橡胶草分子生物学研究进展及展望

罗成华 闫洁

(1.新疆石河子工程技术学校 新疆石河子 832003;2.石河子大学 新疆石河子 832003)

*通讯作者:闫洁。

橡胶草,菊科蒲公英属多年生宿根型草本植物,全球三大产胶植物之一。其根叶有乳管组织,所产橡胶结构和性能与普通橡胶树胶乳类似,所产橡胶在多年生植株根内含量高达20%,因而具有极好的开发前景。同时,作为一种产橡胶植物,橡胶草也能作为一种模式植物来研究橡胶树胶乳的产生机理。国内外学者对其分子生物学的相关研究始于二十一世纪,目前,主要集中于对其橡胶合成相关基因及产橡胶颗粒蛋白等方面的研究。

1 橡胶草顺式异戊二烯转移酶基因TkCPT1-3的克隆与定性

Thomas Schmidt等[1]基于一些其它植物已知CPT基因的多重序列,克隆出cDNA末端,将这些全长cDNA序列分别命名为TkCPT1-3,并证明这3种蛋白质促进了橡胶草体内胶乳的生物合成。

2 橡胶草产橡胶颗粒蛋白基因TkSRPP1-5的克隆与定性

Thomas Schmidt等[1]利用RT-PCR技术,从橡胶草胶乳中获得了TkSRPP1-5的五个全长cDNA。分析发现这5种蛋白质的氨基酸序列呈保守性,最高相似度为66%,而最低相似度也高达41%。

3 TkCPT和TkSRPP基因在橡胶草组织内的空间表达分析

Thomas Schmidt等[1]比较了上述8个基因在橡胶草胶乳、根、叶柄、花、叶中的表达情况。结果表明,TkSRPP2在叶柄和根中表达情况微弱,而在胶乳、叶片和花中表达量相当,另外4个基因则主要在胶乳中表达。此外,TkSRPP3只在根中表达微弱;TkSRPP4在叶柄、根和花中表达水平较低。

4 TkSRPP和TkCPT基因在橡胶草组织内的时序表达分析

Thomas Schmidt等[1]还研究了上述8个基因在橡胶草体内的时序表达情况,结果表明,在2周时,TkCPT2高水平表达,其余的4种基因则低水平表达,然后在4-6周时轻微地高水平表达。除TkSRPP1、3的表达水平有轻微降低趋势外,其余基因在12周时均能呈高水平表达。TkCPT1基因在4-6周时表达强烈,而TkCPT3在此时间段则低水平表达,此外,TkCPT2基因在2周时未表达,但此后表达呈逐渐增加趋势,到12周时强烈表达。

在橡胶草胶乳中,主要有这8个基因中的5个(TkSRPP2,TkCPT2、3除外)表达,且在橡胶草种子萌发4-6周这个时间段,表达量明显呈增加趋势,研究者在此时间段正好能首次从橡胶草中提取出高质量的橡胶,这说明至少上述5种基因与橡胶的生物合成有关。

5 橡胶颗粒体外生物合成活力研究

Thomas Schmidt等[2]研究表明,橡胶草转橡胶颗粒橡胶体外合成酶活性大约为0.2pmol/min.mg,该酶的最适Mg2+浓度为4-5mM,此外,橡胶颗粒在试管中最高只能合成分子量为2500kDa的聚异戊二烯链,这说明橡胶在体外只能部分合成。

6 橡胶草中多酚氧化酶对胶乳凝聚的分子生物学研究

Daniela Wahler等[3]研究发现橡胶草胶乳中存在着高丰度的多酚氧化酶(PPO),进一步研究表明,残留的PPO活性与其胶乳凝结速率之间存在着明显关系,这表明在橡胶草缴入的凝结和褐化过程中,其中所含的PPO起着重要作用。

7 橡胶草分子生物学研究意义及展望

目前国内外对橡胶草主要集中于分子生物学及生理特征方面的研究,而对其高频再生体系及遗传转化方面的研究较少。鉴于此,研究者今后应集中于建立橡胶草高频再生体系,并在此基础上进行遗传转化研究,从而建立橡胶草的遗传转化体系,研究其产胶机理、改良胶乳的性状、提高植株的抗逆性、并以橡胶草为模式植物对橡胶树生物合成相关基因进行功能研究等,因而具有极高的应用及研究价值。

[1]Thomas Schmidt,Andrea Hillebrand,David Wurbs.Molecular Cloning and Characterization of Rubber Biosynthetic Genes from Taraxacum kokaghyz[J].Plant Molecular Biology Reports,2010,28:277-284.

[2]Thomas Schmidt,Malte Lenders,Andrea Hillebrand.Characterization of rubber particles and rubber chain elongation in Taraxacum koksaghyz[J].BMC Biochemistry,2010,11:11-21.

[3]Daniela Wahler,Christian Schulze Gronover,Carlin Richter.Polyphen-oloxidase Silencing Affects Latex Coagulation in Taraxacum Species[J].Plant Physiology,2009,151:334-346.