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棉花CMS-D2和CMS-D8不育系线粒体全基因组比较分析

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棉花学报 2024年第1期36卷 28-38页

作者：葛李爽冯娟娟张梦郭立平戚廷香张学贤李永旗唐会妮乔秀琴邢朝柱吴建勇中国农业科学院棉花研究所/棉花生物育种与综合利用全国重点实验室/农业农村部棉花生物学与遗传育种重点实验室河南安阳455000

【目的】探究哈克尼西棉不育胞质(CMS-D2)和三裂棉不育胞质(CMS-D8)的不育系线粒体基因组之间的序列结构差异,为筛选鉴定不育相关基因奠定基础。【方法】根据D2A和D8A这2个不育系的线粒体基因组测序组装结果,使用Synteny and Rearrangem... 详细信息

【目的】探究哈克尼西棉不育胞质(CMS-D2)和三裂棉不育胞质(CMS-D8)的不育系线粒体基因组之间的序列结构差异,为筛选鉴定不育相关基因奠定基础。【方法】根据D2A和D8A这2个不育系的线粒体基因组测序组装结果,使用Synteny and Rearrangement Identifier(Sy RI)软件鉴定结构变异,用Plotsr可视化分析包含共线性及非共线性区域的重组变异位点。以D8A线粒体基因组注释结果为参考,用D2A线粒体基因组注释的开放阅读框(open reading frame,ORF)编码的氨基酸序列进行tblastn比对,筛选出D2A线粒体基因组中特有的ORF,并进行聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)验证、相对表达量分析和生物信息学分析。【结果】D2A和D8A这2个不育系线粒体基因组之间存在2个部分重叠且相邻的倒易位区域。在D2A中发现17个特异的ORF,PCR验证了D2A中存在的6个特异ORF(orf114e、orf121b-1、orf121b-2、orf138b-2、orf186a-2和orf317a-2)。3~4 mm花蕾中orf121b-1和orf121b-2的相对表达量较高。orf114e、orf186a-2和orf317a-2具有典型的跨膜结构域和嵌合基因结构,符合不育基因的部分特征。【结论】D2A和D8A线粒体基因组间存在2个相邻的倒易位区域。D2A中存在6个特异的ORF,其中orf114e、orf186a-2和orf317a-2可能与棉花CMS-D2孢子体败育有关。

关键词：棉花细胞质雄性不育线粒体基因组孢子体不育配子体不育开放阅读框

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两种产量水平下超级杂交稻氮素吸收利用特性

棉-粮-油菜宽带轮作提升作物产量和光能利用率

中国生态农业学报（中英文） 2024年第5期32卷 790-803页

作者：蒋鹏周兴兵张林朱永川郭晓艺刘茂熊洪郭长春徐富贤四川省农业科学院水稻高粱研究所/农业农村部西南水稻生物学与遗传育种重点实验室德阳 618000 四川省作物生理生态及栽培重点实验室德阳 618000 四川省农业科学院水稻高粱研究所/农业农村部西南水稻生物学与遗传育种重点实验室德阳 618000

探明不同产量水平下超级杂交稻的氮素吸收利用特性,可为我国西南稻区超级杂交稻高产栽培和育种提供理论和实践依据.以2个超级杂交稻品种('德优4727''泸优727')和2个高产常规稻品种('金农丝苗''黄华占')为材料,于2018-2020年在四川省德阳... 详细信息

