仇键等:橡胶草的研究进展137 分析了橡胶粒子大小,确定其发育阶段,并运用5橡胶草研究中存在的问题 Q-TOF MS和荧光差异蛋白表达分析法(DIGE)分析 了橡胶粒子发育过程中的蛋白表达变化( van der 在 PENRA和 PEARLS项目的支持下,国外在橡胶草 Meer et al,2012)。 Wahler等(2012)对短角蒲公英不种质资源、栽培技术和产胶分子生物学等领域的研究 同胶乳组分的278个蛋白进行分离鉴定,结果表明胶 进展迅速,蒲公英橡胶展现出一定的市场前景。但橡 乳中含大量的脂类代谢以及转运相关蛋白,而橡胶合胶草作为产胶植物,还存在诸多的理论间题和技术难 成相关蛋白在不同组分中均有分布。黄荣辉等(2013) 题亟待解决 建立了胶乳蛋白提取和双向电泳法,为下一步蛋白质 种质资源 组学研究奠定了基础。 橡胶草种质定义不明确,种质资源匮乏,评价系统也 43天然橡胶的生物合成 不完善,极大地阻碍了橡胶草的种质改良。历史上橡 基因克隆方面, Schmidt等(2010a)克隆到5个短角蒲股草通常指俄罗斯蒲公英及其驯化品种,而种质的遗 公英SRP基因( TbSRPP1-5和3个CPT基因传单一性不利于橡胶草的遗传改良。近期,有学者预 ( BcPT1-3),发现 TbsRPP1-5与其它植物的SRP 测俄罗斯蒲公英与西洋蒲公英杂交每公顷可收获干 基因序列相似,均在胶乳中高表达。其中, TbSRPP3,根6-9t每公顷产胶量能达到1200-1800kgan 4,5在胶乳中的表达量显著高于其它组织。短角蒲公 Beilen and Poirier,2007a)。由此可见,拓展橡胶草 英CPT基因与橡胶树高度同源,同样在胶乳中高表种质资源类型,同时对橡胶草种质资源的产量相关性 达,其中 TbCPT1表达量最高,其次是 BcPT3,它们 状(含胶量和根生物量等)、农艺性状(根形态、生殖方 的表达量随植株生长发育而增加。此外,短角蒲公英式和耐密植性)、抗逆性抗旱、耐盐碱、耐寒冷及抗 的甲羟戊酸途径也已被解析,其中的酶基因均被克 病虫害等)以及副产品(菊糖、菊芋糖和纤维素等)等重 要性状进行系统评价,将有助于对新种质资源的挖掘 隆,如3羟基-3-甲基-戊二酸酰辅酶A合酶(HMGS) 3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR、甲羟戊利用,加速橡胶草的种质创新。 酸激酶MVK以及D等 an deenen et al,2012王52遗传改良 启超等,2012;仇键等,2013)。在功能研究方面 Hillebrand等(2012)运用RNA抑制短角蒲公英中橡胶草遗传育种才刚起步,还处于野生种质驯化阶 SRPP的表达,导致橡胶粒子聚集和橡胶含量显著下段。野生种质生物量小、含胶量低且变异大,这成为 降,但对橡胶分子量影响不明显。 Collins-siva等制约橡胶草商业化的主要因素。因此,提高产胶能力 (2012)通过抑制俄罗斯蒲公英中 TKSRPR3的表达,和增加生物量是橡胶草遗传改良的主要目标,而一些 发现橡胶含量和聚合长度均明显下降。由此可见,农艺性状(如抗性、机械化生产相关)和副产物含量等 SRPP在橡胶粒子结构稳定和天然橡胶合成中均起重特性的改良对橡胶草商业化也具有重要意义。 要作用。此外,SRPP受ABA信号途径中的bZP转录 53栽培 因子调控,可能参与ABA介导的胁迫应答反应 ( Fricke et al,2013)。产胶植物cPT可催化异戊二烯早期研究中,俄罗斯和美国将橡胶草种植于肥沃土地 (PP)的长链聚合,一直被认为是天然橡胶合成调控上,以获得较高产量。考虑到粮食安全问题,这种栽 中的关键酶。 Schmidt等(2010b)硏究发现C尸T定位于培模式并不可取。事实上,野生橡胶草适应性较强, 橡胶粒子上。在酵母中,CPT1-3均具有合成长链聚异可广泛种植于热带、温带和寒带地区,在干旱、盐碱 戊烯醇能力和较高的PP亲和性。Post等(2012)沉默地条件下仍可生长良好。因此,发展橡胶草的荒地和 短角蒲公英乳管中的C尸T,不但显著抑制了乳管橡胶盐碱地等边际性土地种植非常必要。此外,研发生态 粒子形成和橡胶生物合成,还造成三萜类化合物和菊友好型和水土保护型种植系统也是今后橡胶草栽培 粉(nuin)的积累。 技术研究的重要方向。仇键等: 橡胶草的研究进展 137 分析了橡胶粒子大小, 确定其发育阶段, 并运用 Q-TOF MS和荧光差异蛋白表达分析法(DIGE)分析 了橡胶粒子发育过程中的蛋白表达变化(van der Meer et al., 2012)。