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[成果] 1800290012 上海
S56 应用技术 谷物及其他作物的种植 公布年份:2018
成果简介:植物能够合成大量次生代谢产物(secondary metabolites),又称天然产物(natural products)。这些小分子化合物,在植物的环境适应性发展,尤其是抵御病原微生物侵染和昆虫取食的反应中起重要作用,同时也为人类提供了大量的工业、农业、医药等生产原料。植物-昆虫互作与协同进化是最复杂有趣的生命现象之一,是生物多样性形成的重要动力。 萜类是植物次生代谢物大的类群,一些成分(如青蒿素)具有重要药用价值。棉酚是倍半萜衍生物,具有广谱毒性,能抵御病虫害但限制棉籽的利用。项目组对棉酚生物合成途径开展了系统深入地研究,先后克隆鉴定了法尼基二磷酸合酶(FPS)、杜松烯合酶(CAD)和杜松烯羟化酶(CYP706B1),催化三步连续的反应。棉籽富含油脂和蛋白质,利用种子特异启动子表达CYP706B1基因的双链RNA,创制了种子低酚、植株棉酚含量正常的转基因棉花新种质,为育种提供了种质资源。发现分泌型漆酶参与棉酚合成,通过基因工程使植物根部分泌漆酶,可转化土壤中酚类污染物《自然·生物技术》(Nature Biotechnology,2004)。该工作率先提出土壤污染的植物体外修复,被称为“脱毒分泌物”,“展示了一项有生命力的植物修复策略”(Nature Biotechnology)。 次生代谢产物抑制昆虫生长,但昆虫不仅仅是被动解毒。项目组发现,棉铃虫摄入棉酚后生长减缓,但解毒酶基因的表达受到强烈诱导,解毒活性显著提高,对农药和其他化合物的耐受性得到增强。这种基于植物防御化合物的诱导机制是昆虫抗药性发展的重要分子基础。该成果为害虫的综合防治提供了新思路《分子生态学》(Molecular Ecology,2012)。发明了植物介导的RNA干扰抗虫技术。
[成果] 1700020439 上海
S79 应用技术 林木的培育和种植 公布年份:2015
成果简介:油菜素内酯对植物的生长发育具有重要的作用,前期研究表明在水稻中提高油菜素内酯的合成,可以提高籽粒灌浆从而提高产量,在木本植物中相关的研究比较少,课题组以可再生能源植物杨树山新杨为底盘品种材料,提高其内源油菜素内酯的合成,加速杨树的生长,从而提高了生物量。山新杨为新疆杨和山杨的杂交种,抗寒和适应性强,以其为基础,培育的速生杨生长速度等方面给优于当地主栽品种新疆杨,可以在新疆大部分地区种植推广。该品种已经获得国家林业局中试许可,进入中试阶段。
[成果] 1700020417 上海
S79 应用技术 林木的培育和种植 公布年份:2015
成果简介:钙不仅是植物生长发育所必需的大量营养元素之一,植物细胞质中游离的钙离子(Ca2+)还作为信号转导中的第二信使,介导植物在不同发育阶段和各种复杂环境中的众多反应,包括气孔开关、离子稳态、非生物胁迫响应。细胞内时空特异性的钙信号通过各种不同的钙结合蛋白即钙的感受器(Calcium sensor)进行感知与传递。类钙调磷酸酶B蛋白CBL(Calcineurin B-like protein)是植物中一类特殊的钙感受器,它们通过与蛋白激酶CIPK(CBL-interacting protein kinase)的相互作用形成复合体,活性状态的CBL-CIPK复合体通过磷酸化修饰下游靶蛋白,进而解码各种动态变化的钙信号并调控相关的生理过程。课题组以可再生能源植物杨树山新杨为底盘品种材料,提高其CBL10的表达水平,提高了杨树的抗盐能力。
[成果] 1700020416 上海
S5 应用技术 农业科学研究与试验发展 公布年份:2015
成果简介:糖代谢直接影响着作物的营养生长和籽粒发育,尤其是粮食作物的灌浆能力,进而决定着作物的籽粒产量。细胞壁蔗糖转化酶是控制光合产物(蔗糖)在“源-库”器官间的运输,从而控制籽粒灌浆的主效基因。玉米细胞壁蔗糖转化酶功能的缺失,可以导致籽粒基本不能灌浆,产量降低70%。而在玉米Ye478中提高细胞壁蔗糖转化酶的活力,可以显著提高玉米籽粒产量和淀粉含量(分别提高了145.3%和13.0%)。ZmG1新品种以住在品种郑单958的母本郑58的近等自交系统Ye478为底盘品种,F1代产量优于郑58,可以在新疆大部分地区种植推广。该品种已经获得国家农业部门中试许可,进入中试阶段。
[成果] 1400580605 上海
Q965 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2013