探明不同产量水平下超级杂交稻的氮素吸收利用特性,可为我国西南稻区超级杂交稻高产栽培和育种提供理论和实践依据.以2个超级杂交稻品种('德优4727''泸优727')和2个高产常规稻品种('金农丝苗''黄华占')为材料,于2018-2020年在四川省德阳市(高产点)和泸州市(中产点)两个生态点进行大田和盆栽试验,研究两种产量水平下超级杂交稻氮素吸收、转运及利用效率的差异.结果表明:大田条件下不同生态点间超级杂交稻产量、氮素吸收积累利用特性差异显著.高产点超级杂交稻产量、氮肥偏生产力较中产点分别增加8.3％～23.2％、8.3％～23.1％.高产点超级杂交稻播种(SO)—幼穗分化(PI)、PI—齐穗(HD)阶段氮素吸收量和氮素吸收速率(除2018年幼穗分化—齐穗外)均高于中产点,HD—成熟(MA)阶段仍保持较高的氮素吸收量.高产点超级杂交稻成熟期氮素总吸收量较中产点增加15.6％～33.7％.尽管高产点超级杂交稻氮素收获指数较中产点平均增加4.6％(2018年除外),但成熟期仍有大量氮素滞留在超级杂交稻的秸秆中,造成高产点氮素籽粒生产效率较中产点平均减少11.3％.方差分析表明,盆栽条件下土壤、土壤×地点、土壤×品种互作对超级杂交稻产量、氮素吸收量、氮素籽粒生产效率影响不显著.高产点盆栽超级杂交稻产量、氮素吸收量、氮素籽粒生产效率变化趋势与大田试验相似.高产点SO—PI平均温度高于中产点,HD—MA平均温度低于中产点;高产点SO—PI、PI—HD和HD—MA太阳辐射积累量(除2018年PI-HD外)均高于中产点.相关分析表明,高产点籽粒产量与PI—HD氮素吸收量、氮素收获指数呈显著正相关;氮素籽粒生产效率与SO—PI的氮素吸收量和平均温度呈显著负相关.中产点籽粒产量与氮素籽粒生产效率、总吸氮量呈显著正相关;氮素籽粒生产效率与SO—PI和HD—MA的平均温度呈显著负相关.因此,不同产量水平超级杂交稻产量和氮素吸收利用特性差异主要与不同生育期内的平均温度和太阳辐射有关.

关键词：超级杂交稻吸氮量产量水平氮素籽粒生产效率气候因子

来源：博看期刊评论

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中国生态农业学报（中英文） 2024年第7期32卷 1159-1169页

作者：董明张谦王燕王树林冯国艺梁青龙祁虹赵贵元河北省农林科学院棉花研究所/农业农村部黄准海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室/国家棉花改良中心河北分中心石家庄050051

棉-粮-油菜宽带轮作种植模式,能够充分利用农田资源,但种植体系内不同作物光能资源利用特性尚不明确。本研究在田间设置棉花单作(对照)、小麦-玉米一年两熟(对照)和棉花-小麦-玉米-油菜宽带轮作(以下简称“宽带轮作”) 3种种植模式,测... 详细信息

棉-粮-油菜宽带轮作种植模式,能够充分利用农田资源,但种植体系内不同作物光能资源利用特性尚不明确。本研究在田间设置棉花单作(对照)、小麦-玉米一年两熟(对照)和棉花-小麦-玉米-油菜宽带轮作(以下简称“宽带轮作”) 3种种植模式,测定棉花、玉米和小麦的产量、地上部干物质重以及叶面积指数、消光系数、光能截获量等指标。结果表明,与棉花单作比较,棉花宽带轮作单位面积产量和地上部干物重分别显著增加15.20%和10.35%。与小麦-玉米一年两熟比较,玉米和小麦宽带轮作的单位面积产量分别显著增加21.61%和11.53%,玉米地上部干物质重显著增加6.17%。7月16日(盛花期)至9月13日(吐絮期),棉花宽带轮作叶面积指数比棉花单作显著增加7.21%~12.76%, 7月24日(盛花期)和8月4日(盛铃期),棉花宽带轮作光能截获率比棉花单作分别显著降低3.59%和3.24%。玉米和小麦宽带轮作的叶面积指数、消光系数和光能截获率未发生显著变化。与棉花单作、小麦-玉米一年两熟比较,棉花宽带轮作和玉米宽带轮作的全生育期光能截获量分别显著降低3.14%和显著增加0.76%,小麦宽带轮作的全生育期光能截获量未发生显著变化,棉花、玉米和小麦的光能利用率分别显著增加18.81%、6.76%和14.10%。本试验条件下,边行优势和轮作效应同时发挥作用增加了棉花、玉米和小麦的单位面积产量以及棉花和玉米的地上部干物质重,改善作物干物质的积累和分配,进而提升棉花、玉米和小麦的光能利用率。该研究明确了棉-粮-油菜宽带轮作对作物产量和冠层光能利用率的影响,可为该模式的推广应用提供理论基础。

关键词：棉花玉米小麦宽带轮作产量光能利用

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棉花种质资源萌发期耐盐性鉴定及筛选

作物学报 2024年第5期50卷 1147-1157页

作者：李航刘丽黄乾刘文豪司爱君孔宪辉王旭文赵福相梅拥军余渝塔里木大学农学院新疆阿拉尔843300 新疆农垦科学院棉花研究所/农业农村部西北内陆区棉花生物学与遗传育种重点实验室新疆石河子832000

