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Distinct roles of H3K27me3 and H3K36me3 in vernalization response,maintenance,and resetting in winter wheat

Science China(Life Sciences) 2024年第10期67卷 2251-2266页

作者： Xuemei Liu Min Deng Bingxin Shi Kehui Zhu Jinchao Chen Shujuan Xu xiaomin bie Xiansheng Zhang Xuelei Lin Jun Xiao Key Laboratory of Plant Cell and Chromosome Engineering Institute of Genetics and Developmental BiologyChinese Academy of SciencesBeijing 100101China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China Institute of Science and Technology Austria(ISTA) Klosterneuburg 3400Austria National Key Laboratory of Wheat Improvement College of Life SciencesShandong Agricultural UniversityTai’an 271018China Centre of Excellence for Plant and Microbial Science(CEPAMS) JIC-CASBeijing 100101China

Winter plants rely on vernalization,a crucial process for adapting to cold conditions and ensuring successful ***,understanding the role of histone modifications in guiding the vernalization process in winter wheat remains *** this study,we investigated the transcriptome and chromatin dynamics in the shoot apex throughout the life cycle of winter wheat in the *** core histone modifications,H3K27me3 and H3K36me3,exhibited opposite patterns on the key vernalization gene VERNALIZATION1(VRN1),correlating with its induction during cold ***,the H3K36me3 level remained high at VRN1 after cold exposure,which may maintain its active *** in FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM(TaFIE)and SET DOMAIN GROUP 8/EARLY FLOWERING IN SHORT DAYS(TaSDG8/TaEFS),components of the writer complex for H3K27me3 and H3K36me3,respectively,affected flowering ***,VRN1 lost its high expression after the cold exposure memory in the absence of *** embryo development,VRN1 was silenced with the removal of active histone modifications in both winter and spring wheat,with selective restoration of H3K27me3 in winter *** mutant of Tafie-cr-87,a component of H3K27me3“writer”complex,did not influence the silence of VRN1during embryo development,but rather attenuated the cold exposure requirement of winter *** gene expression with H3K27me3 and H3K36me3 patterns identified potential regulators of *** study unveils distinct roles of H3K27me3 and H3K36me3 in controlling vernalization response,maintenance,and resetting in winter wheat.

关键词： vernalization H3K27me3 H3K36me3 winter wheat resetting maintenance

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Development of powdery mildew resistant derivatives of wheat variety Fielder for use in genetic transformation

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The Crop Journal 2023年第2期11卷 573-583页

作者： Xiaona Liang xiaomin bie Yuliang Qiu Ke Wang Zujun Yang Yuqi Jia Zhiying Xu Mei Yu Lipu Du Zhishan Lin Xingguo Ye Institute of Crop Sciences Chinese Academy of Agricultural SciencesBeijing 100081China College of Life Science Shandong Agricultural UniversityTai’an 271018ShandongChina School of Life Science and Technology University of Electronic Science and Technology of ChinaChengdu 611731SichuanChina College of Agriculture Yangtze UniversityJingzhou 434025HubeiChina National Key Facility of Crop Gene Resources and Genetic Improvement Beijing 100081China Key Laboratory of Ministry of Agriculture and Rural Affairs of China for Biology and Genetic Breeding of Triticeae Crops Beijing 100081China

Genetic transformation is widely used to improve target traits and to study gene function in ***,transformation efficiency depends on the physiological status of the recipient genotype and that is affected by several factors including powdery mildew(PM)*** widely used recipient variety Fielder is very susceptible to ***,it would be beneficial to develop PM resistant derivatives with high regeneration ability for use in genetic *** the present study PM resistant lines CB037 and Pm97033 carrying genes Pm21 and PmV,respectively,were backcrossed to Fielder with selection for PM *** lines,NT89,NT90,NT154,and WT48 with Pm21 and line FL347 with PmV were developed,identified by molecular markers and genomic in situ hybridization(GISH)or fluorescent in situ hybridization(FISH),and further subjected to detailed assessment of agronomic traits and regeneration ability following genetic transformation *** FL347,WT48,NT89 and NT154 assessed as being equal to,or superior,to Fielder in regeneration and transformation ability are recommended as suitable materials for the replacement of Fielder for wheat gene transfer and genome editing study.

