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Structural variations of a new fertility restorer gene,Rf20,underlie the restoration of wild abortive-type cytoplasmic male sterility in rice

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Molecular Plant 2024年第8期17卷 1272-1288页

作者： Shufeng Song Yixing Li Mudan Qiu Na Xu Bin Li Longhui Zhang Lei Li Weijun Chen Jinglei Li tiankang wang Yingxin Qiu Mengmeng Gong Dong Yu Hao Dong Siqi Xia Yi Pan Dingyang Yuan Li Li State Key Laboratory of Hybrid Rice Hunan Hybrid Rice Research CenterHunan Academy of Agricultural SciencesChangsha 410125China College of Agronomy Hunan Agricultural UniversityChangsha 410128China College of Plant Protection Hunan Agricultural UniversityChangsha 410128China College of Tropical Crops Hainan UniversityHaikou 570228China Longping Branch College of BiologyHunan UniversityChangsha 410125China

The discovery of a wild abortive-type(WA)cytoplasmic male sterile(CMS)line and breeding its restorer line have led to the commercialization of three-line hybrid rice,contributing considerably to global food ***,the molecular mechanisms underlyingfertility abortion and the restoration of CMs-WA lines remain largely *** this study,we cloned a restorer gene,Rf2o,following a genome-wide association study analysis of the core parent lines of three-line hybrid *** found that Rf20 was present in all core parental lines,but different haplotypes and structural variants of its gene resulted in differences in Rf2o expression levels between sterileand restored ***20 could restorepollen fertility in the CMS-WA line and was found to be responsible for fertility restoration in some CMs lines under high *** addition,we found that Rf20 encodes a pentatricopeptide repeat protein that competes with WA352 for binding with *** interaction enhances Cox11's function as a scavenger of reactive oxygen species,which in turn restores ***,ourstudysuggestsanewactionmodeforpentatricopeptide repeatproteins inthe fertilityrestorationofCMs lines,providing an essential theoretical basisforbreedingrobustrestorer lines and for overcoming high temperature-induced fertility recovery of some CMS lines.

关键词： COX11 cytoplasmic male sterility rf20 WA352 wild abortion

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Appropriate Supply of Ammonium Nitrogen and Ammonium Nitrate Reduces Cadmium Content in Rice Seedlings by Inhibiting Cadmium Uptake and Transport

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Rice science 2024年第5期31卷 587-602,I0062-I0064页

作者： HU Yunchao YAN Tiancai GAO Zhenyu wang tiankang LU Xueli YANG Long SHEN Lan ZHANG Qiang HU Jiang REN Deyong ZHANG Guangheng ZHU Li LI Li ZENG Dali QIAN Qian LI Qing State Key Laboratory for Rice Biology and Breeding China National Rice Research InstituteChinese Academy of Agricultural SciencesHangzhou 311401China State Key Laboratory of Hybrid Rice Hunan Hybrid Rice Research CenterHunan Academy of Agricultural SciencesChangsha 410125China The Key Laboratory for Quality Improvement of Agricultural Products of Zhejiang Province College of Advanced Agricultural SciencesZhejiang A&F UniversityHangzhou 311300China

Reasonable nitrogen(N) application is a promising strategy for reducing crop cadmium(Cd) toxicity. However, the specific form of N and the required amount that affect Cd tolerance and accumulation in rice remain unclear. This study explored the influence of different N-fertilizer forms(NH_(4)NO_(3), NH_4Cl, and KNO_(3)) and dosages on Cd tolerance and uptake in Cd-stressed N-sensitive and N-insensitive indica rice accessions. The results indicated that the Cd tolerance of N-sensitive indica accessions is more robust than that of N-insensitive ones. Furthermore, the shoot Cd content and Cd translocation rate in both N-sensitive and N-insensitive indica accessions decreased with an appropriate supply of NH_(4)NO_(3) and NH_4Cl, whereas they were comparable or slightly increased with increased KNO_(3). Unfortunately, we did not find significant and regular differences in Cd accumulation or translocation between N-sensitive and N-insensitive rice accessions. Consistent with the reduction of shoot Cd content, the addition of NH_(4)NO_(3) and NH_4Cl also inhibited the instantaneous root Cd^(2+) uptake. The expression changes of Cd transport-related genes under different N forms and dosages suggested that the decreased shoot Cd content, caused by the increased supply of NH_(4)NO_(3) and NH_4Cl, is likely achieved by reducing the transcription of OsNRAMP1 and OsIRT1. In summary, our findings reveal that an appropriate supply of NH_(4)NO_(3) and NH_4Cl could reduce Cd uptake and transport in rice seedlings, suggesting that rational N management could reduce the Cd risk in rice production.

