分子育种岗位

高宇 卢江

  细胞壁作为植物组织重要组成部分，被认为是自然界中最复杂的天然结构之一，其异质性和组成的多样性（物种乃至组织间）一直是植物研究的重要领域。除了拥有作为支撑植物细胞的坚固构架的结构功能，细胞壁结构中各分子的组分和互相连接的变化也对植物各种功能（如抗病性）起到至关重要的作用，而细胞壁在葡萄与病菌互作中所起的作用是一个重要研究方向。

  近年来，由于检测技术的革新，研究者们可以对细胞壁的细微结构进行分析并发现其结构的组分及调控对葡萄抗病的作用，如葡萄在成熟阶段时果胶成分的去甲酯化使其更容易被霉菌所分泌的半乳糖醛酸水解酶降解而感染 (Nunan et al, 1998;Moore et al, 2014)。 另一个最新在对葡萄灰霉菌抗性的研究发现，在对含有葡萄半乳糖醛酸水解酶抑制蛋白基因的转化烟叶的细胞壁分析中，发现在植株表型，生长发育状况没有显著差异情况下，细胞壁中阿拉伯糖木葡聚糖的成分结构却有显著的差别，这种差异被提出与转化烟叶更强的抗性有直接的关系（Eguema-Ona et al, 2013）。细胞壁结构与葡萄抗病的关系可为葡萄抗病育种提供新的思路，其中导致葡萄天然抗病的细胞壁结构大分子可作为育种筛选的结构分子标记。研究又发现，植物在应对不同种类病菌侵染所进行的细胞壁调控机制并不相同，因此，对于葡萄各式病菌侵害，我们也应分别挑选抗病品种/株系，研究其细胞壁调控机制，定位决定抗病的结构分子为标记。

  细胞壁检测技术

  细胞壁组分与结构在各植物物种/品种/组织间相异，但主要由多糖（如纤维素、半纤维素、果胶等）及多种糖蛋白（延展蛋白扩张蛋白、阿拉伯半乳糖聚糖蛋白等）。传统的细胞壁组分分析方法主要以气相色谱连接质谱仪（Gas Chromatography-MassSpectrometer）为主，这包括对细胞壁样本的水解（酸或酶），衍生与检测，并根据经验由单糖成分比例来推测其多糖成分与结构（Arnous and Meyer, 2009），或可运用离子交换色谱(Ion ExchangeChromatography) 对细胞壁水解物进行分离分析（Apolinar-Valiente etal, 2015），然而，除去样本需求量大，测试时间长这些因素，这些获得的信息也无法准确真实的反映植物本身的三维结构。近年来，针对植物细胞壁大分子的特异性探针和高效运用多探针的多糖抗体微阵列技术（Comprehensive microarraypolymer profiling, CoMPP, 见图1，Moller et al, 2007）在葡萄细胞壁研究中得到了实践上的验证并得以逐步推广到各领域，为葡萄组织发育，果实熟成，植物进化等研究提供了更全面的信息和新颖的视角(Eguema-Ona et al, 2012; Moore etal, 2014, Zietsman et al, 2015, Gao etal, 2015, 2016a, 2016b)，与传统检测技术相比，这项技术可快速的对大量样本进行检测，并根据多糖抗体探针的选择对细胞壁大分子层面进行直接的检测。除对样本直接检测外，此技术也可对组分分离（化学分离或酶促分离）过后的各细胞壁组（果胶，半纤维素与纤维素）进行更针对性的分析而避免各组分间的覆盖效应(Gao et al, 2015)。在植物抗病方面，此技术也用于比较分析了对灰霉菌高抗性的转基因烟草与低抗性品种的细胞壁，并得以发现在植物表型和生长发育的情况没有明显差异下其细胞壁细微而显著的差异，更全面的诠释植物与病菌间的分子互作关系 (Nguema-Onaet al, 2013)。因此，运用高通量细胞壁检测，结合传统细胞壁组分分析技术（见图），以对特定病菌抗性不同的葡萄品种/株系进行结构检测，可帮助定位结构分子标记。

  在葡萄感病的初期判定上，对细胞壁的微调控的检测也被认为是潜在的研究方向。其中红外光谱作为一项无损检测技术，在其他作物感病早期检测上进行了应用上的研究（Lee et al, 2016; Rodionov et al,2016），未来也可尝试在葡萄感病上得以尝试。