木薯ftsZ和minD基因在淀粉体分裂和淀粉品质改良中的作用

提高木薯淀粉产量和培育专用型淀粉品质是育种的关键问题。目前关于木薯淀粉品质改良的分子育种主要集中在淀粉合成关键酶基因的表达和调控方面。淀粉体作为淀粉累积的场所，其分裂增殖与淀粉粒的发生和累积密切相关。通过调控质体分裂元件，改变淀粉体分裂位点形成的位置和数量，能够引起淀粉体的形态、大小和数量的改变，极有可能引起淀粉粒粒度、离散度及排列紧密程度的改变，进而影响淀粉充实程度和淀粉品质。质体的分裂起始于分裂位点上分裂结构Z环的形成，而ftsZ和minD是与Z环的形成和定位密切相关的基因。本项目利用块根特异性启动子，构建ftsZ和minD基因的反义表达载体和GFP荧光蛋白融合基因过量表达载体，以子叶胚为受体转化华南8号木薯，特异性的调节ftsZ和minD基因在块根中的表达，通过影响库器官中淀粉体分裂，以达到改变淀粉充实程度以及淀粉粒大小等特性的目的，为木薯淀粉品质改良分子育种提供新的思路。

本研究针对木薯淀粉品质改良问题，提出通过调控质体分裂元件，影响库器官中淀粉体分裂来改变淀粉粒形态、大小及充实程度的新思路。主要研究成果如下：完成ftsZ、minD等多个质体分裂相关基因的全长片段在木薯的克隆，利用生物信息学预测功能及分析进化关系；利用FtsZ、MinD蛋白异常表达能严重影响大肠杆菌细胞分裂的特性，对内共生起源的木薯质体分裂基因MeftsZ、MeminD的功能进行初步鉴定；利用拟南芥模式植物观察MeftsZ基因家族过表达对植株生长发育的影响；以我国木薯主栽品种SC8遗传转化体系，构建组成型和块根特异型启动子驱动的MeftsZ和MeminD基因的正反义植物载体转化木薯，其中转化MeftsZ1和MeftsZ2-1基因的相关载体已得到经过分子检测的几十个转基因株系，并成功在田间种植，初步观察到MeFtsZ转基因植株的叶柄和块根表皮颜色较野生型明显变红，表现出与质体发育相应表型的改变；此外还对多个品种淀粉粒度、淀粉体发育及淀粉粒发生过程进行了观察，为利用该途径改良木薯淀粉品质的新思路提供理论依据。