关键词： Oryza sativa cadmium nitrogen ammonium nitrate ammonium chloride

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月季EPSPS基因的克隆及生物信息学分析

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分子植物育种 2024年第8期22卷 2488-2494页

作者：张金炜刘峰张椿芳王天康宁波城市职业技术学院景观生态学院宁波315100

月季是园林绿化中常用的花卉,因此十分有必要对其抗性基因进行研究。5-烯醇丙酮酸莽草酸3-磷酸合酶(EPSP;3-磷酸莽草酸1-羧基乙烯基转移酶;EC 2.***.1.19)为莽草酸途径中的关键酶,也是除草剂草甘膦的靶向酶。为了探究月季EPSPS基因的结构... 详细信息

月季是园林绿化中常用的花卉,因此十分有必要对其抗性基因进行研究。5-烯醇丙酮酸莽草酸3-磷酸合酶(EPSP;3-磷酸莽草酸1-羧基乙烯基转移酶;EC 2.***.1.19)为莽草酸途径中的关键酶,也是除草剂草甘膦的靶向酶。为了探究月季EPSPS基因的结构和功能,本研究利用月季基因组信息设计特异引物克隆得到月季的EPSPS基因,命名为RcEPSPS。经RT-PCR克隆后得到RcEPSPS基因的ORF全长为1 566 bp,共编码521个氨基酸,分子质量为55.19 kD,等电点为7.5,亲水系数为0.009。初步研究得知RcEPSPS属于EPSPS I型蛋白,与同属蔷薇科的野草莓的序列同源性极高。研究结果可为后续抗性基因的利用提供理论基础。

关键词：月季 EPSPS 生物信息学分析

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黄瓜EPSPS基因的克隆及其组织特异性表达分析

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分子植物育种 2022年第3期20卷 750-755页

作者：刘峰王天康吴立威阮盈盈宁波城市职业技术学院景观生态学院宁波315100 宁波大学海洋学院宁波315211

黄瓜是世界上重要的蔬菜植物之一,对其抗性基因的研究十分必要。5-烯醇式丙酮酰莽草酸-3-磷酸合成酶(EPSPS)是莽草酸合成通路中关键的合成酶,也是除草剂草甘膦的靶向酶。为了研究黄瓜EPSPS基因的结构及功能,基于黄瓜基因组数据库信息,利... 详细信息

黄瓜是世界上重要的蔬菜植物之一,对其抗性基因的研究十分必要。5-烯醇式丙酮酰莽草酸-3-磷酸合成酶(EPSPS)是莽草酸合成通路中关键的合成酶,也是除草剂草甘膦的靶向酶。为了研究黄瓜EPSPS基因的结构及功能,基于黄瓜基因组数据库信息,利用RT-PCR的方法克隆得到黄瓜的EPSPS基因,命名为CumEPSPS。克隆得到CumEPSPS基因的ORF全长1 581 bp,编码526个氨基酸,分子质量为56.28 kD,等电点为6.23。CumEPSPS蛋白属于Ⅰ型的EPSPS,与葫芦科的甜瓜和冬瓜的EPSPS蛋白序列高度同源。CumEPSPS基因在黄瓜的不同组织中均有表达,其中叶片中的表达量最高。黄瓜CumEPSPS基因的克隆及其生物信息学分析将为黄瓜抗草甘膦的研究提供理论依据。

关键词：黄瓜(Cucumis sativus) EPSPS 草甘膦抗性

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水稻垩白性状相关基因研究进展

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杂交水稻 2023年第4期38卷 12-20页

作者：邱颖欣董皓李懿星王天抗宋书锋李莉湖南大学生物学院隆平分院湖南长沙410125 杂交水稻全国重点实验室/湖南杂交水稻研究中心湖南长沙410125 湖南省农业科学院湖南长沙410125

水稻是中国重要的粮食作物之一,随着社会生产力和人民生活水平的提高,优质大米的需求日益增长。垩白性状是影响稻米品质与商品价值的重要因素。因此,克隆水稻垩白性状相关基因对于优质稻选育进程具有极大的推进作用。针对近年水稻主要... 详细信息

水稻是中国重要的粮食作物之一,随着社会生产力和人民生活水平的提高,优质大米的需求日益增长。垩白性状是影响稻米品质与商品价值的重要因素。因此,克隆水稻垩白性状相关基因对于优质稻选育进程具有极大的推进作用。针对近年水稻主要垩白性状相关基因及其作用机理进行综述和总结,以期为优质稻育种与水稻品种改良提供理论基础和参考依据。

