有效途径之 4.2基因组和蛋白组研究 32农艺栽培技术研究 为揭示橡胶草产胶遗传基础, KEYGEN科学家运用流 式细胞分析仪,确定俄罗斯蒲公英核型为2n=2×=16 俄罗斯和美国都曾开展过橡胶草的规模化种植,并摸基因组大小为1450Mb;短角蒲公英核型为 索出一套适合本国的栽培系统,包括种植地开垦、灌2n=3x=24,基因组为1210Mb;西洋蒲公英核型为 溉、除草、施肥、轮作以及收获等农艺栽培技术2n=2x=16,基因组为825Mb( van Dijk and Lecou Whaley and Bowen,1947;罗土第等,1951)。俄罗ant,2012) KEYGEN和 NEIKER共同完成了俄罗斯 斯科学家指出,富含矿质以及有机质(尤其是氮、磷)蒲公英遗传图谱的构建,共获得784个ALFP标记和 的土壤适于栽培橡胶草,而酸性灰质土中加入石灰能151个SSR标记,其中763个ALFP和57个SSR组成8 增大橡胶草的根产量及含胶量(罗士苇等,1951)。据个连锁群,定位了16个农艺性状( Ritter et al,2010b; 美国农业部“紧急天然橡胶计划”报道,橡胶草非常 Arias et al,2012)。此外, KEYGEN构建了西洋蒲公 适应美国北部的气候,在有机质土壤及有机质较多的英的10XBAC文库,并与明斯特大学和 Amplicon ex- 矿质土壤中均生长良好,可实现半机械化种植,但除 press合作完成了俄罗斯蒲公英8xBAC文库的构建。 草和收根仍需耗费大量人 Whaley and Bowen,利用短角蒲公英顺式-异戊烯转移酶(CPT)和SRPP基 1947)。因此,橡胶草农艺栽培技术研究将主要面向因序列,同源筛选出51个BAC(6.1M)进行 Roche 机械化和自动化栽培技术的研发。John研究组师选出454测序,发现西洋蒲公英中仅1个cP基因,即 咪草烟( mazethayr)、甲氧咪草烟( imazamox)和乙氧cPT1。俄罗斯蒲公英含有3个CPT基因,分别为CPT 氟草醚( oxyfluorfen)3种化学除草剂,对橡胶草种植过2a、cPT2b和CPT3,其中CPT2a和CPT2b是一对等 程中的杂草控制效果良好( Cardina et al,2012) 位基因,而CPT3有21bp的缺失。俄罗斯蒲公英含7 Munt等(2012)发现低NP比值和适当密植不但可增加个SRPP,而西洋蒲公英仅有5个,它们成基因簇分 根的生物量,而且能控制主根分枝,便于橡胶草根的布,其中7SRP,56与7 b sRPPz类似(anD 机械化采收。 and Lecoulant,2012)。在北美 PENRA项目资助下 内华达大学构建了俄罗斯蒲公英根EST文库,共获得 4橡胶草产胶生物学 4702个ESTs和3363个非重复序列EST:L|BEST 017559)。 Shintani等(2010)比较俄罗斯蒲公英前3个 4.1乳管和胶乳 月根表达的EST,获得11700个ESTs和7931个非重 与橡胶树类似,橡胶草的乳管为有节乳管,列成多个复序列(EST:L|BEST_024575,EST:L|BEST 同心圆环,同一环上的乳管彼此连通成为一个独立的024574)。目前,菊科基因组计划已获得西洋蒲公英 乳管体系(黄晓华和翟道道,1989)。在乳管细胞结构的41278个ESTs和15761个非重复序列(htt∥/com- 上,橡胶草冋样具有橡胶粒子,它是橡胶生物合成的 genomiCs. ucdavis. edu)。随着蒲公英植物基因组学 重要细胞器。电子扫描显微镜观察结果显示,俄罗斯研究的不断深入,大量基因信息的积累和分析将有助 蒲公英的橡胶粒子平均直径约为320nm,与巴西橡于对橡胶草产胶遗传基础的了解。 胶树相近。分子排阻色谱测定俄罗斯蒲公英根部的橡 近期,橡胶草的胶乳蛋白质组学研究已成为新的 胶平均分子量约为1300kDa,大于巴西橡胶(大约研究热点,尤其是橡胶粒子蛋白。 Van der Meer等 1000KDa) Mooibroek and Cornish,2000)。免疫交(2010)采用2 D LC-nano MS对不同俄罗斯蒲公英种 叉反应显示橡胶草的小橡胶粒子蛋白(〈SRPP)和橡胶质的胶乳蛋白进行定量和定性分析,共鉴定出355个 树胶乳SRPP即过敏原Hevb3)有较高的免疫相似性蛋白,包括异戊二烯异构酶(D)、法尼基转移酶 ( Cornish et al,2012)。表明蒲公英橡胶可能含有类FPP)和CPT、SRPP以及GTP结合蛋白( GTP-bind- 似的过敏源,因此不适用于医疗卫生用品,但可应用 ing protein)等橡胶粒子结合蛋白,初步建立了蛋白组 于轮胎、胶管、胶鞋等传统制造领域 成和橡胶合成的相关性。该研究组还通过流式细胞仪136 植物学报 50(1) 2015 有效途径之一。 