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利用基因编辑片段敲除技术创制玉米多样化等位变异

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山东农业科学 2024年

作者：张茂林王娟严佳丽何春梅徐倩刘铁山董瑞刘春晓关海英刘强汪黎明曾廷儒山东省农业科学院玉米研究所/小麦玉米国家工程实验室/农业部黄淮海北部玉米生物学与遗传育种重点实验室华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室

利用CRISPR/Cas9基因编辑技术创制等位变异已经成为众多植物中增加种质资源多样性的重要手段。提高玉米等谷物的类胡萝卜素含量是发展中国家解决维生素A缺乏症的一种经济方法。本研究以玉米中调控类胡萝卜素合成基因crtRB1为研究对象，... 详细信息

利用CRISPR/Cas9基因编辑技术创制等位变异已经成为众多植物中增加种质资源多样性的重要手段。提高玉米等谷物的类胡萝卜素含量是发展中国家解决维生素A缺乏症的一种经济方法。本研究以玉米中调控类胡萝卜素合成基因crtRB1为研究对象，利用双靶标片段缺失性基因编辑技术，在原生质体中对crtRB1的启动子顺式元件进行片段敲除，获得了具有片段缺失和InDel（插入或缺失）的多样化等位变异。本研究为在玉米中实现稳定的crtRB1启动子元件的缺失突变奠定了基础。对启动子元件的功能研究和玉米的品质改良具有重要意义。

关键词：玉米 crtRB1 基因编辑片段敲除启动子

不同锌源叶面喷施对冬小麦和夏玉米产量及籽粒营养品质的影响

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农业环境科学学报 2024年第3期43卷 504-515页

作者：颜为孙金鞭吕洪国黄萌王志伟齐世军崔振岭薛艳芳刘开昌山东省农业科学院玉米研究所/小麦玉米国家工程研究中心/农业部黄淮海北部玉米生物学与遗传育种重点实验室济南250100 聊城大学农学院山东聊城252000 招远市农业农村局山东招远265400 中国农业大学资源与环境学院北京100193

为探明不同锌源叶面肥喷施对小麦和玉米产量、籽粒矿质元素含量及锌、铁生物有效性的影响,对冬小麦-夏玉米轮作体系开展不同叶面肥喷施试验。小麦季设置去离子水(CK1)、尿素(CK2)、尿素+纳米氧化锌(U+ZnO)、尿素+壳聚糖纳米锌(U+ZnCNP)... 详细信息

为探明不同锌源叶面肥喷施对小麦和玉米产量、籽粒矿质元素含量及锌、铁生物有效性的影响,对冬小麦-夏玉米轮作体系开展不同叶面肥喷施试验。小麦季设置去离子水(CK1)、尿素(CK2)、尿素+纳米氧化锌(U+ZnO)、尿素+壳聚糖纳米锌(U+ZnCNP)、尿素+普通七水硫酸锌(U+Zn)5种叶面肥处理;玉米季增加尿素与锌铁硒多元混合喷施处理(U+Zn/Fe/Se)。结果表明:各叶面肥喷施处理对小麦和玉米籽粒产量均无显著影响,但对籽粒微量元素含量有显著影响。不同锌源与尿素混合叶面肥对小麦籽粒锌含量强化效果由弱到强依次为U+ZnCNP生物有效性(TAZ)显著提高74.5%。对于玉米,与CK2处理相比,处理U+Zn/Fe/Se使籽粒锌含量提高32.3%(从14.93 mg·kg^(-1)增加至19.60 mg·kg^(-1))、硒含量显著提高12.7倍(从17.66μg·kg^(-1)增加至242.04μg·kg^(-1))、籽粒PA/Zn摩尔比显著下降27.0%,使籽粒TAZ显著提高36.9%,使整个植株或玉米秸秆磷与锌(P/Zn)和磷与铁(P/Fe)摩尔比降低。研究表明,叶面喷施普通七水硫酸锌是提高小麦、玉米籽粒锌含量和生物有效性的最佳形式,其强化小麦籽粒锌效果优于玉米。叶面喷施尿素与锌铁硒混合溶液可同时提高玉米籽粒锌、硒含量及锌、铁生物有效性(籽粒、全株、秸秆),是解决人体或动物微量元素营养缺乏的有效农艺强化措施。

关键词：冬小麦-夏玉米轮作不同锌源锌铁生物有效性叶面喷施微量元素含量

利用CRISPR/Cas9基因编辑片段敲除技术创制玉米多样化等位变异

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山东农业科学 2024年第9期56卷 1-5页

作者：张茂林王娟严佳丽何春梅徐倩刘铁山董瑞刘春晓关海英刘强汪黎明曾廷儒山东省农业科学院玉米研究所/小麦玉米国家工程实验室/农业部黄淮海北部玉米生物学与遗传育种重点实验室山东济南250100 华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室湖北武汉430070

