基本信息
- 项目名称：
- 四川优质纸浆本土丛生竹种质资源挖掘与利用
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本项目从四川省宜宾市、泸州市、雅安市、眉山市、乐山市提取竹原料，利用RAPD和ISSR等手段，研究四川本土慈竹、硬头黄、梁山慈竹的遗传多样性，旨在DNA水平上揭示不同地区3个竹种的遗传变异，探讨不同地区3个竹种的遗传多样性，充分挖掘其种质资源。通过研究不同地区3个竹种的水分、灰分、苯醇抽出物、综纤维、纤维素、木质素含量、纤维长宽以及维管束形态分布，为3个丛生竹种种质资源的遗传研究及纸浆用竹的遗传改良与开发利用提供优质材料，而且经过试验得知慈竹、梁山慈竹更适合竹浆造纸。再以四川省眉山市青神县丛生慈竹幼笋为研究材料，采用Trizol一步法提取慈竹幼笋总RNA，进行RT-PCR，首次在慈竹中成功克隆了木质素合成酶4CL基因，为慈竹的遗传改良奠定了基础，也为纤维质量好且木质素含量低的优良竹类的培育提供了依据。另外慈竹4CL基因的成功克隆还可以有一些拓展应用，譬如将该基因导入瓜果蔬菜中，可以通过基因的负调控，降低木质素的表达量，从而改善其口感；导入牧草中，通导降低木质素的表达，使木质素含量降低，从而更加有利于牲畜消化；导入水稻、小麦等农作物中，通过正调控增加木质素的含量，使作物抗倒伏、抗虫害的能力增强，为农作物的增产奠定一定的基础。
- 详细介绍：
- 本课题以四川本土具有代表性的不同地区的丛生慈竹、硬头黄、梁山慈竹为材料，利用RAPD和ISSR等手段，研究其遗传多样性，并对不同地区的3个竹种的理化特性及形态学进行了研究。研究表明，慈竹比较适合竹浆造纸。在此基础上，以四川本土优质丛生慈竹幼笋为研究材料，采用Trizol一步法提取慈竹幼笋总RNA，进行RT-PCR得到相应的cDNA。以慈竹cDNA为模板，进行慈竹4CL基因全长和慈竹4CL基因上游调控序列的克隆研究。 结果表明，四川不同地区3个竹种间存在丰富的遗传多样性，其中慈竹所扩增的特异性条带大小为570bp，是与细胞色素c氧化酶Ⅰ亚基相关。 不同地区同一竹种的理化特性因地域差异而异，且与竹龄有关。思蒙和竹海地区的慈竹和新安地区的硬头黄竹具有较高的水分含量和较低的灰分含量。梁山慈竹水分含量较高的是洪雅和沐川地区，思蒙和竹海地区的梁山慈竹灰分含量较低。苯醇抽出物含量较高为竹海地区慈竹和梁山慈竹；苯醇抽出物含量较高为竹海地区慈竹和梁山慈竹；新安地区的为硬头黄竹和梁山慈竹。综纤维含量较高的为竹海和思蒙地区的慈竹、竹海和新安地区的硬头黄竹和梁山慈竹。纤维素含量较高的为邛崃和思蒙地区的慈竹、竹海和雅安地区的梁山慈竹，木质素含量较低的为邛崃和雅安地区慈竹、竹海和雅安地区的梁山慈竹。纤维长度较长的为竹海地区的慈竹、硬头黄竹和梁山慈竹，纤维宽度较窄的为竹海地区的慈竹和梁山慈竹、沐川地区的硬头黄竹。竹海地区的慈竹和梁山慈竹以及新安地区的硬头黄竹的纤维长宽比较高。 硬头黄竹的维管束属于Ⅲ型，而慈竹、梁山慈维管束则属于Ⅳ型，但其竹杆中、上段属于Ⅲ型。 由慈竹得到1条新的4CL基因保守区片段。以这条保守区片段为模板，结合5´RACE和3´RACE得到一条新的4CL基因全长序列。生物信息学分析结果表明，该序列CDS区全长为1674bp，编码558个氨基酸；氨基酸序列中存在SSGTTGMPKGV和GEICIRG两大4CL氨基酸保守域。以克隆得到的慈竹4CL基因全长序列为参照设计引物，以SDS法提取慈竹竹心基因组DNA，利用染色体步移技术（Chromosome Walking）扩增得到慈竹4CL基因的上游部分调控序列。该序列长420bp，具有植物启动子的基本元件TATA-box和GC-box，以及4CL-CMA2b等调控元件。 本研究首次在慈竹成功克隆了木质素合成酶4CL基因，从分子生物学角度出发，通过基因工程手段定向降低慈竹木质素含量或改变慈竹木质素组分，为竹种改良提供了优质基因资源。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 21世纪新资源的开发已是必然的趋势，四川有着丰富的本土丛生竹资源，是造纸非常好的原料。 本课题紧紧围绕本土丛生竹资源的挖掘、开发和利用，既为造纸工业提供优质原料，又可以改善和保护生态环境，同时增加农民收入。以四川本土具有代表性的不同地区的三个竹种为材料，利用分子生物学等手段，研究其遗传多样性，理化特性，并在此基础上进行4CL全长序列的克隆研究。
