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干旱胁迫的影响及抗旱性研究进展

分子植物育种 2024年

作者：任洪雷朱筱张丰屹张必弦王家军王金生吴俊江王广金邱丽娟中国农业科学院作物科学研究所国家农作物基因资源与遗传改良重大科学工程农业部作物种质资源与生物技术重点开放实验室黑龙江大学生命科学学院农业微生物技术教育部工程研究中心黑龙江省寒区植物基因与生物发酵重点实验室黑龙江省农业科学院大豆研究所农业农村部大豆栽培重点实验室黑龙江省大豆栽培重点实验室

在全球气候变暖的背景下，干旱对作物的影响遍布全球，限制了农业生产，严重影响了作物的生长发育和产量。全面了解干旱胁迫在形态、生理、生化、和细胞水平上对植物、作物和大豆的影响，理解植物特别是作物的抗旱机理，以期为作物遗传... 详细信息

在全球气候变暖的背景下，干旱对作物的影响遍布全球，限制了农业生产，严重影响了作物的生长发育和产量。全面了解干旱胁迫在形态、生理、生化、和细胞水平上对植物、作物和大豆的影响，理解植物特别是作物的抗旱机理，以期为作物遗传改良提供理论基础和技术参考。本文着重在干旱胁迫对植物、作物和大豆的影响和机制以及植物、作物和大豆抗旱性研究进展方面进行了全面阐述，并提出了适当的方法来缓解干旱胁迫，对提高作物的抗旱性提出建议。为了解作物抗旱性机理、作物抗旱性遗传改良、定向培育抗旱性作物品种等研究方向提供参考。

关键词：干旱抗逆性生理生化抗旱性研究

间作槟榔调控咖啡根际微生物群落结构及功能促进咖啡植株发育

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中国科学:生命科学 2024年第10期54卷 1974-1987页

作者：赵少官张昂董云萍孙燕苏兰茜林兴军龙宇宙赵青云中国热带农业科学院香料饮料研究所农业农村部香辛饮料作物遗传资源利用重点实验室海南省热带香辛饮料作物遗传改良与品质调控重点实验室云南农业大学热带作物学院中国热带农业科学院三亚研究院

咖啡是世界上闻名的饮料作物,长期单一化种植导致土壤生物功能退化,影响植株健康生长.间作槟榔是改善咖啡园土壤生物功能的有效措施,但作用机制尚不清楚.本文通过盆栽试验研究了咖啡间作槟榔对根际土壤生物和非生物学性状的影响.结果表... 详细信息

咖啡是世界上闻名的饮料作物,长期单一化种植导致土壤生物功能退化,影响植株健康生长.间作槟榔是改善咖啡园土壤生物功能的有效措施,但作用机制尚不清楚.本文通过盆栽试验研究了咖啡间作槟榔对根际土壤生物和非生物学性状的影响.结果表明,间作增加了土壤速效养分含量,速效磷和速效钾含量分别显著增加58.24%和70.30%;相对于单作,间作模式改变了根际土壤细菌和真菌群落丰富度,真菌丰富度对种植模式的响应更显著;间作咖啡根际土壤细菌群落拥有更多独有的扩增子序列变异体(Amplicon Sequence Variants, ASV),而真菌独有ASV在间作模式下显著降低;根际土壤细菌和真菌属(如Pedomicrobium, Mycobacterium等)与咖啡植株生长显著相关;与咖啡单作相比,间作模式能够富集根际土壤中与养分循环(如Bradyrhizobium, Trichoderma, Bryobacter)和抑制植物病原菌(如Trichoderma, Penicillium, Streptomyces)相关的微生物群落,促进土壤养分释放和对潜在病原菌的抑制作用,促使植株健康生长.另外,间作模式下咖啡根际土壤能够富集与氮素循环和芳香化合物降解等功能相关的微生物.综上,咖啡间作槟榔可富集有益功能微生物,调控咖啡园土壤微生物群落结构和功能,缓解咖啡连作生物障碍.该研究为生产上应用复合栽培模式,助力咖啡绿色种植提供了理论依据.