利用CRISPR/Cas9基因编辑技术创制等位变异已经成为众多植物中增加种质资源多样性的重要手段。提高玉米等谷物中类胡萝卜素含量是发展中国家解决维生素A缺乏症的一种经济方法。本研究以玉米中调控类胡萝卜素合成的基因crtRB1为研究对象... 详细信息

利用CRISPR/Cas9基因编辑技术创制等位变异已经成为众多植物中增加种质资源多样性的重要手段。提高玉米等谷物中类胡萝卜素含量是发展中国家解决维生素A缺乏症的一种经济方法。本研究以玉米中调控类胡萝卜素合成的基因crtRB1为研究对象,利用双靶标片段缺失性基因编辑技术,在原生质体中对crtRB1的启动子顺式元件进行片段敲除,获得了具有片段缺失和InDel(插入或缺失)的多样化等位变异,这为在玉米中实现稳定的crtRB1启动子元件的缺失突变奠定了基础,对启动子元件的功能研究和玉米的品质改良具有重要意义。

关键词：玉米 crtRB1 基因编辑片段敲除启动子

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玉米花序发育基因AFP1的定位及功能研究

作物学报 2024年第3期50卷 603-612页

作者：薛明汪晨晨姜露光刘浩张路遥陈赛华江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室扬州大学农学院江苏扬州225009 作物杂种优势与利用教育部重点实验室/国家玉米改良中心/中国农业大学农学院与生物技术学院北京100193

玉米花序的正常发育是玉米产量的根本保证。鉴定和挖掘调控花序模式建成的基因和代谢通路将有助于揭示花序发育的分子机制,为提高玉米产量提供理论指导。本研究从Mo17背景的EMS突变体库中筛选到一个玉米花序发育模式改变的材料,命名为al... 详细信息

玉米花序的正常发育是玉米产量的根本保证。鉴定和挖掘调控花序模式建成的基因和代谢通路将有助于揭示花序发育的分子机制,为提高玉米产量提供理论指导。本研究从Mo17背景的EMS突变体库中筛选到一个玉米花序发育模式改变的材料,命名为altered flower pattern 1(afp1)。表型鉴定结果发现,afp1雌穗产生一系列侧生分枝、且无花丝形成;雄穗上侧生小穗数量显著增多。遗传学分析表明,afp1性状受一对隐性核基因控制。利用afp1与B73构建的F2分离群体进行连锁分析,该基因被定位在第7号染色体分子标记M150~M176之间。利用该区间内新开发的14对多态性标记进行精细定位,afp1被限定在分子标记M1722和M1725间约300 kb的范围内,其间包含一个已知调控玉米花序发育基因BD1(Branched silkless1)。通过测序发现,afp1的BD1发生一处C-T的变异,引起BD1蛋白的第67位精氨酸(R)变为色氨酸(W),该突变位于保守的功能域ERF/AP2上。对发育早期的野生型与afp1雌穗进行RNA-seq分析后发现,afp1相比野生型存在274个差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),其中56.20%基因表达下调,43.80%基因表达上调。通过KEGG分析发现,差异表达基因富集到多种代谢通路,其中富集到植物激素信号转导途径中的83.30%基因表达量都显著下调,说明afp1可能通过影响激素信号从而改变花序发育模式。

关键词：玉米花序发育 BD1 激素信号转导

基于文献计量学的玉米秸秆利用及关键共性技术分析

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农业工程学报 2024年第12期40卷 224-236页

作者：陈理赖有春陈帅宇马明旭周宇光韩毅冯欢欢郑永军中国农业大学工学院北京100083 农业农村部可再生能源清洁化利用技术重点实验室北京100083

为促进玉米秸秆全价值利用,该研究以中国知网(CNKI,China national knowledge infrastructure)数据库和Web of Science(WOS)核心数据库作为数据来源,利用知识图谱可视化软件,绘制玉米秸秆利用领域的知识图谱,以便全面了解玉米秸秆利用... 详细信息

为促进玉米秸秆全价值利用,该研究以中国知网(CNKI,China national knowledge infrastructure)数据库和Web of Science(WOS)核心数据库作为数据来源,利用知识图谱可视化软件,绘制玉米秸秆利用领域的知识图谱,以便全面了解玉米秸秆利用领域的研究现状和发展趋势,总结其面临的主要问题,并在此基础上深入挖掘分析玉米秸秆利用关键共性技术。玉米秸秆利用研究大致可分为1990—2007年及2008—2022年两个阶段。在后一阶段,各研究团队逐渐构成以肥料化、饲料化为主,燃料化为辅的玉米秸秆利用研究体系。经文献梳理发现,玉米秸秆利用研究大致经历了3次阶段性热点迁移,每次变化时长约为10a;中国玉米秸秆利用研究已取得较多成果,主要集中在秸秆还田和生物质能源生产方面;通过对知识图谱综合分析发现,玉米秸秆利用的热点方向包括生物质能源生产、土地改良和保护、畜牧业发展和饲料生产。最后,知识工程和归纳法分析结果表明,玉米秸秆利用技术仍存在收运不及时、还田质量低、秸秆制饲料技术不成熟、能源化技术成本高和附加值低等瓶颈。故在农业废弃物资源化利用这一国家重大需求驱动下,该文主要关注并分析了未来研究应重点聚焦的13项玉米秸秆全价值利用关键共性技术。该研究可为促进中国玉米秸秆全价值利用提供参考。