成果简介:该项目“昆虫保幼激素,维持幼虫形状的分子解析”属于昆虫生理学研究领域。保幼激素(juvenilehormone,JH)和蜕皮激素(20-hydroxyecdysone,20E)协同调控昆虫的变态发育和生殖成熟。JH和20E的类似物和拮抗物是非常重要的生物杀虫剂,而针对JH和20E受体设计靶标农药更是一种趋势和潮流。虽然发现JH至今已近80年,但直到近几年来,JH的分子机能研究才取得突破性进展。该项目的研究成果为进一步鉴定。TH受体和阐明:TH信号传导途径奠定了重要的基础。重要科学发现:1.JH通过拮抗20E诱导的细胞凋亡而“维持幼虫性状“传统观点认为JH对果蝇没有”维持幼虫性状的生理功能。利用遗传学手段摘除合成JH的器官咽侧体,发现JH几近缺失,脂肪体等幼虫组织中20E诱导的半肤天冬酶Dronc和Drice大量表达,导致20E诱导的细胞凋亡提前和加剧,最终果蝇在蛹期早期死亡。遗传互作确证在幼虫蜕皮时期,JH通过拮抗20E诱导的细胞凋亡而“维持幼虫性状”。进一步研究发现JH潜在受体MET处于JH信号传导途径的上游关键位置;JH通过抑制MET的转录活性而阻碍20E诱导的Dronc和Drice表达和细胞凋亡(Development,2009)。利用类似的研究手段,还发现JH部分缺失导致成虫生殖能力下降(Insect Biochemistry and Molecular Biology 2010)。2.JH通过拮抗20E抑制的天生免疫、能量代谢、摄食行为等而“维持幼虫性状”发现在家蚕蜕皮和变态时期,1,20E抑制脂肪体抗菌肤基因的表达而降低天生免疫功能,抑制糖酵解途径基因表达而降低基础代谢功能(BMC Genomics2010;Journal of Molecular Cell Biology 2010a);2,20E通过减少摄食量而促进饥饿产生,导致脂肪体中脂肪降解而维持正常的生命运动(Journal of Molecular Cell Biology 2010b,封面论文);3,20E及其诱导的饥饿在磷酸化水平上抑制胰岛素-PI3K-TORC1信号,但在转录水平却起促进作用以维持该信号的基底水平(Journal of Insect Physiology,2010;Insect Biochemistry and Molecular Biology,2010)。非常重要的是,在家蚕幼虫蜕皮时期,JH拮抗20E所有以上生理功能,从而起到“维持幼虫性状“的作用。3.JH生物合成对“维持幼虫性状“的调控确定JH酸甲基转移酶JHAMT是蓖麻蚕保幼激素合成途径中的关键酶,发现蓖麻蚕JH的生物合成受神经肤促咽侧体素和抑咽侧体素的调控。这些神经肤通过调控JHAMT活性和JH合成,最终影响JH“维持幼虫性状“的生理功能(Insect Biochemistry and Molecular Biology,2007;Archives of Insect Biochemistry and Physiology,2008).论文引用和对科技进步的作用:该项目自2006年9月到2010年底共发表相关SCI论文12篇。其中代表性论文8篇,均为通讯作者论文,总IF35.2/平均IF4.4,SCI他引74次/单篇最高他引19次。该项目研究成果解析了“JH维持幼虫性状”的分子本质,推动了国际同行对JH研究领域的进一步深入,促进了JH研究水平从生理功能到分子机制再到信号传导的逐步上升。近几年来,JH信号传导研究已成为昆虫科学研究的热点和最前沿,针对JH受体MET/GCE设计靶标农药将成为整个.TH研究领域的趋势和潮流。
[成果] 1300271947 上海
S88 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2011
成果简介:1、改用果蝇遗传方法研究JH的生理功能和分子作用。用Aug21-Gal4驱动UAS-Grim超表达导致CA缺失,JH不再合成,果蝇蛹期早期死亡。JH缺失的果蝇并不提前变态,但是脂肪体提前出现自噬、凋亡、坏死等程序化细胞死亡(PCD)。用2D-DIGE/MS-MS和real time PCR等研究方法发现,脂肪体PCD的分子机制是JH缺失导致caspase Dronc和Drice的表达上升,后者直接诱导PCD。JH抑制PCD,而蜕皮激素20E诱导PCD,这两个激素通过对PCD的相反调控来相互拮抗。JH抑制PCD是抵消了JH的候选受体MET/gce的转录活性,MET的超表达能导致Dronc和Drice表达的上升和PCD提前,而MET/gce突变体导致Dronc和Drice表达的下降和PCD推后。这一研究是自JH被发现后80年来JH的分子作用机制研究的一个重要突破。相关研究结果于2009年6月发表在著名国际期刊Development上(Liu et al.,2009 Development 136:2015-1025),在国际同行中引起了较大的影响。该自然基金面上项目是该论文的第一支持课题。该研究基本上完成了该课题的所有任务,虽然课题组改用了果蝇作为模式动物,却赢得了国际竞争。随后,与俄罗斯科学家Nataly Gruntenko合作,发现JH对成虫生殖能力的调控是必需的。