关键词： Genotype improvement Plant regeneration ability Transformation efficiency Triticum aestivum

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Systematic identification of wheat spike developmental regulators by integrated multiomics, transcriptional network, GWAS, and genetic analyses

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Molecular Plant 2024年第3期17卷 438-459页

作者： Xuelei Lin Yongxin Xu Dongzhi Wang Yiman Yang Xiaoyu Zhang xiaomin bie Lixuan Gui Zhongxu Chen Yiliang Ding Long Mao Xueyong Zhang Fei Lu Xiansheng Zhang Cristobal Uauyo Xiangdong Fu Jun Xiao Key Laboratory of Plant Cell and Chromosome Engineering Institute of Genetics and Developmental BiologyChinese Academy of SciencesBeijing 100101China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China Nanjing Agricultural University NanjingJiangsu 210095China Key Laboratory of Crop Biology College of Life SciencesShandong Agricultural UniversityTaianShandong 271018China Department of Life Science Tcuni Inc.ChengduSichuan 610000China John Innes Centre Norwich Research ParkNorwich NR47UHUK Institute of Crop Sciences Chinese Academy of Agricultural SciencesBeijing 100081China CAS-JIC Centre of Excellence for Plant and Microbial Science(CEPAMS) Institute of Genetics and Developmental BiologyCASBeijing 100101China

The spike architecture of wheat plays a crucial role in determining grain number,making it a key trait for optimization in wheat breeding *** this study,we used a multi-omic approach to analyze the transcriptome and epigenome profiles of the young spike at eight developmental stages,revealing co-ordinated changes in chromatin accessibility and H3K27me3 abundance during the flowering *** constructed a core transcriptional regulatory network(TRN)that drives wheat spike formation and experimentally validated a multi-layer regulatorymodule involving TaSPL15,TaAGLG1,and *** integrating the TRN with genome-wide association studies,we identified 227 transcription factors,including 42 with known functions and 185 with unknown *** investigation of 61 novel transcription factors using multiple homozygous mutant lines revealed 36 transcription factors that regulate spike architecture or flowering time,such as TaMYC2-A1,TaMYB30-A1,and *** particular interest,TaMYB30-A1,downstream of and repressed by WFzP,was found to regulate fertile spikelet ***,the excellent haplotype of TaMYB30-A1,which contains a C allele at the WFzP binding site,was enriched during wheat breeding improvement in China,leading to improved agronomic ***,we constructed a free and open access Wheat Spike Multi-Omic Database(http://39.***.48.156:8800/#/).Our study identifies novel and high-confidence regulators and offers an effective strategy for dissecting the genetic basis of wheat spike development,with practical value forwheat breeding.

关键词： wheat spike development epigenome TRN TaMYB30-A1 breeding selection

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TabHLH27 orchestrates root growth and drought tolerance to enhance water use efficiency in wheat

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Journal of Integrative Plant Biology 2024年第7期66卷 1295-1312页

作者： Dongzhi Wang Xiuxiu Zhang Yuan Cao Aamana Batool Yongxin Xu Yunzhou Qiao Yongpeng Li Hao Wang Xuelei Lin xiaomin bie Xiansheng Zhang Ruilian Jing Baodi Dong Yiping Tong Wan Teng Xigang Liu Jun Xiao Key Laboratory of Plant Cell and Chromosome Engineering Institute of Genetics and Developmental BiologyChinese Academy of SciencesBeijing 100101China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China Center for Agricultural Resources Research Institute of Genetics and Developmental BiologyChinese Academy of SciencesShijiazhuang 050022China Key Laboratory of Crop Biology College of Life SciencesShandong Agricultural UniversityTai'an 271018China State Key Laboratory of Crop Gene Resources and Breeding Institute of Crop SciencesChinese Academy of Agricultural SciencesBeijing 100081China Ministry of Education Key Laboratory of Molecular and Cellular Biology Hebei Research Center of the Basic Discipline of Cell BiologyHebei Collaboration Innovation Center for Cell Signaling and Environmental AdaptationHebei Key Laboratory of Molecular and Cellular BiologyCollege of Life SciencesHebei Normal UniversityShijiazhuang 050024China Centre of Excellence for Plant and Microbial Science(CEPAMS) JIC‐CASBeijing 100101China