关键词：根际土壤微生物植株健康土壤生态功能复合栽培模式咖啡绿色种植

纳米颗粒在配子及胚胎生物技术中的应用研究进展

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中国畜牧杂志 2024年第2期60卷 64-70页

作者：海桂萍李俊刘倩刘昱成万鹏程阿布力孜·吾斯曼傅祥伟新疆农业大学动物科学学院新疆乌鲁木齐830052 河北医科大学第一医院生殖中心河北石家庄050031 中国农业大学动物科学技术学院北京100193 新疆农垦科学院省部共建绵羊遗传改良与健康养殖国家重点实验室新疆石河子832000

辅助生殖技术(ART)在不孕不育诊治、濒危物种保存、良种家畜快速高效扩繁中具有重要应用价值。ART已常规开展并在世界范围内应用,但该技术面临着效率低下等挑战。非生理状态下的培养和保存可致配子和胚胎处于氧化应激状态,越来越多的研... 详细信息

辅助生殖技术(ART)在不孕不育诊治、濒危物种保存、良种家畜快速高效扩繁中具有重要应用价值。ART已常规开展并在世界范围内应用,但该技术面临着效率低下等挑战。非生理状态下的培养和保存可致配子和胚胎处于氧化应激状态,越来越多的研究表明氧化应激是影响精子获能、损伤卵母细胞及胚胎发育能力的主要因素。近年来,创新性使用纳米颗粒(NPs)的相关技术和方案有效降低了配子氧化应激水平,提高了胚胎生物技术的效率。本文系统分析了NPs进入细胞的方式、分布及影响因素,深入探讨了NPs的作用机理,归纳NPs在配子、体外胚胎生产、低温保存中的应用,以期为ART总体效率的提高提供新方法和理论依据。

关键词：纳米颗粒配子胚胎体外胚胎生产低温保存氧化应激

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玉米镰孢菌复合病原茎腐病抗性种质资源鉴定及抗性基因挖掘

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中国农业科学 2024年第13期57卷 2509-2524页

作者：桂翠林马亮王银莹谢富贵赵彩宏王文淼李鑫王青高夕全南京农业大学农学院/作物遗传与种质创新和利用全国重点实验室/江苏省现代作物生产协同创新中心

【目的】玉米茎腐病是我国玉米主产区普遍发生的重要病害之一，自然条件下，玉米茎腐病多由多种病原菌共同侵染造成。筛选抗禾谷镰孢菌（Fusarium graminearum）和拟轮枝镰孢菌（Fusarium verticillioides）复合侵染的优异玉米种质，鉴... 详细信息

【目的】玉米茎腐病是我国玉米主产区普遍发生的重要病害之一，自然条件下，玉米茎腐病多由多种病原菌共同侵染造成。筛选抗禾谷镰孢菌（Fusarium graminearum）和拟轮枝镰孢菌（Fusarium verticillioides）复合侵染的优异玉米种质，鉴定与复合病原引起的茎腐病抗性相关数量性状核苷酸（quantitative trait nucleotide,QTN），挖掘抗性候选基因，为玉米抗复合病原抗性分子育种提供基因资源和理论借鉴。【方法】以一个玉米自然群体为试验材料，接种F. graminearum和F. verticillioides复合病原菌，鉴定茎腐病表型；利用全基因组关联分析，筛选显著抗性SNP位点，预测抗病候选基因。【结果】通过田间和室内2个环境下接种复合病原后的茎腐病表型鉴定试验，发现不同来源和亚群的自交系对复合病原侵染的表型差异显著。田间表型鉴定结果表明，收集于中国的自交系普遍抗性较高，而美国的自交系普遍感病性较高；热带及亚热带亚群的自交系抗性较高，混合型亚群的自交系感病性较高。室内表型鉴定结果表明，收集于美国的自交系材料抗性较高，国际玉米小麦改良中心的自交系材料感病性高；硬秆亚群的玉米种质表现较高抗性，混合型亚群的种质表现较高感病性。于田间和室内2个环境下分别筛选出29份和16份对复合病原侵染具有较高抗性水平的种质，2个环境共同筛选到6份抗病种质。基于田间表型GWAS分析，鉴定到18个与复合病原茎腐病抗性显著相关的QTN，挖掘出93个抗病候选基因；有4个基因表现出单倍型变异，且接种后基因表达水平在抗病材料中呈上调趋势。【结论】利用遗传背景丰富的玉米自然群体，在2个环境中共同鉴定出6份玉米镰孢菌复合病原茎腐病抗性材料，可作为潜在的玉米抗茎腐病育种种质资源；挖掘出4个可能参与复合病原菌抗性的候选基因，为玉米镰孢菌复合病原茎腐病抗性育种提供基因资源。