种子萌发期是对盐分较敏感的时期,测定不同盐浓度胁迫下的棉花种子发芽情况是筛选棉花耐盐种质的重要依据之一。本研究对629份棉花种质资源进行0、150 mmol L^(-1) NaCl处理,对鲜重、发芽势等6个性状的耐盐系数进行差异分析,结果显示盐... 详细信息

种子萌发期是对盐分较敏感的时期,测定不同盐浓度胁迫下的棉花种子发芽情况是筛选棉花耐盐种质的重要依据之一。本研究对629份棉花种质资源进行0、150 mmol L^(-1) NaCl处理,对鲜重、发芽势等6个性状的耐盐系数进行差异分析,结果显示盐胁迫下各个性状较对照均存在显著差异;使用主成分分析、隶属函数分析对棉花种质耐盐性进行综合评价;对综合评价值D值进行聚类分析,根据D值的大小将629份种质资源分成5类:188份耐盐中间型材料、376份耐盐型材料、36份高耐盐型材料、28份盐敏感型材料、1份高盐敏感型材料;通过逐步回归分析建立棉花萌发期耐盐性评价预测模型:D=0.277RFW+0.29RGP+0.189RPL+0.387RGR-0.32(R^(2)=0.992),筛选出鲜重、下胚轴长、发芽势和发芽率4个指标可作为棉花萌发期耐盐性鉴定的指标。本研究建立了一套精准、高效的耐盐性鉴定体系,筛选到36份高耐盐材料和1份高敏感材料,为棉花耐盐机制研究和培育耐盐新品种提供参考。

关键词：棉花萌发期耐盐性综合评价

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薄荷EβF合成酶基因的克隆及功能分析

华北农学报 2024年第3期39卷 96-103页

作者：刘迪甄军波刘琳琳冯晓晴迟吉娜河北省农林科学院棉花研究所农业农村部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室河北石家庄050051

EβF合成酶基因在植物体内合成[反]-β-法尼烯,用于抵御蚜虫侵害。为探明薄荷中该基因的表达模式和功能,从薄荷叶片中克隆得到1个新的EβF合成酶基因McβFS1,并对其进行生物信息学分析和表达模式分析。构建过表达载体,利用农杆菌介导的... 详细信息

EβF合成酶基因在植物体内合成[反]-β-法尼烯,用于抵御蚜虫侵害。为探明薄荷中该基因的表达模式和功能,从薄荷叶片中克隆得到1个新的EβF合成酶基因McβFS1,并对其进行生物信息学分析和表达模式分析。构建过表达载体,利用农杆菌介导的浸花法转化拟南芥,并进行蚜虫生物测定。结果表明,McβFS1基因CDS序列全长1 650 bp,编码549个氨基酸。编码蛋白分子质量为63.85 ku,等电点为5.23,无跨膜结构域。二级结构预测其α-螺旋、β-转角、延伸链结构和无规则卷曲所占比例分别为69.58%,3.10%,4.01%和23.32%。系统进化分析结果显示,该基因编码的氨基酸序列与胡椒薄荷的Q5W283.1序列相似度达91.47%,亲缘关系较近,但序列差异较大,是一个新的EβF合成酶基因。荧光定量PCR结果显示,McβFS1在根、茎、叶、花中均有表达,且在叶中的表达量显著高于根、茎中的表达。蚜虫的选择性分析表明,转基因拟南芥对蚜虫具有较强的趋避性。

关键词：薄荷 EβF合成酶蚜虫生物信息学分析表达分析

Gh_D11G050000参与棉花黄萎病抗性的功能分析

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棉花学报 2024年第3期36卷 211-224页

作者：黄俊森王星星杨力裴小雨贺昆仑刘艳改张飞张先亮王军马雄风杨代刚高俊山安徽农业大学生命科学学院合肥230000 中国农业科学院棉花研究所/棉花生物育种与综合利用全国重点实验室/农业农村部棉花生物学与遗传育种重点实验室河南安阳455000

【目的】克隆Gh_D11G050000基因,解析其在棉花黄萎病抗性反应中的功能和作用机制,为开展棉花抗病分子育种提供理论依据。【方法】利用生物信息学方法分析Gh_D11G050000基因的序列特征和系统进化关系。通过实时荧光定量聚合酶链式反应(qu... 详细信息