Cultivating high-yield wheat under limited water resources is crucial for sustainable agriculture in semiarid *** water scarcity,plants activate drought response signaling,yet the delicate balance between drought tolerance and development remains *** genome-wide association studies and transcriptome profiling,we identified a wheat atypical basic helix-loop-helix(b HLH)transcription factor(TF),Tab HLH27-A1,as a promising quantitative trait locus candidate for both relative root dry weight and spikelet number per spike in *** HLH27-A1/B1/D1 knockout reduced wheat drought tolerance,yield,and water use efficiency(WUE).Tab HLH27-A1 exhibited rapid induction with polyethylene glycol(PEG)treatment,gradually declining over *** activated stress response genes such as Ta CBL8-B1 and Ta CPI2-A1 while inhibiting root growth genes like Ta SH15-B1 and Ta WRKY70-B1 under short-term PEG *** distinct transcriptional regulation of Tab HLH27-A1 involved diverse interacting factors such as Ta ABI3-D1 and Tab *** variations of Tab HLH27-A1influence its transcriptional responses to drought stress,with Tab HLH27-A1^(Hap-II)associated with stronger drought tolerance,larger root system,more spikelets,and higher WUE in ***,the excellent Tab HLH27-A1^(Hap-II)was selected during the breeding process in China,and introgression of Tab HLH27-A1^(Hap-II)allele improved drought tolerance and grain yield,especially under water-limited *** study highlights Tab HLH27-A1's role in balancing root growth and drought tolerance,providing a genetic manipulation locus for enhancing WUE in wheat.

关键词： drought tolerance GWAS root growth wheat WUE

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春小麦成熟胚愈伤组织诱导及再生体系的优化

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分子植物育种 2020年第4期18卷 1244-1249页

作者：董鲁浩姚富泉詹悠李兴国别晓敏山东农业大学农学院作物生物学国家重点实验室泰安271018 山东农业大学生命科学学院作物生物学国家重点实验室泰安271018

为优化小麦成熟胚再生体系,以CB037和中国春(CS) 2个春小麦品系的成熟胚为外植体,在培养基中添加不同浓度的TDZ (Thidiazuron, N-苯基-N’-1,2,3-噻二唑-5-脲)。结果显示,CB037和CS成熟胚胚性愈伤组织诱导率最适TDZ浓度为0.5 mg/L,在培... 详细信息

为优化小麦成熟胚再生体系,以CB037和中国春(CS) 2个春小麦品系的成熟胚为外植体,在培养基中添加不同浓度的TDZ (Thidiazuron, N-苯基-N’-1,2,3-噻二唑-5-脲)。结果显示,CB037和CS成熟胚胚性愈伤组织诱导率最适TDZ浓度为0.5 mg/L,在培养14 d时分别为90.43%和87.88%,均高于对照,达到极显著差异水平。CB037愈伤组织分化率和绿芽诱导率在0.5 mg/L TDZ时达到最高值,分别为48.94%和60.64%,与对照相比具有极显著性差异和显著性差异;CS愈伤组织分化率和绿芽诱导率的最适TDZ浓度为1.0 mg/L,与对照相比,二者均达到极显著性差异。TDZ最适响应浓度存在品种间差异,适量添加可提高成熟胚再生效率。本研究通过优化培养基成分提高成熟胚再生能力,为高频小麦遗传转化体系的建立提供了依据。

关键词：春小麦组织培养成熟胚再生体系

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植物解剖学实验考核体系的改革与实践

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中国现代教育装备 2020年第9期 129-131页

作者：别晓敏李滨高新起李兴国山东农业大学生命科学学院山东泰安271018

植物解剖学实验作为植物学课程教学的重要组成部分,不仅能够巩固植物学理论知识,锻炼学生的观察和操作能力,也有利于培养学生的实践创新能力和严谨的科学态度。重点从学生课堂表现的评价、实验报告的绘制和考核形式等方面探讨了植物解... 详细信息