该研究成果于2010年发表在昆虫顶级期刊Insect Biochemistry and Molecular Biology上(Gruntenko et al.,2010 IBMB 40:891-897).与马里兰大学Jian Wang合作,课题组通过遗传筛选发现TGF-beta信号能促进果蝇咽侧体中JH的合成,其分子作用机制是诱导JH合成途径关键基因jhamt的表达。研究论文在Development上二审,预计2011年年初发表。在JH的分子机理研究方面,课题组取得了长足的进展。基本确定了MET和GCE就是JH受体,克隆了JH反应基因kr-h1上的JH反应元件,鉴定了MET的分子伴侣Hairy和TANGO并基本确证了它们在JH信号传导过程中的重要分支作用。预计这一研究发现将是昆虫学领域中的一个重大突破。相关论文正在整理之中,预计明年发表。2、以家蚕脂肪体作为研究对象,研究JH的生理功能和分子作用。因为果蝇和家蚕等大多数昆虫的生理和遗传差异,很难把果蝇中发现的JH生理功能和分子作用推广到所有昆虫中;相反,家蚕更具有代表性。家蚕等大多数昆虫的幼虫蜕皮过程中需要20E和JH共同作用,而化蛹过程中只需要20E且不需要JH的作用。课题组推测JH的主要作用如下:在幼虫蜕皮过程中,幼虫的器官不能死亡,所以需要JH抑制PCD;而在化蛹过程中,所有幼虫器官必需死亡,而成虫器官需要重新生成,所以不能存在JH并出现大量的PCD。首先,课题组观察了3眠到蛹期家蚕脂肪体的细胞自噬、凋亡和坏死等PCD情况。发现,3眠、4眠、5眠和蛹期等不摄食时期,脂肪体中都出现细胞自噬,初步结果推断是20E和饥饿引起的。而5龄摄食期却出现了严重的坏死。凋亡的情况相对难以判断。课题组取家蚕4眠幼虫、5龄取食期、5眠(化蛹前期)等3个时期的脂肪体作了microarray分析,研究结果也没有发现凋亡和坏死相关基因的变化,可能是这些基因的表达量相对较少的原因。课题组对所有家蚕细胞自噬、凋亡和坏死相关基因作real-time PCR分析,发现20E和JH一起精确地调控对细胞自噬、凋亡和坏死及其相关基因的表达。相关研究还在进一步进行中。非常令人意外的是,microarray研究发现,20E和JH可能对家蚕脂肪体的能量代谢和天生免疫有非常重要的调控作用。在蜕皮和变态过程中,脂肪体中的能量代谢和天生免疫相关基因的表达水平和酶活力都大大下降。结合激素处理和RNAi的方法,课题组发现20E在蜕皮和变态过程中是降低能量代谢和天生免疫的主要因素,而JH在蜕皮过程可以部分阻碍20E的抑制作用。2篇研究论文已经分别发表(Tian et al.,2010.BMC Genomics 11:549;Tian et al.,2010.J.Mol.Cell Biol.2:255-263)。3、家蚕JH候选受体MET是联系JH和20E信号的分子桥梁。课题组在果蝇的研究从分子水平上验证了MET是JH受体的假设,虽然还无法确认该假设,但却肯定了MET是JH信号传导途径中的非常上游的一个效应分子。课题组克隆了家蚕了两个JH候选受体MET基因(Met1和met2),发现家蚕和果蝇一样,这两个MET基因的一个是原始基因,而另外一个是由反转录插入后生成的新基因。这两个MET基因的mRNA水平在组织定位和发育变化中有很大的差别,可能是因为它们具有截然不同的启动子区域造成的。20E处理后,和20受体复合体的EcR和USP一样,这两个MET基因的mRNA水平也迅速上升,显示20E能促进它们的表达。进一步研究发现它们与20受体复合体的EcR和USP形成超级复合体,暗示它们可能参与了20E的信号传导。在5龄幼虫游走前RNA干扰EcR和USP,造成化蛹失败或者蛹期发育停顿,20E反应基因的表达丧失。同样,在在5龄幼虫游走前RNA干扰Met1,met2,Met1+met2,都可以造成化蛹失败,20E反应基因表达丧失的表型更为严重。深入研究发现MET与EcR-USP结合后,与EcRE形成蛋白质-DNA复合体,参与MET的信号传导。MET作为一个桥梁分子招募共转录因子组蛋白乙酰转基因酶CBP/p300等,激活20E-EcR-USP的转录。同时,MET也参与了JH信号传导,JH通过MET诱导Kr-h1的表达。结合果蝇上的研究成果,课题组应为MET是联系JH和20E信号传导的分子桥梁。论文已经投寄,待发表。4、转基因家蚕研究取得重大突破。通过癌基因和抑癌基因在丝腺中超表达,肯定可以改变丝腺的大小。既然如此,预初实验发现原定的大多数基因作用效果不佳,所以课题组改变了原定的基因数目,UAS转基因家蚕少而精。主要集中在Ras1和EcR这2个基因上。Ras1已经获得4种不同的转基因蚕:野生型Ras 1、恒久活性Ras1CA、显性失活Ras1DN、RNA干扰Ras1-dsRNA。Uas-Gal4杂交后代Fil-GAL4>UAS-Ras1,Fil-GAL4>UAS-Ras1DN,Fil-GAL4>UAS-Ras1-dsRNA的表型都不是非常明显。课题组把研究集中在Fil-GAL4>UAS-Ras1CA,已经申请了专利一项(李胜等,2010.