基本信息
- 項目名稱：
- 四川優(yōu)質紙漿本土叢生竹種質資源挖掘與利用
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 本項目從四川省宜賓市、瀘州市、雅安市、眉山市、樂山市提取竹原料，利用RAPD和ISSR等手段，研究四川本土慈竹、硬頭黃、梁山慈竹的遺傳多樣性，旨在DNA水平上揭示不同地區(qū)3個竹種的遺傳變異，探討不同地區(qū)3個竹種的遺傳多樣性，充分挖掘其種質資源。通過研究不同地區(qū)3個竹種的水分、灰分、苯醇抽出物、綜纖維、纖維素、木質素含量、纖維長寬以及維管束形態(tài)分布，為3個叢生竹種種質資源的遺傳研究及紙漿用竹的遺傳改良與開發(fā)利用提供優(yōu)質材料，而且經過試驗得知慈竹、梁山慈竹更適合竹漿造紙。再以四川省眉山市青神縣叢生慈竹幼筍為研究材料，采用Trizol一步法提取慈竹幼筍總RNA，進行RT-PCR，首次在慈竹中成功克隆了木質素合成酶4CL基因，為慈竹的遺傳改良奠定了基礎，也為纖維質量好且木質素含量低的優(yōu)良竹類的培育提供了依據。另外慈竹4CL基因的成功克隆還可以有一些拓展應用，譬如將該基因導入瓜果蔬菜中，可以通過基因的負調控，降低木質素的表達量，從而改善其口感；導入牧草中，通導降低木質素的表達，使木質素含量降低，從而更加有利于牲畜消化；導入水稻、小麥等農作物中，通過正調控增加木質素的含量，使作物抗倒伏、抗蟲害的能力增強，為農作物的增產奠定一定的基礎。
- 詳細介紹：
- 本課題以四川本土具有代表性的不同地區(qū)的叢生慈竹、硬頭黃、梁山慈竹為材料，利用RAPD和ISSR等手段，研究其遺傳多樣性，并對不同地區(qū)的3個竹種的理化特性及形態(tài)學進行了研究。研究表明，慈竹比較適合竹漿造紙。在此基礎上，以四川本土優(yōu)質叢生慈竹幼筍為研究材料，采用Trizol一步法提取慈竹幼筍總RNA，進行RT-PCR得到相應的cDNA。以慈竹cDNA為模板，進行慈竹4CL基因全長和慈竹4CL基因上游調控序列的克隆研究。 結果表明，四川不同地區(qū)3個竹種間存在豐富的遺傳多樣性，其中慈竹所擴增的特異性條帶大小為570bp，是與細胞色素c氧化酶Ⅰ亞基相關。 不同地區(qū)同一竹種的理化特性因地域差異而異，且與竹齡有關。思蒙和竹海地區(qū)的慈竹和新安地區(qū)的硬頭黃竹具有較高的水分含量和較低的灰分含量。梁山慈竹水分含量較高的是洪雅和沐川地區(qū)，思蒙和竹海地區(qū)的梁山慈竹灰分含量較低。苯醇抽出物含量較高為竹海地區(qū)慈竹和梁山慈竹；苯醇抽出物含量較高為竹海地區(qū)慈竹和梁山慈竹；新安地區(qū)的為硬頭黃竹和梁山慈竹。綜纖維含量較高的為竹海和思蒙地區(qū)的慈竹、竹海和新安地區(qū)的硬頭黃竹和梁山慈竹。纖維素含量較高的為邛崍和思蒙地區(qū)的慈竹、竹海和雅安地區(qū)的梁山慈竹，木質素含量較低的為邛崍和雅安地區(qū)慈竹、竹海和雅安地區(qū)的梁山慈竹。纖維長度較長的為竹海地區(qū)的慈竹、硬頭黃竹和梁山慈竹，纖維寬度較窄的為竹海地區(qū)的慈竹和梁山慈竹、沐川地區(qū)的硬頭黃竹。竹海地區(qū)的慈竹和梁山慈竹以及新安地區(qū)的硬頭黃竹的纖維長寬比較高。 硬頭黃竹的維管束屬于Ⅲ型，而慈竹、梁山慈維管束則屬于Ⅳ型，但其竹桿中、上段屬于Ⅲ型。 由慈竹得到1條新的4CL基因保守區(qū)片段。以這條保守區(qū)片段為模板，結合5′RACE和3′RACE得到一條新的4CL基因全長序列。生物信息學分析結果表明，該序列CDS區(qū)全長為1674bp，編碼558個氨基酸；氨基酸序列中存在SSGTTGMPKGV和GEICIRG兩大4CL氨基酸保守域。以克隆得到的慈竹4CL基因全長序列為參照設計引物，以SDS法提取慈竹竹心基因組DNA，利用染色體步移技術（Chromosome Walking）擴增得到慈竹4CL基因的上游部分調控序列。該序列長420bp，具有植物啟動子的基本元件TATA-box和GC-box，以及4CL-CMA2b等調控元件。 本研究首次在慈竹成功克隆了木質素合成酶4CL基因，從分子生物學角度出發(fā)，通過基因工程手段定向降低慈竹木質素含量或改變慈竹木質素組分，為竹種改良提供了優(yōu)質基因資源。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 21世紀新資源的開發(fā)已是必然的趨勢，四川有著豐富的本土叢生竹資源，是造紙非常好的原料。 本課題緊緊圍繞本土叢生竹資源的挖掘、開發(fā)和利用，既為造紙工業(yè)提供優(yōu)質原料，又可以改善和保護生態(tài)環(huán)境，同時增加農民收入。以四川本土具有代表性的不同地區(qū)的三個竹種為材料，利用分子生物學等手段，研究其遺傳多樣性，理化特性，并在此基礎上進行4CL全長序列的克隆研究。
科學性、先進性及獨特之處
- 1、以本土竹種為研究對象，通過研究四川各地區(qū)不同竹種化學組分，通過比較得出一種造紙性能很好的竹種，然后進行大面積的推廣。 2、用分子生物學方法研究遺傳多樣性，為遺傳改良及造紙工業(yè)提供理論依據，并為其分類提供分子水平的參考。 3、克隆合成木質素合成酶4CL基因，為竹種進一步遺傳調控和轉基因研究提供了條件。