关键词：玉米茎腐病禾谷镰孢菌拟轮枝镰孢菌复合侵染全基因组关联分析抗性基因

新的柑橘叶斑驳病毒桑树分离株的基因组克隆及传播方式分析

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蚕业科学 2024年第1期50卷 1-8页

作者：唐佳璇方苗张健尹珍妮韩沛羽韩涛涛张朋卢全有江苏科技大学生物技术学院江苏镇江212100 农业农村部蚕桑遗传改良重点实验室中国农业科学院桑蚕科学研究中心江苏镇江212100

柑橘叶斑驳病毒(citrus leaf blotch virus,CLBV)可侵染多种植物。2018年,通过对叶片表现为皱缩、变窄症状的桑叶样品进行高通量测序后发现,桑树中存在CLBV的侵染。通过RT-PCR、5′-和3′-RACE等方法确定了CLBV桑树分离株(CLBV-MA)的全... 详细信息

柑橘叶斑驳病毒(citrus leaf blotch virus,CLBV)可侵染多种植物。2018年,通过对叶片表现为皱缩、变窄症状的桑叶样品进行高通量测序后发现,桑树中存在CLBV的侵染。通过RT-PCR、5′-和3′-RACE等方法确定了CLBV桑树分离株(CLBV-MA)的全基因组序列。CLBV-MA基因组全长8617 nt(不包含3′polyA尾),共包含3个开放阅读框,分别编码复制酶蛋白、运动蛋白和外壳蛋白。CLBV-MA与其他CLBV分离株编码的复制酶蛋白以及外壳蛋白的氨基酸序列相似性分别为79.0%~89.1%、87.6%~94.7%,是一个新分离株。基于全基因组核苷酸序列的系统进化分析显示,CLBV-MA与CLBV-Actinidia、CLBV-HZ、CLBV-XL、CLBV-Actinidia-V20以及CLBV-ML聚类到一个分支,亲缘关系最近,并且CLBV-MA更为原始。根据桑树的繁殖方式、修剪管理方式、树龄以及CLBV-MA在桑园中的分布情况分析,CLBV-MA主要通过嫁接传播,也可以通过被污染的刀具传播,但传播效率低下。CLBV-MA全基因组序列及其传播方式的确定,为建立CLBV-MA分子检测方法及制定有效的防控措施奠定了基础。

关键词：桑树柑橘叶斑驳病毒全基因组序列传播方式

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识别NG PAM序列的Cas9变异体编辑玉米ZmSCD基因及其效率测试

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华北农学报 2024年第5期39卷 9-14页

作者：钱步轩潘弘王棋陈子奇杨雅文许洁婷夏涵超赵仁贵刘相国吉林农业大学农学院吉林长春130033 吉林省农业科学院(中国农业科技东北创新中心) 农业生物技术研究所(吉林省农业生物技术重点实验室)吉林长春130033 未米生物科技(江苏)有限公司江苏常州213000

为了探究评估SpCas9-NG在玉米基因组编辑中的应用潜力,以叶绿素合成关键基因ZmSCD作为编辑对象,该基因缺失会使苗出现白化现象,以此直观评估编辑效率。依据SpCas9和SpCas9-NG分别识别的5′-NGG-3′和5′-NG-3′PAM序列的规则,在ZmSCD的... 详细信息

为了探究评估SpCas9-NG在玉米基因组编辑中的应用潜力,以叶绿素合成关键基因ZmSCD作为编辑对象,该基因缺失会使苗出现白化现象,以此直观评估编辑效率。依据SpCas9和SpCas9-NG分别识别的5′-NGG-3′和5′-NG-3′PAM序列的规则,在ZmSCD的第2和第3外显子上设计了靶点后,成功将靶点序列构建至SpCas9及SpCas9-NG敲除载体上,再利用农杆菌介导的遗传转化方法将敲除载体导入玉米自交系KN5585中,将愈伤组织培养至分化出叶片组织时,统计白化苗率,以此得出不同编辑器的编辑效率,并对白化苗提取基因组后进行测序。通过3轮遗传转化SpCas9分别获得76,125,28个愈伤组织,SpCas9-NG获得100,69,30个愈伤组织。结果显示,SpCas9的3轮遗传转化的基因编辑效率分别为14.47%,13.60%,10.71%,SpCas9-NG编辑效率分别为12.00%,10.14%,13.33%;对其白化苗测序结果显示,均在靶点附近获得重叠峰。结果表明,SpCas9-NG在玉米中的编辑效率与传统SpCas9相似,显示出同样的基因编辑能力;相比之下,SpCas9-NG具备更宽泛的PAM序列适应性,这意味着它的靶点设计能力更为灵活,允许在玉米基因组中实现更加精准和多样化的编辑。