【目的】克隆Gh_D11G050000基因,解析其在棉花黄萎病抗性反应中的功能和作用机制,为开展棉花抗病分子育种提供理论依据。【方法】利用生物信息学方法分析Gh_D11G050000基因的序列特征和系统进化关系。通过实时荧光定量聚合酶链式反应(quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR)分析该基因的表达模式以及大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)侵染后的表达量变化。利用病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing, VIGS)技术初步验证该基因的功能。通过转录组测序分析和相关基因的表达量测定初步解析其抗病机制。【结果】Gh_D11G050000与Gh_A11G049600和Gr_11G034620蛋白的亲缘关系最近。qRT-PCR分析发现,Gh_D11G050000在棉花根部的表达量最高;该基因的表达量在大丽轮枝菌侵染后显著增加。Gh_D11G050000沉默植株对大丽轮枝菌的抗性减弱,具体表现为茎秆维管束褐变加重,有病菌繁殖的茎段数量明显增加,病株率和病情指数显著升高。转录组及qRT-PCR分析表明,Gh_D11G050000沉默棉株中茉莉酸、乙烯信号通路和木质素合成途径中相关基因的转录水平降低。【结论】Gh_D11G050000通过影响木质素合成基因、茉莉酸和乙烯信号通路相关基因的表达正调控棉花对黄萎病的抗性。

关键词：陆地棉黄萎病 Gh_D11G050000 抗病基因病毒诱导的基因沉默茉莉酸乙烯木质素

甘薯储藏期低温胁迫的转录组分析和关键基因挖掘

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植物遗传资源学报 2024年第7期25卷 1163-1174页

作者：肖世卓张毅戴习彬周志林孙健曹清河江苏徐淮地区徐州农业科学研究所/农业农村部甘薯生物学与遗传育种重点实验室徐州221131

甘薯在储藏过程中受到低温冷害会大大降低甘薯的商品价值,因此研究甘薯耐低温储藏的分子机制,减少低温在甘薯储藏过程中的影响具有重要意义。本研究选取了较耐低温储藏、不耐低温储藏以及表现居中的3个甘薯品种商薯19(S19)、烟薯25(Y25... 详细信息

甘薯在储藏过程中受到低温冷害会大大降低甘薯的商品价值,因此研究甘薯耐低温储藏的分子机制,减少低温在甘薯储藏过程中的影响具有重要意义。本研究选取了较耐低温储藏、不耐低温储藏以及表现居中的3个甘薯品种商薯19(S19)、烟薯25(Y25)和苏薯16(S16),分别在9℃和6℃储藏35 d。提取上述处理的薯块总RNA进行转录组测序和比较分析,发现与对照相比,S19在低温储藏后的差异表达基因较少,而Y25则相反,S16居中。差异表达基因KEGG和GO分析发现,甘薯块根在低温胁迫下蛋白酶体相关基因的表达水平较高。最终,通过比较不同品种不同温度下的转录组数据,得到响应储藏期低温胁迫的候选基因***.02F_G010830,该基因注释为冷胁迫响应类受体蛋白激酶。qRT-PCR验证该基因的表达与转录组数据相一致。进一步分析了该基因及其等位基因和同源基因的进化关系,并分析了该基因在不同品种中的变异。本研究将为甘薯低温储藏响应机制解析以及耐低温储藏品种的选育提供支撑。

关键词：甘薯储藏低温胁迫转录组类受体蛋白激酶

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氮素水平对北方优良食味粳米品质及精碾磨粉颗粒特性的影响

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作物学报 2024年

作者：闫秉春万雪钟敏刘宇奇赵艳泽姜红芳刘雅刘惠玲马沁春高继平张文忠沈阳农业大学水稻研究所/北方粳稻育种栽培技术国家地方联合工程实验室/农业农村部东北水稻生物学与遗传育种重点实验室

为探究氮素对粳米食味品质、营养品质和精碾磨粉特性的影响，以不同食味粳稻品种沈农9816、秋田小町、北粳3号和盐粳476为试验材料，设置0 kg hm-2（N0）、50 kg hm-2（N1）、100 kg hm-2（N2）和200 kg hm-2（N3） 4个氮素水平，研究... 详细信息