應用價值和現(xiàn)實意義
- （1）為造紙工業(yè)提供優(yōu)質纖維原料，解決造紙工業(yè)中木槳造紙纖維原料短缺問題； （2）尋找并培育纖維質量好且木質素含量低的優(yōu)質竹材，可以降低造紙工業(yè)竹漿生產成本，同時減少環(huán)境污染； （3）優(yōu)質本土叢生竹，生長速度快，再生能力強，用于退耕還林，改善和保持綠色生態(tài)環(huán)境，造福于人類； （4）通過栽培優(yōu)質竹漿本土叢生竹，在促進造紙工業(yè)發(fā)展的同時，可明顯增加農民收入。
學術論文摘要
- 本課題以四川本土具有代表性的不同地區(qū)的叢生慈竹、硬頭黃、梁山慈竹為材料，利用RAPD和ISSR等手段，研究其遺傳多樣性，并對不同地區(qū)的3個竹種的理化特性及形態(tài)學進行了研究。研究表明，慈竹比較適合竹漿造紙。在此基礎上，以四川本土優(yōu)質叢生慈竹幼筍為研究材料，采用Trizol一步法提取慈竹幼筍總RNA，進行RT-PCR得到相應的cDNA。以慈竹cDNA為模板，進行慈竹4CL基因全長和慈竹4CL基因上游調控序列的克隆研究。 結果表明，四川不同地區(qū)3個竹種間存在豐富的遺傳多樣性，其中慈竹所擴增的特異性條帶大小為570bp，是與細胞色素c氧化酶Ⅰ亞基相關。 由慈竹得到1條新的4CL基因保守區(qū)片段。以這條保守區(qū)片段為模板，結合5′RACE和3′RACE得到一條新的4CL基因全長序列。 本研究首次在慈竹成功克隆了木質素合成酶4CL基因，從分子生物學角度出發(fā)，通過基因工程手段定向降低慈竹木質素含量或改變慈竹木質素組分，為竹種改良提供了優(yōu)質基因資源。
獲獎情況
- 無
鑒定結果
參考文獻
- [1]任艷軍. 剛竹屬(Phyllostachys)部分觀賞竹種間親緣關系的RAPD標記研究[D].四川農業(yè)大學,2004 [2]SuyamaY,ObayashiandK,HayashiI.Clonal structure in a dwarf bamboo( Sasa senanensis ) population inferred from amplified fragment lengthpolymorphism (AFLP) fingerprint[J].MolecularEcology, 2000, 9:901-906 [3]方偉,何禎祥,黃堅欽等.雷竹不同栽培類型RAPD分子標記的研究[J].浙江林學院學報,2001,18(1):1-5 [4]周衡書,鐘文燕.竹纖維的開發(fā)與利用[J].紡織科學研究,2003,(4):30-36 [5]李煊星.湖南主要竹資源纖維形態(tài)的比較研究[D].湖南農業(yè)大學2006 [6]陳中豪,李志清.慈竹木素特性與分布的研究[J].中國造紙報.1992,7(1):37-42 [7]龍毅,吳軍.鄂南竹類造紙及其發(fā)展前景[J].湖北造紙,2005,2:10-13 [8] 朱乾浩,汪若海.高等植物纖維素合成的最新研究進展[J].生命學,2000,12(5):210-212 [9]Sederoff R R，Mackay J J，Ralph J．Unexpected variation in lignin［J］．Current Opin Plant Biol，1999，2：145-152 [10]Takahama U．Oxidation of hydroxycinnamic acid and hydroxycinnamoyl alchol derivatives by laccase and peroxidase interactions among p_hydroxyphenyl,guaiacyl and syringyl groups during the oxidation reaction［J］．PlantPhysiol，1995，93：61-68
同類課題研究水平概述
- 目前在國外，F(xiàn)riar和Kochert等應用RFLP方法對26種竹子的42個不同基因型進行遺傳多樣性研究，根據品種間親緣關系的遠近，鑒定出25種為散生竹。普曉蘭等對巨龍竹進行纖維形態(tài)及變異規(guī)律的研究表明：年齡、軸向和徑向的不同部位均對纖維形態(tài)有一定的影響。 林金國研究認為只有年齡對木質素含量差異的影響極顯著。陳中豪研究慈竹發(fā)現(xiàn)，木質素在二年與三年之間有較大變化，三年以上增加木質素含量較少。 嚴遠鑫從玉山竹等5種竹種中擴增得到了CO基因的部分序列，約1.5 kb，初步分析表明竹子的CO基因與小麥的CO基因更接近。同時還從玉山竹等2種竹子中分離到一個2.0 kb的全新序列片斷。田波、陳永燕、嚴遠鑫[44]等還采用RACE方法從麻竹中分離到了18個MADS-box基因的cDNA全長，其系統(tǒng)學分析表明它們明顯地分為5個支。選擇了5個基因分別代表這5個支的MADS-box基因，通過轉化擬南芥來確定基因功能。目前已建立通過浸花法轉化擬南芥的轉基因體系，已將5個目的基因與啟動子相連接，并連接進人載體pCAMBIA 2301的多克隆位點上，形成了5個轉化質粒。目前這5個質粒正在轉染農桿菌，待已種植的擬南芥達到初花時用于轉化。