关键词：玉米 SpCas9-NG 编辑效率 ZmSCD

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土壤质地对菠萝蜜根际微生物碳源利用、线虫群落及果实糖分的影响

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中国农业科学 2024年第2期57卷 349-362页

作者：苏兰茜濮秋婕白亭玉吴月仙吴刚谭乐和胡雅莉中国热带农业科学院香料饮料研究所/国家热带植物种质资源库木本粮食种质资源分库/国家农业科学万宁观测实验站/海南省热带香辛饮料作物遗传改良与品质调控重点实验室/海南省张福锁院士创新平台云南农业大学热带作物学院海南省食品检验检测中心(海南省实验动物中心)/国家市场监管重点实验室(热带果蔬质量与安全)

【目的】研究相同施肥模式下不同质地土壤微环境差异及其与果实关键品质（糖分）的潜在关系，为区域性的果园培肥和增产提质提供理论依据。【方法】选取施肥方案一致、土壤质地分别为壤土、砂壤土和砂土的‘马来西亚1号’标准菠萝蜜园... 详细信息

【目的】研究相同施肥模式下不同质地土壤微环境差异及其与果实关键品质（糖分）的潜在关系，为区域性的果园培肥和增产提质提供理论依据。【方法】选取施肥方案一致、土壤质地分别为壤土、砂壤土和砂土的‘马来西亚1号’标准菠萝蜜园，采集养树期、花期和果期的菠萝蜜根周土壤和成熟果实，研究土壤微生物群落代谢功能、线虫群落结构、土壤理化性质及果实糖分的变化及潜在关系。【结果】砂壤土和砂土微生物碳源利用变化趋势均为养树期>花期>果期。壤土微生物碳源代谢强度大小为果期>养树期>花期。土壤微生物主要的碳源利用类型是碳水化合物类、氨基酸类、羧酸类和多聚物类碳源。砂土各时期的土壤微生物群落结构多样性指数和各营养类群线虫丰度普遍高于其他两种土壤，且在养树期和果期较高。壤土各时期线虫生态指数和土壤pH、有机质普遍高于其他两种土壤。果实中的葡萄糖含量表现为砂壤土>壤土>砂土，其他糖组分在各质地土壤中差异不显著。采样时期对土壤线虫群落多样性有显著的直接效应，土壤质地对菠萝蜜果实糖分有显著的间接效应和总效应。【结论】有机、无机肥配施对异质土壤的微生态环境影响各异，土壤质地通过直接或间接影响养树期和果期菠萝蜜根际微生物和线虫群落结构及功能，最终影响土壤养分转化和果实品质。

关键词：土壤质地菠萝蜜微生物代谢多样性线虫群落果实糖分

玉米大斑病菌小分子热激蛋白基因克隆与表达分析

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中国农业科学 2024年第17期57卷 3384-3397页

作者：张淑红张运峰高凤菊武秋颖许可李亚子李艳梅谷守芹范永山巩校东唐山师范学院生命科学系/河北省植物生物技术研究与应用重点实验室/唐山市农业病原真菌与毒素重点实验室河北农业大学生命科学学院/河北省农业微生物生物信息利用技术创新中心

【目的】克隆玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica）小分子热激蛋白（small heat shock protein,sHSP）基因，分析其结构及在病菌发育和HT-毒素诱导过程中的表达模式。【方法】利用隐马尔可夫模型（hidden Markov model,HMM）筛选玉米... 详细信息