一种提高蚕丝产量的转基因方法。专利申请号201010118072.8),论文在Cell Research审稿中。首先,课题组发现,在4-5龄家蚕后部丝腺生长过程中,Ras活性指标-MAPK磷酸化与后部丝腺生长速率基本平行,但稍微提前,推测Ras活性能够促进后部丝腺生长 。如此,课题组获得了Fil-GAL4和UAS-Ras1CA两个转基因家蚕品系,并获得Fil-GAL4>UAS-Ras1CA杂交后代。杂交后代与对照组相比,尽管虫重和蛹重没有显著变化,后部丝腺重增加了60﹪,茧重增加了40﹪,证明转基因家蚕的产丝能力大大得以提高。非常重要的是,转基因家蚕的摄食量只提高了20﹪,并且蚕丝的品质没有变化。检测转基因家蚕的后部丝腺发现,Ras1表达量提高了10倍,Ras活性大幅度提高,Ras下游MAPK、Akt、S6K和4EBP的磷酸化信号也大幅度提高了。后部丝腺Ras活性的提高,还导致了后部丝腺中丝素蛋白 FiL、FiH和P25,以及产丝标记基因bHLH转录水平的显著升高;以及后部丝腺中总DNA含量的升高、CyclinD和CyclinE的表达水平上升,以及细胞内分裂活性上升。后部丝腺Ras活性的提高,并没有改变后部丝腺的细胞数目,而只是增大了细胞体积,并导致了细胞核变大,与丝素蛋白合成的一些亚细胞器(如线粒体、粗面内质网、分泌小泡)的高度富集,核糖体大量增生,蛋白质合成能力上升。该研究证明胰岛素等生长因子激活的Ras基因是家蚕丝腺发育调控的主效调控基因。
[成果] 1300291437 上海
Q78 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2011
成果简介:通过高通量表达组技术和电生理技术,从拟南芥基因组中克隆到一个受逆境因子(Cd2+)和营养信号(NO3-)强烈诱导的基因NRT1.8,该基因编码一个pH依赖的内向型NO3-低亲和转运蛋白,其基本作用在于将木质部导管中的NO3-跨木质部薄壁细胞膜转运到木质部薄壁细胞中,从而卸载木质部导管中运输的NO3-,实现对NO3-长途转运的调控。在镉胁迫下,该基因在根中被强烈诱导,导致NO3-留存在植物根中,使得NO3-在植物地上和地下部位的分配比例发生变化。在该基因功能缺失突变体中,这种NO3-的分配方式受到破坏,并由此导致植物对镉胁迫表现出高度的敏感性;过量表达该基因显著提高了植物对多种逆境的耐性,进一步的研究表明可能是通过重建氮素代谢途径来实现的。这些事实表明NRT1.8介导的NO3-再分配在植物逆境胁迫耐受机理中起着重要的调节作用。该成果对于指导培育矿质营养高效,尤其是逆境条件下矿质营养高效的农作物具有重要的科学意义和潜在的应用价值。
[成果] 1300291440 上海
S53 应用技术 农业科学研究与试验发展 公布年份:2011
成果简介:木薯是长江以南地区重要的高淀粉能源薯类作物,是国家生物质能发展的首要作物之一。其遗传上高度杂合,通过常规杂交进行遗传改良非常困难。利用基因工程可快速改良木薯特定农艺性状,大大提高木薯的育种速度。南方地区存在的低温冷害可造成木薯缺水胁迫,从而极大地影响木薯的产量,同时造成木薯种茎不易保存。该项目利用可靠的木薯遗传转化体系,旨在建立中国主要木薯栽培品种离体植株再生信息库和与之相配套的遗传转化体系,实现转基因创制耐低温的能源木薯新品种。通过研究木薯低温逆境条件下相关基因的表达,分离重要功能基因及其启动子,为转基因技术调控木薯抗逆境能力提供研究基础和理论依据。经胁迫诱导或组织特异性表达转录因子CBF3及其调控基因AtGolS3、ICE1或膜系统稳定基因FAD7、类受体激酶IPK等抗低温基因,培育2-3个具有自主创新性的抗逆境优质木薯种质,发挥木薯在中国能源作物种质资源上的优势地位。
[成果] 1300291443 上海
S53 应用技术 [自然科学研究与试验发展, 农业科学研究与试验发展] 公布年份:2011
成果简介:通过该项目的实施,建立了木薯采后生理性变质研究的一些技术,包括涉及的采后生理性变质评价体系、组织和化学水平的检测、转基因木薯制备等。结合芯片试验数据,鉴定了几个与采后生理性变质密切相关的基因,为系统研究采后生理性变质调控机制建立了基础。(1)木薯采后生理性变质的定量、定性检测。(2)木薯采后生理性变质过程ROS转化与清除重要基因的时空表达谱。(3)ROS相关基因载体构建及转基因植株的获得。(4)转基因木薯的分子生物学鉴定。
[成果] 1300291439 上海
X70 应用技术 [环境治理, 污水处理及其再生利用] 公布年份:2011
