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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 四川優(yōu)質(zhì)紙漿本土叢生竹種質(zhì)資源挖掘與利用
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 本項(xiàng)目從四川省宜賓市、瀘州市、雅安市、眉山市、樂(lè)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(gè)竹種的遺傳變異，探討不同地區(qū)3個(gè)竹種的遺傳多樣性，充分挖掘其種質(zhì)資源。通過(guò)研究不同地區(qū)3個(gè)竹種的水分、灰分、苯醇抽出物、綜纖維、纖維素、木質(zhì)素含量、纖維長(zhǎng)寬以及維管束形態(tài)分布，為3個(gè)叢生竹種種質(zhì)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(zhì)材料，而且經(jīng)過(guò)試驗(yàn)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(jìn)行RT-PCR，首次在慈竹中成功克隆了木質(zhì)素合成酶4CL基因，為慈竹的遺傳改良奠定了基礎(chǔ)，也為纖維質(zhì)量好且木質(zhì)素含量低的優(yōu)良竹類的培育提供了依據(jù)。另外慈竹4CL基因的成功克隆還可以有一些拓展應(yīng)用，譬如將該基因?qū)牍瞎卟酥?，可以通過(guò)基因的負(fù)調(diào)控，降低木質(zhì)素的表達(dá)量，從而改善其口感；導(dǎo)入牧草中，通導(dǎo)降低木質(zhì)素的表達(dá)，使木質(zhì)素含量降低，從而更加有利于牲畜消化；導(dǎo)入水稻、小麥等農(nóng)作物中，通過(guò)正調(diào)控增加木質(zhì)素的含量，使作物抗倒伏、抗蟲害的能力增強(qiáng)，為農(nóng)作物的增產(chǎn)奠定一定的基礎(chǔ)。
- 詳細(xì)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(duì)不同地區(qū)的3個(gè)竹種的理化特性及形態(tài)學(xué)進(jìn)行了研究。研究表明，慈竹比較適合竹漿造紙。在此基礎(chǔ)上，以四川本土優(yōu)質(zhì)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(jìn)行RT-PCR得到相應(yīng)的cDNA。以慈竹cDNA為模板，進(jìn)行慈竹4CL基因全長(zhǎng)和慈竹4CL基因上游調(diào)控序列的克隆研究。 結(jié)果表明，四川不同地區(qū)3個(gè)竹種間存在豐富的遺傳多樣性，其中慈竹所擴(kuò)增的特異性條帶大小為570bp，是與細(xì)胞色素c氧化酶Ⅰ亞基相關(guān)。 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(guān)。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(zhì)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(zhǎng)度較長(zhǎng)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(zhǎng)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(jié)合5′RACE和3′RACE得到一條新的4CL基因全長(zhǎng)序列。生物信息學(xué)分析結(jié)果表明，該序列CDS區(qū)全長(zhǎng)為1674bp，編碼558個(gè)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(zhǎng)序列為參照設(shè)計(jì)引物，以SDS法提取慈竹竹心基因組DNA，利用染色體步移技術(shù)（Chromosome Walking）擴(kuò)增得到慈竹4CL基因的上游部分調(diào)控序列。該序列長(zhǎng)420bp，具有植物啟動(dòng)子的基本元件TATA-box和GC-box，以及4CL-CMA2b等調(diào)控元件。 本研究首次在慈竹成功克隆了木質(zhì)素合成酶4CL基因，從分子生物學(xué)角度出發(fā)，通過(guò)基因工程手段定向降低慈竹木質(zhì)素含量或改變慈竹木質(zhì)素組分，為竹種改良提供了優(yōu)質(zhì)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(jì)新資源的開發(fā)已是必然的趨勢(shì)，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(zhì)原料，又可以改善和保護(hù)生態(tài)環(huán)境，同時(shí)增加農(nóng)民收入。以四川本土具有代表性的不同地區(qū)的三個(gè)竹種為材料，利用分子生物學(xué)等手段，研究其遺傳多樣性，理化特性，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行4CL全長(zhǎng)序列的克隆研究。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 1、以本土竹種為研究對(duì)象，通過(guò)研究四川各地區(qū)不同竹種化學(xué)組分，通過(guò)比較得出一種造紙性能很好的竹種，然后進(jìn)行大面積的推廣。 