【目的】克隆玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica）小分子热激蛋白（small heat shock protein,sHSP）基因，分析其结构及在病菌发育和HT-毒素诱导过程中的表达模式。【方法】利用隐马尔可夫模型（hidden Markov model,HMM）筛选玉米大斑病菌全基因组范围内的sHSP家族成员，采用PCR技术克隆玉米大斑病菌01-23菌株的sHSP，通过生物信息学方法进行sHSP的理化性质分析、亚细胞定位、结构预测和系统发育分析，RNA-Seq和RT-qPCR分析sHSP在玉米大斑病菌不同发育阶段和HT-毒素诱导过程中的表达情况。【结果】从玉米大斑病菌基因组筛选到3个sHSP家族成员（StHSP37.2、StHSP37.0和StHSP22.6），克隆了01-23菌株中3个sHSP的DNA序列，编码的sHSP蛋白均属于弱酸、亲水蛋白，无跨膜结构域和信号肽；二级结构中无规则卷曲占58.97%—60.35%，而β-转角仅为2.69%—7.83%；亚细胞定位预测StHSP37.2和StHSP37.0位于细胞核，而StHSP22.6位于细胞核和细胞质；均含有近C端的ACD＿sHSP-like结构域，StHSP37.2、StHSP37.0和StHSP22.6分别有2、3和5个保守基序；利用SWISS-Model和AlphaFill构建了sHSP单体的三级结构模型；系统发育分析结果表明，StHSP22.6与链格孢（Alternaria alternata）、StHSP37.2和StHSP37.0与玉米小斑病菌（Bipolaris maydis）的sHSP亲缘关系较近；玉米大斑病菌sHSP在菌丝中表达量最高，其次为芽管、附着胞和侵入钉，在分生孢子中表达量最低；StHSP22.6和StHSP37.2与玉米大斑病菌HT-毒素诱导显著负相关，在14 d时相对基因表达量分别上调6.45和18.12倍，21、28 d时StHSP37.2表达量仅上调2.56、1.78倍，而StHSP22.6表达量与WT无显著差异；StHSP37.0与HT-毒素诱导显著正相关，14、21和28 d时相对基因表达量分别下调59.23%、86.30%和88.11%；通过与玉米大斑病菌sHSP显著相关的表达基因挖掘，推测StHSP37.2和StHSP22.6主要与HSP90、HSP104、分解代谢及线粒体Mg2+转运有关，而StHSP37.0主要与液泡碱性氨基酸转运、有机合成和分泌有关。【结论】玉米大斑病菌sHSP家族成员既具有高度保守性，又与其他sHSP有结构和系统发育的差异性；不仅与玉米大斑病菌菌丝、芽管、附着胞和侵入钉发育相关，在HT-毒素诱导过程中也发挥重要调控作用。

关键词：玉米大斑病菌小分子热激蛋白基因克隆结构分析 HT-毒素诱导

不同耕作方式结合秸秆还田对玉米内生细菌多样性的影响

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微生物学报 2024年第7期64卷 2522-2538页

作者：刘雨静韩升才高聚林于晓芳青格尔胡树平郭江岸赵晓宇内蒙古自治区作物栽培与遗传改良重点实验室内蒙古呼和浩特010019 玉米秸秆原位还田微生物内蒙古自治区工程研究中心内蒙古包头014100 内蒙古农业大学职业技术学院内蒙古包头014100

【目的】研究土默川平原不同耕作方式与秸秆还田模式下玉米内生细菌群落组成及功能,揭示不同耕作与秸秆还田方式促进玉米秸秆降解的内生菌资源,并为其选择性分离培养及其功能验证奠定基础。【方法】以内蒙古自治区土默川平原灌区连作玉... 详细信息

【目的】研究土默川平原不同耕作方式与秸秆还田模式下玉米内生细菌群落组成及功能,揭示不同耕作与秸秆还田方式促进玉米秸秆降解的内生菌资源,并为其选择性分离培养及其功能验证奠定基础。【方法】以内蒙古自治区土默川平原灌区连作玉米茎秆为研究对象,利用Illumina Mi Seq高通量测序技术,分析不同耕作及其秸秆还田方式连年定位试验条件下,玉米成熟期内生微生物多样性及群落结构差异。【结果】综合分析表明,免耕及深翻对玉米内生细菌群落多样性影响显著。不同耕作方式对玉米内生细菌群落组成结构的影响大于秸秆还田,玉米内生细菌群落结构首先可分为2类,第一类是免耕及其秸秆还田,第二类是其他7种耕作方式。从属水平来看,9种耕作方式共有的优势菌群分别为假单胞菌属(Pseudomonas)、肠杆菌科未分类属(unclassified_f_Enterobacteriaceae)、泛菌属(Pantoea)、拉乌尔菌属(Raoultella)、拉恩氏菌属(Rahnella1),秸秆还田可增加拉乌尔菌属及肠杆菌科未分类属的丰度。【结论】不同耕作方式改变了玉米内生细菌多样性、群落组成和结构;秸秆还田处理能够增加玉米茎秆中对秸秆降解有积极作用的拉乌尔菌属及乳球菌属(Lactococcus)的相对丰度。

关键词：耕作方式内生菌秸秆还田

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