成果简介:利用中温ABR反应器实现了丙酮丁醇发酵废水的高效处理和清洁能源(沼气)的高效转化。利用16SrRNA基因PCR-DGGE指纹图谱和主成分分析建立了ABR反应器的群落空间演替的分析方法。在低COD负荷下群落空间演替不明显,但是随着COD负荷的增加,则群落空间演替逐渐显现,这表明群落空间演替与反应器COD负荷有着密切的关系。同时,随着C2室降解能力的显著提高,其群落结构也从与C3和C4室(降解效率低)接近转变成与降解能力高的C1室相接近,这说明群落空间演替与反应器的功能也有着密切的联系。利用16SrRNA基因克隆文库解析了反应器中丙酮和丁醇厌氧降解群落的微生物组成。ABR反应器群落空间演替的主导过程是:甲烷囊菌属的丰度逐渐下降,而甲烷粒菌属逐渐成为优势类群;而细菌的变化则是拟杆菌门代替厚壁菌门成为主要的微生物类群。实时定量PCR的结果表明甲烷囊菌属和细菌ABRB07在群落演替中的丰度都大约降低了10倍,它们可能在丙酮和丁醇的降解中发挥了重要的作用。由于乙酸裂解型甲烷菌在整个群落演替过程中丰度都很低,可以通过来添加它们来进一步提高ABR反应器的处理效果。
[成果] 1300291441 上海
Q42 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2011
成果简介:植物中,糖作为碳骨架和能量的提供者,是一切物质代谢和能量代谢的基础。糖的信号分子功能已得到广泛认可,糖作为信号分子在植物生长发育和对环境响应的过程中具有极其重要的作用。植物中的可溶性糖主要有蔗糖、葡萄糖和果糖。以己糖激酶HXK1为受体的葡萄糖信号途径已有较多的研究,而蔗糖信号的存在也已得到证实。这些研究结果为阐明糖信号调控物质代谢、能量代谢、生长发育、以及响应外界环境的分子机理打下坚实的基础。然而,作为主要可溶性糖之一的果糖,其信号功能和相应的信号途径却未明确。该成果的科研人员利用Ler和Cvi生态型构建的LerXCvi重组自交系群体进行果糖敏感QTL的定位,通过与葡萄糖敏感QTL的比较,发现了4个果糖特异的QTL,其中的FSQ6在近等基因系中得到证实。该成果研究还发现拟南芥的果糖敏感性独立于葡萄糖感受体HXK1,但仍依赖于脱落酸和乙烯信号途径。这些结果揭示了独立于HXK1的果糖信号新途径,该途径与脱落酸和乙烯信号途径的互作方式和HXK1介导的葡萄糖信号途径相似。通过图位克隆和转基因互补,课题组证明了FSQ6基因是一个具有膜系留结构域的NAC转录因子-ANAC089。FSQ6/ANAC089的Cvi等位基因是一个功能获得性等位基因,具有抑制果糖信号的功能,该等位基因的第三外显子中发生了1-bp缺失,导致蛋白质翻译提前终止,从而产生了膜系留结构域缺失的ANAC089蛋白质,该蛋白质能直接进入细胞核,且具有转录激活活性,通过激活下游基因的表达从而抑制果糖信号途径。而LerANAC089蛋白虽然具有转录激活活性,但因具有膜系留结构域,仍滞留在细胞质中,不能进入细胞核行使转录因子的功能。该研究证实了不依赖葡萄糖受体HXK1的新的果糖信号的存在,并将为植物糖信号研究开辟一个新领域。
[成果] 1200090764 上海
S33 应用技术 农业科学研究与试验发展 公布年份:2010
成果简介:抗病性的分子改良往往影响其他重要的农艺性状,如株高与产量性状,因此抗病性如何与其他农艺性状包括重要的发育/产量性状产生互作及其分子机理关系到基因操作改良作物性状的有效性与实用性,这方面的研究已经成为植物生物学或作物功能基因组学研究的前沿。该项目紧密围绕抗病性与其它重要农性状间的分子互作,针对转基因改良中的重要农业生物学问题,明确了有关抗稻瘟病(真菌)与白叶枯病(细菌)的激素信号途径,证明了生长素(auxin)与赤霉素(GA)是抗病性的负调控因子,OsNPR1控制的抗病性同时也调控生长发育途径,而抗病性的JA途径调控由DELLA蛋白控制的GA途径,这些发现在理论上具有重要的学术价值。也为今后抗病高产的转基因分子育种奠定基础。在该项目中,课题组克隆并功能验证了广谱抗稻瘟病基因Pigm,通过2008和2009在浙江、湖南、江西和黑龙江的鉴定,证明是国内外克隆的抗病性最好的基因,具有巨大的应用前景。已经与包括隆平高科、荃银高科、中国水稻研究所等在内的10多家种子公司与育种单位合作,用Pigm进行抗病育种,并已获得大批优良品系,将有重要的经济效益。
[成果] 1200080141 上海
S5 应用技术 农业科学研究与试验发展 公布年份:2010
成果简介:大豆根瘤菌接种技术通过生物固氮作用,达到减少化肥施用量及对环境污染的目的,是一项节能增效、绿色环保新举措。目前美国、阿根廷、巴西等国家大豆根瘤菌剂的应用已成为一项常规措施,每年接种面积已占播种面积的50﹪以上,而我国的接种面积尚不足播种面积的1﹪。长期以来,由于自然条件的变化和经济、社会等方面的原因,新疆生态环境不断恶化,沙漠化、草地退化、土壤盐渍化等突出问题,不但制约了新疆经济和社会的可持续发展,而且对生存环境造成很大的威胁。在荒漠贫瘠地区加大豆科植物种植面积,接种抗逆高效的大豆根瘤菌;而在具一定肥力水平的土壤中,进行禾本科作物与豆科作物间、套、轮作或豆、禾牧草混播,充分发挥生物固氮的作用,达到豆、禾互惠双高产,减少化学氮肥用量、降低环境污染、改善生态环境,保障农牧业的持续发展的目的。