为探究氮素对粳米食味品质、营养品质和精碾磨粉特性的影响，以不同食味粳稻品种沈农9816、秋田小町、北粳3号和盐粳476为试验材料，设置0 kg hm-2（N0）、50 kg hm-2（N1）、100 kg hm-2（N2）和200 kg hm-2（N3） 4个氮素水平，研究了氮素水平对不同食味稻米品质与精碾磨粉颗粒形态特征的影响及其相互关系。结果表明：（1）稻米食味值表现为秋田小町>盐粳476>北粳3号>沈农9816，在不同氮素水平下表现一致。（2）随着氮素水平的提高，除秋田小町外，不同粳稻品种的食味品质（蒸煮食味值、外观、黏度、胶稠度）、支链淀粉A链、B1链含量均显著降低，硬度、直链淀粉含量和蛋白组分含量显著提高；峰值黏度、热浆黏度、最终黏度呈降低趋势，崩解值、消减值、糊化温度受氮素影响较小；精碾磨粉表面由光滑变为粗糙，颗粒粒径变大、数量增多呈堆积状，并伴随裂痕和空隙现象发生。（3）相关分析表明，氮素水平与与蒸煮食味品质（黏度、外观和食味值）、RVA特征值谱（峰值黏度、热浆黏度、最终黏度）均呈极显著负相关，但与硬度及精碾磨粉表面颗粒粒径呈极显著正相关；精碾磨粉表面颗粒粒径与蒸煮食味品质（食味值、外观）、RVA特征值谱（黏度、峰值黏度、热浆黏度及最终黏度）呈极显著负相关，但与硬度呈显著正相关。综合来看，食味值高的品种对氮素响应较弱，且精碾磨粉表面特性稳定，进而保证了其食味品质的稳定性。

关键词：食味品质淀粉含量蛋白组分精碾磨粉颗粒粒径氮素

甘蔗属种及其近缘属种蔗茅的全基因组密码子偏好性分析

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生物技术通报 2024年第3期40卷 202-214页

作者：田春艳李旭娟李纯佳毛钧刘新龙热带作物生物育种全国重点实验室昆明650205 云南省农业科学院甘蔗研究所云南省甘蔗遗传改良重点实验室开远661699 农业农村部甘蔗生物学与遗传育种重点实验室开远661699

【目的】为解析甘蔗基因组的密码子使用特征,提高异源基因在甘蔗中的表达效率。【方法】以已发布的甘蔗属种(热带种LA-purple、割手密NP-X和AP85-441)及其近缘属种蔗茅(Yunnan2009-3)基因组为数据,利用Python、CodonW1.4.2进行密码子偏... 详细信息

【目的】为解析甘蔗基因组的密码子使用特征,提高异源基因在甘蔗中的表达效率。【方法】以已发布的甘蔗属种(热带种LA-purple、割手密NP-X和AP85-441)及其近缘属种蔗茅(Yunnan2009-3)基因组为数据,利用Python、CodonW1.4.2进行密码子偏好性分析,同时通过中性绘图、ENC-plot、PR2-plot等分析探讨密码子偏好性形成的影响因素,并结合转录组测序数据分析密码子偏好性参数与基因表达水平的相关性。最后,基于RSCU均值与7个主要模式生物种(玉米、高粱、水稻、拟南芥、烟草、大肠杆菌、酿酒酵母)的密码子使用模式进行比较分析。【结果】显示热带种、割手密和蔗茅的基因组都富含GC,平均GC含量为56.3%,且GC3>GC1>GC2,倾向于使用以G/C结尾的密码子,平均ENC值为48.45,偏好性较低。中性绘图、ENC-plot和PR2-plot分析表明它们的密码子偏好性受到自然选择、突变压力等多种因素的共同影响,其中自然选择占主导作用。相关性分析表明密码子偏好性参数与基因实际的转录表达水平存在显著相关性,但相关性不强。根据RSCU和?RSCU值,确定了13个最优密码子,均以C或G结尾,密码子使用特性在全基因组和染色体组水平上无差异。通过比较发现,甘蔗的核苷酸组成及密码子偏好性与玉米、高粱和水稻较为相似,而与拟南芥、烟草、大肠杆菌和酵母具有显著差异。【结论】甘蔗热带种、割手密和蔗茅的密码子偏好性高度相似,其形成受自然选择和突变因素的影响。此外,对甘蔗优异基因功能异源验证时可优先选择玉米、水稻和高粱作为异源表达系统。

关键词：甘蔗属蔗茅基因组密码子使用偏好性最优密码子