Wahler等(2012)对短角蒲公英不 同胶乳组分的278个蛋白进行分离鉴定, 结果表明胶 乳中含大量的脂类代谢以及转运相关蛋白, 而橡胶合 成相关蛋白在不同组分中均有分布。黄荣辉等(2013) 建立了胶乳蛋白提取和双向电泳法, 为下一步蛋白质 组学研究奠定了基础。 4.3 天然橡胶的生物合成 基因克隆方面, Schmidt等(2010a)克隆到5个短角蒲 公 英 SRPP 基 因 (TbSRPP1–5) 和 3 个 CPT 基 因 (TbCPT1–3), 发现TbSRPP1–5与其它植物的SRPP 基因序列相似, 均在胶乳中高表达。其中, TbSRPP3, 4, 5在胶乳中的表达量显著高于其它组织。短角蒲公 英CPT基因与橡胶树高度同源, 同样在胶乳中高表 达, 其中TbCPT1表达量最高, 其次是TbCPT3, 它们 的表达量随植株生长发育而增加。此外, 短角蒲公英 的甲羟戊酸途径也已被解析, 其中的酶基因均被克 隆, 如3-羟基-3-甲基-戊二酸酰辅酶A合酶(HMGS)、 3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)、甲羟戊 酸激酶(MVK)以及IDI等(van Deenen et al., 2012; 王 启超等, 2012; 仇键等, 2013)。在功能研究方面, Hillebrand等 (2012)运 用 RNAi抑制短角蒲公英中 SRPP的表达, 导致橡胶粒子聚集和橡胶含量显著下 降, 但对橡胶分子量影响不明显。Collins-Silva等 (2012)通过抑制俄罗斯蒲公英中TkSRPP3的表达, 发现橡胶含量和聚合长度均明显下降。由此可见, SRPP在橡胶粒子结构稳定和天然橡胶合成中均起重 要作用。此外, SRPP受ABA信号途径中的bZIP转录 因子调控 , 可能参与 ABA 介导的胁迫应答反应 (Fricke et al., 2013)。产胶植物CPT可催化异戊二烯 (IPP)的长链聚合, 一直被认为是天然橡胶合成调控 中的关键酶。Schmidt等(2010b)研究发现CPT定位于 橡胶粒子上。在酵母中, CPT1–3均具有合成长链聚异 戊烯醇能力和较高的IPP亲和性。Post等(2012)沉默 短角蒲公英乳管中的CPT, 不但显著抑制了乳管橡胶 粒子形成和橡胶生物合成, 还造成三萜类化合物和菊 粉(inulin)的积累。 5 橡胶草研究中存在的问题 在PENRA和PEARLS项目的支持下, 国外在橡胶草 种质资源、栽培技术和产胶分子生物学等领域的研究 进展迅速, 蒲公英橡胶展现出一定的市场前景。但橡 胶草作为产胶植物, 还存在诸多的理论问题和技术难 题亟待解决。 5.1 种质资源 橡胶草种质定义不明确, 种质资源匮乏, 评价系统也 不完善, 极大地阻碍了橡胶草的种质改良。历史上橡 胶草通常指俄罗斯蒲公英及其驯化品种, 而种质的遗 传单一性不利于橡胶草的遗传改良。近期, 有学者预 测俄罗斯蒲公英与西洋蒲公英杂交每公顷可收获干 根6–9 t, 每公顷产胶量能达到1 200–1 800 kg(van Beilen and Poirier, 2007a)。由此可见, 拓展橡胶草 种质资源类型, 同时对橡胶草种质资源的产量相关性 状(含胶量和根生物量等)、农艺性状(根形态、生殖方 式和耐密植性)、抗逆性(抗旱、耐盐碱、耐寒冷及抗 病虫害等)以及副产品(菊糖、菊芋糖和纤维素等)等重 要性状进行系统评价, 将有助于对新种质资源的挖掘 利用, 加速橡胶草的种质创新。 5.2 遗传改良 橡胶草遗传育种才刚起步, 还处于野生种质驯化阶 段。野生种质生物量小、含胶量低且变异大, 这成为 制约橡胶草商业化的主要因素。因此, 提高产胶能力 和增加生物量是橡胶草遗传改良的主要目标, 而一些 农艺性状(如抗性、机械化生产相关)和副产物含量等 特性的改良对橡胶草商业化也具有重要意义。 5.3 栽培 早期研究中, 俄罗斯和美国将橡胶草种植于肥沃土地 上, 以获得较高产量。考虑到粮食安全问题, 这种栽 培模式并不可取。事实上, 野生橡胶草适应性较强, 可广泛种植于热带、温带和寒带地区, 在干旱、盐碱 地条件下仍可生长良好。因此, 发展橡胶草的荒地和 盐碱地等边际性土地种植非常必要。此外, 研发生态 友好型和水土保护型种植系统也是今后橡胶草栽培 技术研究的重要方向