3.2 农艺栽培技术研究 俄罗斯和美国都曾开展过橡胶草的规模化种植, 并摸 索出一套适合本国的栽培系统, 包括种植地开垦、灌 溉、除草、施肥、轮作以及收获等农艺栽培技术 (Whaley and Bowen, 1947; 罗士苇等, 1951)。俄罗 斯科学家指出, 富含矿质以及有机质(尤其是氮、磷) 的土壤适于栽培橡胶草, 而酸性灰质土中加入石灰能 增大橡胶草的根产量及含胶量(罗士苇等, 1951)。据 美国农业部“紧急天然橡胶计划”报道, 橡胶草非常 适应美国北部的气候, 在有机质土壤及有机质较多的 矿质土壤中均生长良好, 可实现半机械化种植, 但除 草和收根仍需耗费大量人工(Whaley and Bowen, 1947)。因此, 橡胶草农艺栽培技术研究将主要面向 机械化和自动化栽培技术的研发。John研究组筛选出 咪草烟(imazethayr)、甲氧咪草烟(imazamox)和乙氧 氟草醚(oxyfluorfer)3种化学除草剂, 对橡胶草种植过 程中的杂草控制效果良好(Cardina et al., 2012)。 Munt等(2012)发现低N/P比值和适当密植不但可增加 根的生物量, 而且能控制主根分枝, 便于橡胶草根的 机械化采收。 4 橡胶草产胶生物学 4.1 乳管和胶乳 与橡胶树类似, 橡胶草的乳管为有节乳管, 列成多个 同心圆环, 同一环上的乳管彼此连通成为一个独立的 乳管体系(黄晓华和翟道道, 1989)。在乳管细胞结构 上, 橡胶草同样具有橡胶粒子, 它是橡胶生物合成的 重要细胞器。电子扫描显微镜观察结果显示, 俄罗斯 蒲公英的橡胶粒子平均直径约为320 nm, 与巴西橡 胶树相近。分子排阻色谱测定俄罗斯蒲公英根部的橡 胶平均分子量约为1 300 kDa, 大于巴西橡胶(大约 1 000 kDa)(Mooibroek and Cornish, 2000)。免疫交 叉反应显示橡胶草的小橡胶粒子蛋白(SRPP)和橡胶 树胶乳SRPP(即过敏原Hev b3)有较高的免疫相似性 (Cornish et al., 2012)。表明蒲公英橡胶可能含有类 似的过敏源, 因此不适用于医疗卫生用品, 但可应用 于轮胎、胶管、胶鞋等传统制造领域。 4.2 基因组和蛋白组研究 为揭示橡胶草产胶遗传基础, KEYGEN科学家运用流 式细胞分析仪, 确定俄罗斯蒲公英核型为2n=2x=16, 基因组大小为 1 450 Mb; 短角蒲公英核型为 2n=3x=24, 基因组为1 210 Mb; 西洋蒲公英核型为 2n=2x=16, 基因组为825 Mb(van Dijk and Lecou￾lant, 2012)。KEYGEN和NEIKER共同完成了俄罗斯 蒲公英遗传图谱的构建, 共获得784个ALFP标记和 151个SSR标记, 其中763个ALFP和57个SSR组成8 个连锁群, 定位了16个农艺性状(Ritter et al., 2010b; Arias et al., 2012)。此外, KEYGEN构建了西洋蒲公 英的10×BAC文库, 并与明斯特大学和Amplicon ex￾press合作完成了俄罗斯蒲公英8×BAC文库的构建。 利用短角蒲公英顺式-异戊烯转移酶(CPT)和SRPP基 因序列, 同源筛选出51个BAC(6.1 M)进行Roche 454测序, 发现西洋蒲公英中仅1个CPT基因, 即 CPT1。俄罗斯蒲公英含有3个CPT基因, 分别为CPT- 2a、CPT2b和CPT3, 其中CPT2a和CPT2b是一对等 位基因, 而CPT3有21 bp的缺失。俄罗斯蒲公英含7 个SRPP, 而西洋蒲公英仅有5个, 它们成基因簇分 布, 其中TkSRPP4, 5, 6与TbSRPP类似(van Dijk and Lecoulant, 2012)。在北美PENRA项目资助下, 内华达大学构建了俄罗斯蒲公英根EST文库, 共获得 4 702个ESTs和3 363个非重复序列(EST: LIBEST_ 017559)。Shintani等(2010)比较俄罗斯蒲公英前3个 月根表达的EST, 获得11 700个ESTs和7 931个非重 复序列 (EST: LIBE ST_024575, EST: LIBEST_ 024574)。目前, 菊科基因组计划已获得西洋蒲公英 的41 278个ESTs和15 761个非重复序列(http://com￾pgenomics.ucdavis.edu/)。随着蒲公英植物基因组学 研究的不断深入, 大量基因信息的积累和分析将有助 于对橡胶草产胶遗传基础的了解。 近期, 橡胶草的胶乳蛋白质组学研究已成为新的 研究热点, 尤其是橡胶粒子蛋白。Van der Meer等 (2010)采用2D LC-nano MS对不同俄罗斯蒲公英种 质的胶乳蛋白进行定量和定性分析, 共鉴定出355个 蛋白, 包括异戊二烯异构酶(IDI)、法尼基转移酶 (FPP)和CPT、SRPP以及GTP结合蛋白(GTP-bind￾ing protein)等橡胶粒子结合蛋白, 初步建立了蛋白组 成和橡胶合成的相关性。该研究组还通过流式细胞仪