科学性、先进性及独特之处
- 1、以本土竹种为研究对象，通过研究四川各地区不同竹种化学组分，通过比较得出一种造纸性能很好的竹种，然后进行大面积的推广。 2、用分子生物学方法研究遗传多样性，为遗传改良及造纸工业提供理论依据，并为其分类提供分子水平的参考。 3、克隆合成木质素合成酶4CL基因，为竹种进一步遗传调控和转基因研究提供了条件。
应用价值和现实意义
- （1）为造纸工业提供优质纤维原料，解决造纸工业中木桨造纸纤维原料短缺问题； （2）寻找并培育纤维质量好且木质素含量低的优质竹材，可以降低造纸工业竹浆生产成本，同时减少环境污染； （3）优质本土丛生竹，生长速度快，再生能力强，用于退耕还林，改善和保持绿色生态环境，造福于人类； （4）通过栽培优质竹浆本土丛生竹，在促进造纸工业发展的同时，可明显增加农民收入。
学术论文摘要
- 本课题以四川本土具有代表性的不同地区的丛生慈竹、硬头黄、梁山慈竹为材料，利用RAPD和ISSR等手段，研究其遗传多样性，并对不同地区的3个竹种的理化特性及形态学进行了研究。研究表明，慈竹比较适合竹浆造纸。在此基础上，以四川本土优质丛生慈竹幼笋为研究材料，采用Trizol一步法提取慈竹幼笋总RNA，进行RT-PCR得到相应的cDNA。以慈竹cDNA为模板，进行慈竹4CL基因全长和慈竹4CL基因上游调控序列的克隆研究。 结果表明，四川不同地区3个竹种间存在丰富的遗传多样性，其中慈竹所扩增的特异性条带大小为570bp，是与细胞色素c氧化酶Ⅰ亚基相关。 由慈竹得到1条新的4CL基因保守区片段。以这条保守区片段为模板，结合5´RACE和3´RACE得到一条新的4CL基因全长序列。 本研究首次在慈竹成功克隆了木质素合成酶4CL基因，从分子生物学角度出发，通过基因工程手段定向降低慈竹木质素含量或改变慈竹木质素组分，为竹种改良提供了优质基因资源。
获奖情况
- 无
鉴定结果
参考文献
- [1]任艳军. 刚竹属(Phyllostachys)部分观赏竹种间亲缘关系的RAPD标记研究[D].四川农业大学,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]方伟,何祯祥,黄坚钦等.雷竹不同栽培类型RAPD分子标记的研究[J].浙江林学院学报,2001,18(1):1-5 [4]周衡书,钟文燕.竹纤维的开发与利用[J].纺织科学研究,2003,(4):30-36 [5]李煊星.湖南主要竹资源纤维形态的比较研究[D].湖南农业大学2006 [6]陈中豪,李志清.慈竹木素特性与分布的研究[J].中国造纸报.1992,7(1):37-42 [7]龙毅,吴军.鄂南竹类造纸及其发展前景[J].湖北造纸,2005,2:10-13 [8] 朱乾浩,汪若海.高等植物纤维素合成的最新研究进展[J].生命学,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
同类课题研究水平概述
- 目前在国外，Friar和Kochert等应用RFLP方法对26种竹子的42个不同基因型进行遗传多样性研究，根据品种间亲缘关系的远近，鉴定出25种为散生竹。普晓兰等对巨龙竹进行纤维形态及变异规律的研究表明：年龄、轴向和径向的不同部位均对纤维形态有一定的影响。 林金国研究认为只有年龄对木质素含量差异的影响极显著。陈中豪研究慈竹发现，木质素在二年与三年之间有较大变化，三年以上增加木质素含量较少。 严远鑫从玉山竹等5种竹种中扩增得到了CO基因的部分序列，约1.5 kb，初步分析表明竹子的CO基因与小麦的CO基因更接近。同时还从玉山竹等2种竹子中分离到一个2.0 kb的全新序列片断。田波、陈永燕、严远鑫[44]等还采用RACE方法从麻竹中分离到了18个MADS-box基因的cDNA全长，其系统学分析表明它们明显地分为5个支。选择了5个基因分别代表这5个支的MADS-box基因，通过转化拟南芥来确定基因功能。目前已建立通过浸花法转化拟南芥的转基因体系，已将5个目的基因与启动子相连接，并连接进人载体pCAMBIA 2301的多克隆位点上，形成了5个转化质粒。目前这5个质粒正在转染农杆菌，待已种植的拟南芥达到初花时用于转化。