关键词：水稻垩白性状稻米品质优质稻育种

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水稻抽穗期基因OsDof6功能的初步研究

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中国水稻科学 2020年第5期34卷 397-405页

作者：张立成李懿星王天抗邱牡丹宋书锋董皓李磊刘建丰李莉湖南农业大学农学院长沙410128 杂交水稻国家重点实验室湖南杂交水稻研究中心长沙410125 湖南大学研究生院隆平分院长沙410125

【目的】以前期通过穗发育芯片筛选到一个水稻Dof家族转录因子OsDof6为研究对象,进一步探究OsDof6的表达模式与生物学功能。【方法】对OsDof6的基因、蛋白及启动子序列进行生物信息学分析,利用CRISPR/Cas9技术对该基因进行定点编辑,通... 详细信息

【目的】以前期通过穗发育芯片筛选到一个水稻Dof家族转录因子OsDof6为研究对象,进一步探究OsDof6的表达模式与生物学功能。【方法】对OsDof6的基因、蛋白及启动子序列进行生物信息学分析,利用CRISPR/Cas9技术对该基因进行定点编辑,通过实时定量PCR和亚细胞定位技术分析该基因的表达模式。【结果】对该基因的启动子序列分析表明,该基因启动子中存在大量与光响应、激素响应及胁迫响应相关的顺式调控元件。利用CRISPR/Cas9技术获得了2种不同突变类型的功能缺失突变体9522Dof6-3和9522Dof6-4。对突变体T1株系进行表型观察发现,相较于对照,两种突变体在营养生长阶段分蘖数明显降低,转入生殖生长阶段后,两种突变体的抽穗时间推迟约3 d。实时定量PCR结果显示OsDof6在水稻根、茎、叶和穗中均有不同程度的表达,在穗发育后期相对表达量明显提高;通过亚细胞定位分析发现OsDof6定位于细胞核。【结论】初步判断OsDof6基因会影响水稻分蘖数与抽穗期。

关键词：水稻 Dof家族抽穗期 CRISPR/Cas9

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利用CRISPR/Cas9基因编辑技术获得水稻GRAS家族转录因子G540突变体

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分子植物育种 2020年第14期18卷 4637-4644页

作者：傅岳峰戴肇邱牡丹王天抗宋书锋董皓李懿星岳阳市农业科学研究院岳阳414000 湖南杂交水稻研究中心长沙410125 湖南大学隆平分院长沙410125

GRAS转录因子是植物特有转录因子,一般由保守的GRAS结构域组成,与光信号转导、赤霉素信号转导、植物生长发育及植物逆境胁迫响应密切相关。水稻GRAS转录因子G540中含有2个RPT1结构域和2个GRAS结构域,系统进化分析和表达模式分析发现,G54... 详细信息

GRAS转录因子是植物特有转录因子,一般由保守的GRAS结构域组成,与光信号转导、赤霉素信号转导、植物生长发育及植物逆境胁迫响应密切相关。水稻GRAS转录因子G540中含有2个RPT1结构域和2个GRAS结构域,系统进化分析和表达模式分析发现,G540属于GRAS转录因子家族中的HAM亚家族,在水稻穗早期发育阶段特异表达,推断G540可能参与穗的早期分化或形态建成。本研究利用CRISPR/Cas9技术对G540进行定点编辑,构建G540基因敲除载体并利用农杆菌介导转化水稻粳稻品种‘9522’,鉴定并获得遗传转化植株。对转化植株的靶序列进行分析发现,9522G540-1在靶序列上缺失了第4位C碱基,9522G540-4在靶序列的第3位和第4位之间插入了一个A碱基,9522G540-2在G540的双等位基因上出现了不同的突变,一条链在靶序列上缺失了第4位C碱基,另一条链在靶序列上缺失8个碱基。对G540突变后的氨基酸序列分析发现,9522G540-1、9522G540-2和9522G540-4的RPT1和GRAS结构域完全缺失,即成功获得以‘9522’为背景的G540功能缺陷型突变体。为进一步探究该基因在穗发育进程中的生物学功能和分子机制提供遗传材料。

关键词：水稻转录因子 GRAS家族 CRISPR/Cas9

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水稻OsZ314基因克隆及转录激活验证

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分子植物育种 2020年第7期18卷 2202-2208页