植物解剖学实验作为植物学课程教学的重要组成部分,不仅能够巩固植物学理论知识,锻炼学生的观察和操作能力,也有利于培养学生的实践创新能力和严谨的科学态度。重点从学生课堂表现的评价、实验报告的绘制和考核形式等方面探讨了植物解剖学实验教学的改革措施,为提高教学质量提供指导。

关键词：植物解剖学实验考核体系教学改革

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小麦TaCAT新基因克隆及分子生物学和生化特性分析

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科技导报 2011年第12期29卷 23-31页

作者：佘茂云雷昊殷桂香冯晨别晓敏杜丽璞徐惠君叶兴国中国农业科学院作物科学研究所国家农作物基因资源与基因改良重大科学工程农业部作物遗传育种重点开放实验室北京100081

小麦组织培养再生潜力与抗氧化胁迫能力具有相关性。为解析小麦TaCATs基因家族的分子生物学及生化特性并为后续试验验证奠定理论基础,利用e-PCR方法进行小麦过氧化氢酶(CAT)新基因克隆,结合in silico技术对小麦TaCATs基因家族的生化特... 详细信息

小麦组织培养再生潜力与抗氧化胁迫能力具有相关性。为解析小麦TaCATs基因家族的分子生物学及生化特性并为后续试验验证奠定理论基础,利用e-PCR方法进行小麦过氧化氢酶(CAT)新基因克隆,结合in silico技术对小麦TaCATs基因家族的生化特性进行分析和预测。氨基酸序列同源性比对结果表明,克隆的小麦TaCATs基因家族新成员与水稻的CatA和玉米的Cat3具有较高的相似性,分别达89%及81.1%,命名为TaCAT3,基因组DNA和cDNA长度分别为1986和1482bp,编码494个氨基酸的蛋白。亚细胞定位结果表明,TaCAT3可能定位在线粒体中,且所有的功能活性位点在小麦TaCATs家族中具有一致的保守性。系统发生树构建结果表明,小麦TaCATs能形成3个独立的分支。在蛋白质编码序列同源比对的基础上,利用SwissModel的Swiss-PdbViewer 3.7软件包对TaCATs高级结构进行同源模拟,发现所构建的模型能很好地反映TaCATs的高级结构。

关键词：小麦 TaCAT in silico 同源建模

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小麦果聚糖合成酶基因6-SFT克隆和功能验证

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科技导报 2009年第23期27卷 70-75页

作者：高翔佘茂云殷桂香于洋别晓敏杜丽璞徐惠君叶兴国中国农业科学院作物科学研究所国家农作物基因资源与基因改良重大科学工程农业部作物遗传育种重点开放实验室北京100081 中国农业科学院生物技术研究所北京100081

许多研究表明植物中果聚糖累积有助于提高植物耐逆境胁迫能力,但对小麦中果聚糖合成相关基因及其与抗逆性关系还缺乏研究。本研究拟从普通六倍体小麦中克隆出果聚糖合成酶基因6-SFT并进行生物学特性及功能研究,以期解析小麦通过累积果... 详细信息

许多研究表明植物中果聚糖累积有助于提高植物耐逆境胁迫能力,但对小麦中果聚糖合成相关基因及其与抗逆性关系还缺乏研究。本研究拟从普通六倍体小麦中克隆出果聚糖合成酶基因6-SFT并进行生物学特性及功能研究,以期解析小麦通过累积果聚糖途径提高自身抗逆境胁迫能力的分子机理,为转6-SFT基因提高小麦抗逆境胁迫能力提供理论依据。利用touch-down PCR技术从小麦品种杨麦6(Triticum aestivum cv. Yangmai 6)基因组及cDNA中分离出编码6-SFT基因的全长序列,运用生物学信息技术对其编码蛋白的相关理化及生物学功能进行了预测,同时利用农杆菌介导法将所克隆的小麦6-SFT基因转入了烟草,对转基因烟草植株进行了抗旱、抗盐和抗低温鉴定。结果表明,小麦中6-SFT基因的gDNA和cDNA长度分别为3134bp和1851bp,序列结构分析表明该基因含有4个外显子、3个内含子,编码产物为约68kD的蛋白质,其等电点(pI)约为5.25,具有液泡定位信号;转小麦6-SFT基因烟草植株表现出较强的抗旱、抗盐和抗低温能力。本研究为利用基因工程技术改良小麦抗逆性提供重要理论依据。