关键词：秸秆利用文献计量学 Web of Science 中国知网关键共性技术

钙通道介导的植物免疫反应的分子机制及其应用

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生命科学 2024年

作者：刘丹丹杜美达陈俊斌朱旺升玉米生物育种全国重点实验室农业农村部植物检疫性有害生物监测防控重点实验室中国农业大学植物保护学院

钙离子是调控植物生长、发育和应激反应的重要第二信使。近年来植物免疫领域对各类钙通道的研究研究表明，钙离子是植物与病原微生物互作中调控植物免疫反应的关键信号。植物的模式识别受体和胞内免疫受体都通过钙通道介导的钙信号来控... 详细信息

钙离子是调控植物生长、发育和应激反应的重要第二信使。近年来植物免疫领域对各类钙通道的研究研究表明，钙离子是植物与病原微生物互作中调控植物免疫反应的关键信号。植物的模式识别受体和胞内免疫受体都通过钙通道介导的钙信号来控制植物防御反应。本文综述了植物免疫研究中钙通道相关的最新进展，以及目前钙通道改造在作物抗病改良中的应用，以为作物抗病育种提供理论借鉴。

关键词：钙离子钙通道植物免疫抗病育种

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不同改性生物炭对稻田氮素损失及产量的影响

中国环境科学 2024年第9期44卷 5122-5133页

作者：衣本骥刘畅韩宏伟张丰陈涛涛孟军迟道才沈阳农业大学水利学院辽宁沈阳110866 沈阳农业大学国家生物炭研究院农业农村部生物炭与土壤改良重点实验室辽宁沈阳110866

为进一步挖掘稻田生态系统生物炭增效、节肥和减排潜力,以无生物炭为对照(CK),设置玉米秸秆生物炭(B)、酸化生物炭(B_(pH))、氮负载生物炭(B_(NH_(4)))、铁改性生物炭(B_(Fe))和钙改性生物炭(B_(Ca))6个处理,通过2a试验,对生物炭阳离子... 详细信息

为进一步挖掘稻田生态系统生物炭增效、节肥和减排潜力,以无生物炭为对照(CK),设置玉米秸秆生物炭(B)、酸化生物炭(B_(pH))、氮负载生物炭(B_(NH_(4)))、铁改性生物炭(B_(Fe))和钙改性生物炭(B_(Ca))6个处理,通过2a试验,对生物炭阳离子交换量(CEC)、含氧官能团以及其处理下水稻产量、氮素提取、氨挥发、氮素淋失和土壤氮残余等进行了研究.结果表明:与B相比,B_(pH)、B_(NH_(4))和B_(Fe)分别显著提升生物炭CEC(53.9%、29.6%和28.2%),且4种改性处理均可显著提升生物炭-COOH、-OH、C=O、O-H等含氧官能团浓度,增强生物炭吸氮能力.全生育期累积氨挥发在9.1~19.9kg/hm^(2)(2021)和8.5~13.7kg/hm^(2)(2022)之间,除B_(NH_(4))降氨效果明显(44.6%)外,其他处理第1年对氨挥发无显著影响;而B_(Ca)、B_(NH_(4))和B_(Fe)在第2a均显著降低氨挥发,较CK分别降低33.5%、37.5%和37.8%.4种改性生物炭连续2a,较CK降低氮素淋失19.0%和35.2%(B_(pH))、15.0%和21.0%(B_(Ca))、11.3%和28.7%(B_(NH_(4)))、12.6%和29.0%(B_(Fe)).B在第1年对产量无显著影响,但老化1年后增产显著(8.8%);B_(pH)和B_(NH_(4))连续2a分别增产19.7%和12.2%(2021年),11.5%和5.8%(2022年).B_(pH)、B_(Ca)和B_(NH_(4))在2a均显著降低了活性氮排放,降幅为23.4%、21.8%和42.3%(2021年)和23.5%、30.5%和35.5%(2022年).不同生物炭处理第1a土壤矿化氮残余无显著差异;但B_(Ca)、B_(NH_(4))和B_(Fe)第2a增效显著.同时考虑增产、活性氮减排和矿化氮可持续性,B_(NH_(4))综合效果最佳,同CK相比,2021和2022年分别可降低氨挥发42.3%和35.5%,铵态氮淋失10.6%和29.0%,硝态氮淋失14.7%和23.4%,氮素积累提高13.4%和4.3%以及矿化氮残余提高15.0%和17.9%,最终增产19.7%和5.7%.