根据我们在塔城额敏地区的田间试验结果,接种大豆工程菌与未接种的田地相比,接种工程菌的亩产量提高约40﹪。若以2007年大豆平均单价为2.4元,亩增效收入为172.6元,扣除菌剂成本每亩20元,亩增效益为152.6元。新疆2001年的大豆生产面积为7.9万公顷,即使是一半面积接种大豆工程菌,所带来的经济效益也是十分巨大的。氮肥的工业生产及应用明显地提高了大豆种植业的生产水平。但是,工业氮肥的生产,消耗了大量的煤、石油或者天然气等不可再生资源,同时释放出二氧化碳和二氧化硫等有害气体。随着不可再生资源的减少,工业氮肥的生产成本呈不断上升趋势,其价格也在持续上涨,从而大大增加了大豆生产的成本。另外,在大豆种植过程中施用的工业氮肥,多数不能被植物吸收,从而进入土壤和地下水,一方面导致了土壤酸化、板结、江河湖海富营养化,食物链致癌物质增加。在大豆生产中接种高效抗逆的大豆根瘤菌,不但能促进豆科植物的细胞分化和器官发育,从而改善其氮素的同化能力和提高植株的耐逆性,达到提高产量的目的,而且有利于我国环境、农业、经济社会的可持续发展。
[成果] gkls087539
TQ11 基础理论 公布年份:2010
成果简介: 对氢能的需求,促使氢气制取技术正在成为当今最热门的高科技研究领域之一。由于生物产氢技术具有环境友好等优势而有着广泛的应用前景。混合菌群利用废弃生物质的产氢技术,是降低生物产氢成本的重要途径,也将在生物产氢技术产业化中起着举足轻重的作用。解析产氢微生物群落结构与产氢效率的关系及其与产氢条件的互作规律,是寻找监测及优化产氢微生物群落结构的方法从而保证混合菌群产氢的稳定、高效运行的必经之路。微生物群落中催化放氢的双向氢酶及催化氢消耗的吸氢酶的类型组成及比例直接影响其产氢效率。因此,从总DNA 出发分析群落中氢酶基因的多样性及组成分布,特别是从RNA 出发分析产氢过程中表达活性高的氢酶基因的组成,将更直接地揭示群落结构与产氢功能间的互动规律,不仅为开发持续稳定的高效生物产氢技术提供技术指导及监测手段,也将为进一步克隆定位在产氢代谢过程中起关键作用的氢酶基因及其调控因子提供分子标记。
[成果] 1200090763 上海
TQ11 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2010
成果简介:对氢能的需求,促使氢气制取技术正在成为当今最热门的高科技研究领域之一。由于生物产氢技术具有环境友好等优势而有着广泛的应用前景。混合菌群利用废弃生物质的产氢技术,是降低生物产氢成本的重要途径,也将在生物产氢技术产业化中起着举足轻重的作用。解析产氢微生物群落结构与产氢效率的关系及其与产氢条件的互作规律,是寻找监测及优化产氢微生物群落结构的方法从而保证混合菌群产氢的稳定、高效运行的必经之路。微生物群落中催化放氢的双向氢酶及催化氢消耗的吸氢酶的类型组成及比例直接影响其产氢效率。因此,从总DNA出发分析群落中氢酶基因的多样性及组成分布,特别是从RNA出发分析产氢过程中表达活性高的氢酶基因的组成,将更直接地揭示群落结构与产氢功能间的互动规律,不仅为开发持续稳定的高效生物产氢技术提供技术指导及监测手段,也将为进一步克隆定位在产氢代谢过程中起关键作用的氢酶基因及其调控因子提供分子标记。
[成果] gkls097933
S56 应用技术 公布年份:2010
成果简介:大豆根瘤菌接种技术通过生物固氮作用,达到减少化肥施用量及对环境污染的目的,是一项节能增效、绿色环保新举措。目前美国、阿根廷、巴西等国家大豆根瘤菌剂的应用已成为一项常规措施,每年接种面积已占播种面积的50﹪以上,而我国的接种面积尚不足播种面积的1﹪。长期以来,由于自然条件的变化和经济、社会等方面的原因,新疆生态环境不断恶化,沙漠化、草地退化、土壤盐渍化等突出问题,不但制约了新疆经济和社会的可持续发展,而且对生存环境造成很大的威胁。在荒漠贫瘠地区加大豆科植物种植面积,接种抗逆高效的大豆根瘤菌;而在具一定肥力水平的土壤中,进行禾本科作物与豆科作物间、套、轮作或豆、禾牧草混播,充分发挥生物固氮的作用,达到豆、禾互惠双高产,减少化学氮肥用量、降低环境污染、改善生态环境,保障农牧业的持续发展的目的。根据我们在塔城额敏地区的田间试验结果,接种大豆工程菌与未接种的田地相比,接种工程菌的亩产量提高约40﹪。若以2007年大豆平均单价为2.4元,亩增效收入为172.6元,扣除菌剂成本每亩20元,亩增效益为152.6元。新疆2001年的大豆生产面积为7.9万公顷,即使是一半面积接种大豆工程菌,所带来的经济效益也是十分巨大的。氮肥的工业生产及应用明显地提高了大豆种植业的生产水平。但是,工业氮肥的生产,消耗了大量的煤、石油或者天然气等不可再生资源,同时释放出二氧化碳和二氧化硫等有害气体。随着不可再生资源的减少,工业氮肥的生产成本呈不断上升趋势,其价格也在持续上涨,从而大大增加了大豆生产的成本。另外,在大豆种植过程中施用的工业氮肥,多数不能被植物吸收,从而进入土壤和地下水,一方面导致了土壤酸化、板结、江河湖海富营养化,食物链致癌物质增加。在大豆生产中接种高效抗逆的大豆根瘤菌,不但能促进豆科植物的细胞分化和器官发育,从而改善其氮素的同化能力和提高植株的耐逆性,达到提高产量的目的,而且有利于我国环境、农业、经济社会的可持续发展。