关键词：小麦 6-SFT基因烟草转基因抗逆性

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植物生长调节剂优化不同品种冬小麦成熟胚再生体系

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山东农业科学 2019年第5期51卷 19-23页

作者：姚富泉董鲁浩王悦李兴国王芳别晓敏山东农业大学生命科学学院/作物生物学国家重点实验室山东泰安271018 山东农业大学农学院/作物生物学国家重点实验室山东泰安271018

小麦愈伤组织再生能力是遗传转化的重要基础。为优化小麦成熟胚再生体系,以科农199、轮选987和济麦22三个冬小麦品种的成熟胚为外植体,在愈伤组织分化阶段添加不同浓度的植物生长调节剂TDZ(N-苯基-N′-1,2,3-噻二唑-5-脲,thidiazuron),... 详细信息

小麦愈伤组织再生能力是遗传转化的重要基础。为优化小麦成熟胚再生体系,以科农199、轮选987和济麦22三个冬小麦品种的成熟胚为外植体,在愈伤组织分化阶段添加不同浓度的植物生长调节剂TDZ(N-苯基-N′-1,2,3-噻二唑-5-脲,thidiazuron),统计和分析分化率。结果表明,TDZ最适响应浓度存在品种间差异,科农199、轮选987和济麦22成熟胚愈伤组织分化的最适TDZ浓度分别为1.5、1.0、0.5mg/L,愈伤组织分化率分别为84.61%、71.88%和71.77%,均极显著高于对照。本研究结果可为优化冬小麦成熟胚愈伤组织再生体系提供参考。

关键词：植物生长调节剂 TDZ 成熟胚冬小麦再生体系

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5-氮杂胞嘧啶核苷降低小麦成熟胚再生频率

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中国农学通报 2021年第3期37卷 26-30页

作者：董鲁浩李晓慧宋语宁王贺李兴国别晓敏山东农业大学农学院/作物生物学国家重点实验室山东泰安271018 山东农业大学生命科学学院/作物生物学国家重点实验室山东泰安271018

为了研究组蛋白乙酰化对小麦再生的影响,以CB037、Fielder和中国春(CS)的成熟胚为外植体,在培养基中添加不同浓度的5-氮杂胞嘧啶核苷(5-azaC),分析了胚性愈伤组织诱导率、愈伤组织分化率和绿芽诱导率。结果表明,添加50μmol/L 5-azaC,CB... 详细信息

为了研究组蛋白乙酰化对小麦再生的影响,以CB037、Fielder和中国春(CS)的成熟胚为外植体,在培养基中添加不同浓度的5-氮杂胞嘧啶核苷(5-azaC),分析了胚性愈伤组织诱导率、愈伤组织分化率和绿芽诱导率。结果表明,添加50μmol/L 5-azaC,CB037绿芽诱导率为54.72%,与对照79.62%相比,下降水平达到极显著差异;添加10μmol/L和50μmol/L 5-azaC,Fielder胚性愈伤组织诱导率分别为39.13%和35.71%,绿芽诱导率分别为26.09%和25.14%,与对照相比,均有显著性差异的下降;CS在50μmol/L浓度处理时,胚性愈伤组织诱导率为23.89%,与对照30.95%相比,有显著性差异的下降。添加5-azaC降低小麦成熟胚再生频率;随着添加浓度升高,降低效果越明显。5-azaC对小麦再生频率的影响有基因型差异。

关键词：小麦 5-氮杂胞嘧啶核苷成熟胚再生频率组织培养

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