定部分沙土，从而使流沙表面相对稳定，起到防风固沙的效果。

3、3、菊芋是不可多得的生态经济型植物：亩产块茎可达1 500kg左右，一般种后第三年就可以收获。

它的块茎既可食用，也可以通过深加工制成淀粉、菊糖、食品添加剂、酒精、保健品等。

其叶和茎秆还可用做饲料。

可见，菊芋具有很大的开发利用价值，特别适合开展农业产业化经营。

据了解，种植菊芋，每亩投资仅需40～50元，而产值在 2 250.00元左右，经济效益非常之可观。

3、4、菊芋是能源植物：难得可贵的是菊芋是一种很好的能源植物，尤其在能源短缺，工业共度发达的今天，这一点显得更为珍贵。

菊芋地上茎高2～3m，粗3～5cm，近似木质，燃点高，热量大，是很好的燃料，可节约木材和煤炭，减少开支。

菊芋块茎经微生物发酵可以转化成生物质能源，每公顷菊芋每年生产的块茎可以转化成 4 500L 乙醇和碳氢燃料，同时菊芋块茎也可以作为生产原料经化学反应制备成氢能及多种化学品。

菊芋发酵后可制成酒精，被称为绿色石油，是很好的代用燃料，同时它还能提高汽油燃烧的质量[10]。

近年来 ,各地对菊芋的栽培、品种选育、营养成分及综合利用价值进行了大量的研究并取得了一些进展，同时在基因组学方面的研究也日趋深入[11]。

此外，菊芋许多其他方面的优点，受限于篇幅，不作介绍了。

鉴于菊芋集抗旱、耐寒、易繁殖、适应性广、经济用途广泛等优点于一身，很有必要对其进行基因组方面的研究。

4、菊芋的应用：4、1、菊芋中菊粉在生产酒精方面的应用：菊粉是一种贮存性多糖，含量可达菊芋块茎干重的78 %，是一种由呋喃构型的D-果糖经β(2→1)糖苷键脱水聚合而成果聚糖的混合物，其终端以α(1→2)糖苷键连接一分子葡萄糖，聚合度一般在2～60内，分子量在3 500～5 500之间。

收获季节、气候、土壤以及储藏条件等都对菊粉平均分子量和聚合度产生重要影响。

菊粉经菊粉酶水解后转化为单糖和低聚果糖。

菊粉酶是能够水解β-2，1-D-果聚糖果糖苷键的一类水解酶，学名为β-2，1-D-果聚糖酶。

有很多微生物都能产生菊粉酶，如黑曲霉、葡萄球菌等。

菊粉酶有内切型和外切型。

内切菊粉酶随机地断开菊粉链内部的糖苷键，水解产物主要为低聚果糖；外切菊粉酶作用于菊粉链的非还原性末端的糖苷键，逐一水解释放出果糖，主要产物为果糖。

从20世纪50年代开始，国外就进行了发酵菊芋生产酒精研究，到20世纪80年代已经进行了大量工作，先后报道了各种菊芋生产酒精的工艺技术，包括先酸解或用黑曲霉等微生物产生的菊粉酶水解菊粉，再利用酿酒酵母发酵生产酒精，或者将菊粉酶和酵母细胞共同固定化后同步水解发酵生产酒精，或者进行菊粉酶产生酵母与酿酒酵母的混合培养等。

目前，发酵菊芋生产酒精的研究主要集中在发酵菌株的筛选和适于工业生产发酵工艺的研究。

中国国内在这方面的研究取得一定的成果，但相对国外来说，还远远不足。

在过去几十年来，都是从菊芋块茎中生产菊粉和酒精，但是收获遍布于地下的块茎成本高，会增加深加工产品的成本。

然而存在着非传统性的块茎收获和处理[12]。

最初大量存在于茎叶中的果聚糖会在菊芋生长周期的后期转移到块茎中，叶中产生的大多数碳水化合物直到植物几乎到了其生产周期的后期才会进入块茎。

在菊芋块茎生成前，收获地上的茎，作为生物质发酵生产酒精。

因此，当茎中碳水化合物的含量达到最大时收获菊芋茎，从而避免收获地下的块茎。

在这种情况下，收获的设备和过程就基本上和收获甜高粱或玉米一样，减少了操作成本。

开花前，收获菊芋茎。

菊芋茎含有58.5%的水分和41.5%的固体物。

在菊芋茎中，总的水溶性糖含量占干重的58.7%，其中单糖占13%，蔗糖占3%，剩余的84%是果聚糖。

而且菊芋发展到这一阶段时，茎中潜在总糖含量（包括结构和非结构碳水化合物）已接近干物质含量的80%。

Ma Jose Negro 等人研究了利用菊芋茎代替块茎作为糖类来发酵生产酒精。

用水浸提菊芋茎中的菊粉，在固液比为1∶6，温度为100℃和0.05 mol/L HCl作用的条件下，可溶性糖的最大提取率为35g/L，发酵完成后最终酒精浓度为13.4g/L。

酒精产量会随着初始菊粉浓度的增加而减少。