[成果] 1200092211 上海
S88 应用技术 农业科学研究与试验发展 公布年份:2010
成果简介:技术说明:以piggyBac转座子作为载体建立家蚕GAL4/UAS转基因系统,需要两个品系:第一是组织或者发育时期特异的GAL4转基因品系;第二是UAS和所需超表达基因的转基因品系。亲本的GAL4品系和UAS品系没有任何表型,还可以分开保存;当GAL4品系和UAS品系杂交后,子代GAL4/UAS的UAS转基因才会被GAL4驱动所超表达,并表现出相关表型。日本科学家利用piggyBac转座子在家蚕中建立了UAS-Gal4系统(Imamuraetal.,2003),并开始了一些功能和调控研究(Tanetal.,2005)。与西南大学夏庆友教授合作,课题组建立了一套可稳定遗传的双色荧光GAL4/UAS转基因家蚕技术平台:GAL4和UAS品系选用红色荧光和绿色荧光作为筛选标记,为GAL4和UAS品系的杂交体系后代的甄别带来很大的便利。利用该系统,最近申请人获得了家蚕丝腺特异表达Ras1CA基因的转基因体系Fil-GAL4>UAS-Ras1CA(李胜等,专利申请号201010118072.8)。该转基因家蚕体系的成功建立,为该课题中所提到的各种转基因家蚕改良家蚕关键品质性状研究提供了坚实的技术平台。通过癌基因和抑癌基因在丝腺中超表达,肯定可以改变丝腺的大小。既然如此,预初实验发现原定的大多数基因作用效果不佳,所以课题组改变了原定的基因数目,UAS转基因家蚕少而精。主要集中在Ras1和EcR这2个基因上。Ras1已经获得4种不同的转基因蚕:野生型Ras1、恒久活性Ras1CA、显性失活Ras1DN、RNA干扰Ras1-dsRNA。Uas-Gal4杂交后代Fil-GAL4>UAS-Ras1,Fil-GAL4>UAS-Ras1DN,Fil-GAL4>UAS-Ras1-dsRNA的表型都不是非常明显。课题组把研究集中在Fil-GAL4>UAS-Ras1CA,已经申请了专利一项(李胜等,2010,一种提高蚕丝产量的转基因方法。专利申请号201010118072.8),相关论文正在撰写中,估计在一个月内定稿。首先,课题组发现,在4-5龄家蚕后部丝腺生长过程中,Ras活性指标-MAPK磷酸化与后部丝腺生长速率基本平行,但稍微提前,推测Ras活性能够促进后部丝腺生长。如此,课题组获得了Fil-GAL4和UAS-Ras1CA两个转基因家蚕品系,并获得Fil-GAL4>UAS-Ras1CA杂交后代。杂交后代与对照组相比,尽管虫重和蛹重没有显著变化,后部丝腺重增加了60%,茧重增加了40%,证明转基因家蚕的产丝能力大大得以提高。非常重要的是,转基因家蚕的摄食量只提高了20%,并且蚕丝的品质没有变化。检测转基因家蚕的后部丝腺发现,Ras1表达量提高了10倍,Ras活性大幅度提高,Ras下游MAPK、Akt、S6K和4EBP的磷酸化信号也大幅度提高了。后部丝腺Ras活性的提高,还导致了后部丝腺中丝素蛋白FiL、FiH和P25,以及产丝标记基因bHLH转录水平的显著升高;以及后部丝腺中总DNA含量的升高、CyclinD和CyclinE的表达水平上升,以及细胞内分裂活性上升。后部丝腺Ras活性的提高,并没有改变后部丝腺的细胞数目,而只是增大了细胞体积,并导致了细胞核变大,与丝素蛋白合成的一些亚细胞器(如线粒体、粗面内质网、分泌小泡)的高度富集,核糖体大量增生,蛋白质合成能力上升。该研究证明胰岛素等生长因子激活的Ras基因是家蚕丝腺发育调控的主效调控基因。20E信号对丝腺发育也有非常重要的影响。用RNAi的方法下调20E受体复合体中的关键基因EcR、USP和MET的表达,都可以导致丝腺的程序化细胞死亡的推迟。但20E信号是否影响丝素蛋白和丝胶蛋白的合成和分泌,还不知道。课题组已经获得了UAS-EcRDN转基因家蚕,将尽快研究Fil-GAL4>UAS-EcRDN杂交后代的丝腺发育以及丝素蛋白的合成和分泌的变化,从而揭示20E信号对家蚕丝腺发育的主效调控作用。20E信号脂肪体的发育有非常重要的影响。用RNAi的方法下调20E受体复合体中的关键基因EcR、USP和MET的表达,都可以导致脂肪体的程序化细胞死亡的推迟。课题组对推迟或者阻止蛹期发育的计划作了改变。先在果蝇中确定这是可行的,家蚕的相关研究正在进行中。课题组用果蝇作模式动物,发现FB-Gal4与UAS-EcRDN的杂交后代有70%的果蝇蛹期滞育。也就是说,在幼虫-蛹变态过程中,特异性的中断脂肪体中的Ecd信号传导,可以导致果蝇蛹期滞育。在家蚕研究中,课题组已经构建了相关的载体和正在注射这些载体,希望能尽快得到FB-Gal4转基因家蚕,希望今年能够得到这些转基因家蚕和观察Uas-Gal4杂交后代的表型。应用前景:无论在基础研究上,还是在应用研究中,该家蚕UAS-Gal4系统都将会有很大的促进作用。课题组实验室主要是研究JH和20E的分子作用机制,以及JH和20E对昆虫变态发育的调控机理,该系统的成功建立将会为课题组深入研究提供重要的技术支持,更为课题组把家蚕作为一种模式动物打下坚实的基础。如果该研究成果能够运用到生产应用品系,并且把杂交育种和转基因育种的优势整合,将会推动下一次蚕业生产革命。