2、用分子生物學(xué)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(jù)，并為其分類提供分子水平的參考。 3、克隆合成木質(zhì)素合成酶4CL基因，為竹種進(jìn)一步遺傳調(diào)控和轉(zhuǎn)基因研究提供了條件。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- （1）為造紙工業(yè)提供優(yōu)質(zhì)纖維原料，解決造紙工業(yè)中木槳造紙纖維原料短缺問(wèn)題； （2）尋找并培育纖維質(zhì)量好且木質(zhì)素含量低的優(yōu)質(zhì)竹材，可以降低造紙工業(yè)竹漿生產(chǎn)成本，同時(shí)減少環(huán)境污染； （3）優(yōu)質(zhì)本土叢生竹，生長(zhǎng)速度快，再生能力強(qiáng)，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(guò)栽培優(yōu)質(zhì)竹漿本土叢生竹，在促進(jìn)造紙工業(yè)發(fā)展的同時(shí)，可明顯增加農(nóng)民收入。
學(xué)術(shù)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(duì)不同地區(qū)的3個(gè)竹種的理化特性及形態(tài)學(xué)進(jìn)行了研究。研究表明，慈竹比較適合竹漿造紙。在此基礎(chǔ)上，以四川本土優(yōu)質(zhì)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(jìn)行RT-PCR得到相應(yīng)的cDNA。以慈竹cDNA為模板，進(jìn)行慈竹4CL基因全長(zhǎng)和慈竹4CL基因上游調(diào)控序列的克隆研究。 結(jié)果表明，四川不同地區(qū)3個(gè)竹種間存在豐富的遺傳多樣性，其中慈竹所擴(kuò)增的特異性條帶大小為570bp，是與細(xì)胞色素c氧化酶Ⅰ亞基相關(guān)。 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(jié)合5′RACE和3′RACE得到一條新的4CL基因全長(zhǎng)序列。 本研究首次在慈竹成功克隆了木質(zhì)素合成酶4CL基因，從分子生物學(xué)角度出發(fā)，通過(guò)基因工程手段定向降低慈竹木質(zhì)素含量或改變慈竹木質(zhì)素組分，為竹種改良提供了優(yōu)質(zhì)基因資源。
獲獎(jiǎng)情況
- 無(wú)
鑒定結(jié)果
參考文獻(xiàn)
- [1]任艷軍. 剛竹屬(Phyllostachys)部分觀賞竹種間親緣關(guān)系的RAPD標(biāo)記研究[D].四川農(nóng)業(yè)大學(xué),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(jiān)欽等.雷竹不同栽培類型RAPD分子標(biāo)記的研究[J].浙江林學(xué)院學(xué)報(bào),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(xué)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(nóng)業(yè)大學(xué)2006 [6]陳中豪,李志清.慈竹木素特性與分布的研究[J].中國(guó)造紙報(bào).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(jìn)展[J].生命學(xué),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(guó)外，F(xiàn)riar和Kochert等應(yīng)用RFLP方法對(duì)26種竹子的42個(gè)不同基因型進(jìn)行遺傳多樣性研究，根據(jù)品種間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近，鑒定出25種為散生竹。普曉蘭等對(duì)巨龍竹進(jìn)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(duì)纖維形態(tài)有一定的影響。 林金國(guó)研究認(rèn)為只有年齡對(duì)木質(zhì)素含量差異的影響極顯著。陳中豪研究慈竹發(fā)現(xiàn)，木質(zhì)素在二年與三年之間有較大變化，三年以上增加木質(zhì)素含量較少。 嚴(yán)遠(yuǎn)鑫從玉山竹等5種竹種中擴(kuò)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(shí)還從玉山竹等2種竹子中分離到一個(gè)2.0 kb的全新序列片斷。田波、陳永燕、嚴(yán)遠(yuǎn)鑫[44]等還采用RACE方法從麻竹中分離到了18個(gè)MADS-box基因的cDNA全長(zhǎng)，其系統(tǒng)學(xué)分析表明它們明顯地分為5個(gè)支。選擇了5個(gè)基因分別代表這5個(gè)支的MADS-box基因，通過(guò)轉(zhuǎn)化擬南芥來(lái)確定基因功能。目前已建立通過(guò)浸花法轉(zhuǎn)化擬南芥的轉(zhuǎn)基因體系，已將5個(gè)目的基因與啟動(dòng)子相連接，并連接進(jìn)人載體pCAMBIA 2301的多克隆位點(diǎn)上，形成了5個(gè)轉(zhuǎn)化質(zhì)粒。目前這5個(gè)質(zhì)粒正在轉(zhuǎn)染農(nóng)桿菌，待已種植的擬南芥達(dá)到初花時(shí)用于轉(zhuǎn)化。