作者：张志槊王天抗邱牡丹李懿星张立成宋书锋王建龙李莉湖南农业大学农学院长沙410128 湖南杂交水稻研究中心杂交水稻国家重点实验室长沙410125 湖南金健种业科技有限公司长沙410126

穗是水稻(Oryza sativa L.)重要的生殖器官,其生长发育直接影响水稻的产量和品质。前期研究中,我们对水稻生殖生长时期穗发育各阶段的转录组、蛋白组数据进行联合分析,筛选到一个MYB基因家族的转录因子OsZ314基因。生物学信息分析表明,... 详细信息

穗是水稻(Oryza sativa L.)重要的生殖器官,其生长发育直接影响水稻的产量和品质。前期研究中,我们对水稻生殖生长时期穗发育各阶段的转录组、蛋白组数据进行联合分析,筛选到一个MYB基因家族的转录因子OsZ314基因。生物学信息分析表明,该基因位于1号染色体上,拥有典型的R2R3-MYB型转录因子结构域,且在水稻幼穗时期表达量最高;亚细胞定位结果显示,OsZ314基因定位于细胞核中;转录激活试验表明,OsZ314基因具有转录激活功能。本研究为深入探索OsZ314基因在水稻穗发育时期的分子生物学功能奠定了良好的基础。

关键词：水稻 OsZ314 生物信息学分析亚细胞定位转录激活

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水稻穗粒数相关基因研究进展

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分子植物育种 2021年第18期19卷 6045-6050页

作者：董皓李懿星宋书锋王天抗邱牡丹张立成李磊黎燕霞李莉湖南大学研究生院隆平分院长沙410125 湖南杂交水稻研究中心杂交水稻国家重点实验室长沙410125

穗粒数作为影响水稻产量的主要因素之一,一直深受育种家的广泛关注。穗粒数形成受小穗分生组织分化率、小穗分化持续时间及穗型等多因素控制,是个十分复杂的生物学过程。随着植物功能基因组学研究技术的飞速发展,目前水稻穗粒数基因克... 详细信息

穗粒数作为影响水稻产量的主要因素之一,一直深受育种家的广泛关注。穗粒数形成受小穗分生组织分化率、小穗分化持续时间及穗型等多因素控制,是个十分复杂的生物学过程。随着植物功能基因组学研究技术的飞速发展,目前水稻穗粒数基因克隆及机理研究等方面已取得了一些进展。本研究从穗分生组织发育、穗型等方面阐述了调控水稻穗粒数发育基因的研究进展,探讨了当前水稻穗粒数研究所存在的问题和未来的研究方向,以期待为水稻高产育种提供理论依据。

关键词：水稻产量穗粒数基因功能分子机理

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水稻B3转录因子OsL1的生信分析及表达模式

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分子植物育种 2021年第15期19卷 4880-4886页

作者：李磊邱牡丹董皓沈泓宋书锋李懿星王天抗黎燕霞张龙辉李莉王建龙湖南农业大学农学院长沙410128 湖南杂交水稻研究中心杂交水稻国家重点实验室长沙410125

B3转录因子是植物特有的转录因子,与植物花形态建成、激素信号转导、种子生长发育及植物逆境胁迫响应密切相关。前期研究中,利用穗发育芯片筛选到一个OsL1基因。生物信息学分析发现,OsL1基因位于水稻4号染色体,基因全长4262 bp,编码433... 详细信息

B3转录因子是植物特有的转录因子,与植物花形态建成、激素信号转导、种子生长发育及植物逆境胁迫响应密切相关。前期研究中,利用穗发育芯片筛选到一个OsL1基因。生物信息学分析发现,OsL1基因位于水稻4号染色体,基因全长4262 bp,编码433个氨基酸,蛋白分子量为48.7 kD,序列比对和系统发育分析表明OsL1属于B3家族转录因子,不含信号肽剪切位点和跨膜结构域,亚细胞定位于细胞核。启动子序列分析发现,该基因启动子中含有8个光响应元件及部分激素响应元件。实时PCR分析发现OsL1在水稻根、茎、叶、和穗中均有表达,其中在根和穗发育7期表达量较高,进一步克隆OsL1启动子区域,构建pCAMBIA1301-OsL1-GUS表达载体,遗传转化并鉴定获得转基因植株,The previous study在水稻根、茎、叶、和穗中均检测到了GUS信号,表明OsL1属于组成型表达。以上结果为深入研究OsL1基因在水稻生长发育过程的生物学功能提供了科学依据。

关键词：水稻 B3家族亚细胞定位表达模式

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