[成果] 1001420557 上海
S88 应用技术 农业科学研究与试验发展 公布年份:2009
成果简介:模式生物研究是探索生命现象的主要方式之一。家蚕作为鳞翅目昆虫模式生物,具有许多不可替代的优势。其功能基因组的研究对鳞翅目昆虫特异基因的分离克隆,生理机制、活动方式和危害特征的阐明,以及对防治新途径和新一代环保型农药的开发等都将产生重要和深远的影响。同时家蚕本身具有重要经济价值,研究成果可以直接带来经济效益。基于具大的经济价值和克隆家蚕发育时期特异基因的研究目的选择选择家蚕卵、幼虫、蛹、成虫这四个不同时期作为研究对象。利用SAGE技术研究家蚕整个生活周期的基因表达情况,构建家蚕不同发育时期的基因表达谱。进一步签进行GLGI分析,得到了一批新的3′EST序列,同时结合5′RACE方法,可以成功获得家蚕全长新基因,为后期的发育变态相关基因功能研究做准备。在上述基础上,课题组的研究有望在家蚕发育、变态行为的分子机制上取得突破。同时研究结果将能直接用于鳞翅目昆虫发育的研究和新型农药靶位点的开发,为生物防治提供广阔的前景。RNA干扰研究也为克隆的家蚕全长基因功能研究提供了技术平台。同时进行的家蚕SSR分子标记筛选和遗传构图工作,对重要家蚕基因进行定位和克隆也起到了非常重大的作用。
[成果] gkls075145
S63 应用技术 公布年份:2009
成果简介:建成青菜品种的种质资源库、信息库和相应的分子标记,建立青菜抗热性、耐寒性、抗病性和优质等性状的高密度分子连锁图谱,绘制青菜地方品种和新培育品种的DNA指纹图谱,育成具有自主知识产权的高产、抗逆、适口性好的青菜新组合,构建适合于设施栽培的青菜品种综合评价体系,申请国内外发明专利,发表学术论文,培养青菜分子育种专业人才和硕士、博士研究生。  我们培育的青菜新品种具有自主知识产权,可以在国家政策允许的范围内繁殖和销售,对我国的种子公司和相关企业带来巨大的商机。  建立在分子标记基础上的遗传多样性分析和分子连锁图谱对于指导今后的青菜育种产生积极的影响,其结果会大大提高我国的蔬菜育种水平。   青菜新品种的培育是一项环境友好的育种途径,不会产生次生污染。
[成果] gkls075144
X70 应用技术 公布年份:2009
成果简介:本项目的研究目标是希望展示从有机质废水或废弃物转化为清洁能源氢气的生物过程、最佳反应条件和应用前景。按照项目的各项研究内容开展了以下几个方面的研究,并已经取得了一定研究成果:  1. 建立了暗发酵产氢微生物系统,确定了经煮沸处理的牛粪来源微生物群落的产氢效率最高,并对此暗发酵产氢微生物系统的产氢条件进行了优化。  2. 对高效暗发酵产氢微生物进行了分离纯化,得到1个新菌种。该菌株利用各种底物的产氢效率分别为:>300ml H2/g蔗糖, >200ml H2/g玉米粉或木薯粉,>350ml H2/g TS厨余垃圾。  3. 分离得到高效光发酵产氢菌株ZX-5,它可利用各种有机酸高效产氢。优化其发酵条件后,底物转化效率高于65%,气体中氢气浓度高达90%,最高产氢速度为100 mlH2/L.h。  4. 建立了暗发酵-光发酵耦联的生物产氢方法。在暗发酵过程中,厌氧发酵微生物将蔗糖转化为有机酸和氢气。提高了各种生物质转化为氢气的效率,也避免了暗发酵产生的有机酸污染环境,真正实现利用废弃生物质清洁生产氢气的目的。并在此基础上,设计了10L暗发酵罐和10L内置光源光发酵罐,实现从暗发酵到光发酵的耦联。  5. 以有机废水为原料,进行了光发酵产氢或有机废水及厨余垃圾的暗-光耦联产氢研究。 利用暗-光耦联法,每升玉米发酵酒精废水能够产氢20多L。光发酵结束后测其剩余有机酸为丁酸,浓度低于1mM(0.008%),乙醇发酵废水中COD的去除率可达89%以上; 利用厨余垃圾的最高产氢效率为550mlH2/g-TS。  6. 对光合细菌直接利用太阳光进行光发酵产氢进行了初步研究。采用了白天利用自然光,晚上补光的实验方案,底物的转化效率达到70.6%,氢气含量为80%,平均产氢速率>10 ml/L.h,其底物的转化效率接近室内稳定光源光发酵。  7. 废水产氢与燃料电池的耦联实验。经氢氧化钠吸收二氧化碳后,暗、光发酵所产氢气的纯度超过99.9%,可以用于燃料电池转化为电能,启动电器的运转。
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