关键词：不同改性生物炭田面水氨挥发淋溶水稻产量氮素去向

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TaEMF2调控小麦抽穗期的功能分析

作物学报 2024年

作者：武丽芬夏川张立超孔秀英陈景堂刘旭河北农业大学农学院/国家玉米改良中心河北分中心/华北作物改良与调控国家重点实验室中国农业科学院作物科学研究所/作物基因资源与育种全国重点实验室青岛农业大学农学院

适宜的抽穗期(开花时间)是作物获得高产和稳产的重要育种目标，EMF2是参与成花调控过程中的重要基因之一，但该基因在小麦中的功能仍不清楚。本研究从普通小麦中克隆了水稻OsEMF2b的直系同源基因TaEMF2，TaEMF2-2D是一个细胞核和细胞质... 详细信息

适宜的抽穗期(开花时间)是作物获得高产和稳产的重要育种目标，EMF2是参与成花调控过程中的重要基因之一，但该基因在小麦中的功能仍不清楚。本研究从普通小麦中克隆了水稻OsEMF2b的直系同源基因TaEMF2，TaEMF2-2D是一个细胞核和细胞质定位蛋白。敲除TaEMF2会推迟小麦的抽穗期，过表达TaEMF2-2D会使小麦抽穗期提前。利用RT-qPCR检测小麦开花相关基因在TaEMF2转基因株系中的表达，结果表明，VRN1和VRN3在敲除转基因株系中的表达水平显著下调，在过表达株系中这两个基因的表达量则显著上调，表明TaEMF2可能通过调控VRN1和VRN3的表达来影响小麦的抽穗期。

关键词：小麦抽穗期 TaEMF2 CRISPR/Cas9基因编辑过表达

中国北方玉米产区玉米大斑病菌交配型组成及其分布分析

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农业生物技术学报 2024年第5期32卷 1141-1149页

作者：王超红张璐郭正宇阎晓光刘欣芳刘宁曹志艳董金皋河北农业大学植物保护学院/华北作物改良与调控国家重点实验室山西农业大学玉米研究所山西农业大学谷子研究所辽宁省农业科学院玉米研究所

玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)可危害玉米(Zea mays)叶片、叶鞘和苞叶等，导致玉米产量降低和品质下降，进而造成严重的经济损失，玉米大斑病已成为我国玉米上最重要的真菌病害之一。玉米大斑病菌有3种交配类型(mating type, MAT... 详细信息

玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)可危害玉米(Zea mays)叶片、叶鞘和苞叶等，导致玉米产量降低和品质下降，进而造成严重的经济损失，玉米大斑病已成为我国玉米上最重要的真菌病害之一。玉米大斑病菌有3种交配类型(mating type, MAT)，分为仅含StMAT1-1基因的A交配型、仅含StMAT1-2基因的a交配型和同时含有2个基因的Aa交配型。在我国，玉米大斑病菌交配型组成及分布在年度和地域间存在明显差异，导致病菌遗传变异频繁。为明确中国北方玉米产区不同年份该病菌交配型组成及其分布，本研究利用玉米大斑病菌交配型鉴定特异引物对2018～2022年间采自中国陕西、山西、河南、河北、甘肃、黑龙江、宁夏、内蒙古、辽宁、吉林10个省份(自治区)的365株玉米大斑病菌进行交配型测定。结果显示A交配型菌株61株、a交配型菌株224株和Aa两性交配型菌株80株，分离频率分别为16.71%、61.37%和21.92%，说明a交配型为我国北方玉米产区的主要交配型；不同年份间玉米大斑病菌群体交配型的出现频率差异不大，a交配型在2018、2019、2020、2021、2022年的分离频率分别为61.73%、72.50%、55.74%、58.65%和63.29%，均为优势交配型。不同地区玉米大斑病菌交配型组成存在差异，在黑龙江省未分离到A交配型菌株，其余9个省份(自治区)均有A、a和Aa 3种交配类型的分布，但各地区间不同交配型菌株的分布频率存在差异，a交配型的菌株在黑龙江省出现频率最高，为87.50%,A交配型的菌株在陕西省出现频率最高，为26.67%,Aa交配型的菌株在内蒙古和吉林省出现频率最高，均为33.33%，表明玉米大斑病菌群体交配型存在多样性。本研究进一步阐明了中国北方玉米产区大斑病菌交配型组成与分布情况，为病菌变异趋势分析及有效防治提供了借鉴。

关键词：玉米大斑病菌交配型(MAT) 分布