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大豆斑疹病菌铁摄取因子PiuB在致病性中的作用分析

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生物工程学报 2024年第1期40卷 177-189页

作者：苏如意金罗佳徐江玲耿慧雅陈晓林思怡郭威纪志远浙江师范大学生命科学学院浙江金华321004 中国农业科学院作物科学研究所农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程北京100081

铁作为生命必需的基本元素,在细菌生长代谢过程中具有重要作用。然而,大豆斑疹病菌(Xanthomonas axonopodis pv.glycines,Xag)中编码铁摄取因子的piuB基因是否参与病原菌的铁摄取和致病性并不清楚。为解析PiuB的作用,采用同源重组策略... 详细信息

铁作为生命必需的基本元素,在细菌生长代谢过程中具有重要作用。然而,大豆斑疹病菌(Xanthomonas axonopodis pv.glycines,Xag)中编码铁摄取因子的piuB基因是否参与病原菌的铁摄取和致病性并不清楚。为解析PiuB的作用,采用同源重组策略获得了Xag的piuB基因缺失突变株(ΔpiuB),并对该突变株进行功能研究。研究表明:相较于野生型,突变株ΔpiuB在寄主大豆上的毒性和生长能力显著削弱;铁载体分泌量激增;对Fe^(3+)、Cu^(2+)、Zn^(2+)和Mn^(2+)的敏感性显著增强。此外,该突变株的H_(2)O_(2)抗性、胞外多糖产量、生物膜形成能力以及游动性等相较于野生型均显著减弱;添加外源Fe^(3+)不能有效恢复ΔpiuB的上述特性;功能互补株可完全恢复ΔpiuB的缺陷性表型至野生型水平。这说明PiuB是Xag摄取Fe^(3+)的潜在因子,并且是Xag在寄主大豆上致病所需的。

关键词：大豆斑疹病菌铁摄取因子PiuB Fe^(3+) 致病性

Zur参与大豆斑疹病菌在寄主上的致病性和在非寄主上的过敏性反应

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生物工程学报 2024年

作者：林思怡郑银邦练梦洁金罗佳耿慧雅徐江玲纪志远郭威中国农业科学院作物科学研究所农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程浙江师范大学生命科学学院

锌吸收调控蛋白(zinc uptake regulator， Zur)在植物病原黄单胞菌中的序列高度保守，但其在不同菌株或小种中的功能却差异显著。为阐明Zur在大豆斑疹病菌(Xanthomonas axonopodis pv. glycines， Xag)中的功能，本研究利用同源重组策... 详细信息

锌吸收调控蛋白(zinc uptake regulator， Zur)在植物病原黄单胞菌中的序列高度保守，但其在不同菌株或小种中的功能却差异显著。为阐明Zur在大豆斑疹病菌(Xanthomonas axonopodis pv. glycines， Xag)中的功能，本研究利用同源重组策略获得了zur基因的缺失突变株(△zur)。该突变株在寄主大豆上的致病性和在非寄主(烟草、番茄、辣椒和茄子)上激发HR能力相较于野生型均显著减弱。此外，与野生型菌株相比，突变株△zur的胞内锌稳态失衡、EPS产量和胞外水解酶(纤维素酶、内切葡聚糖酶、淀粉酶和蛋白酶)表达均大幅降低、且其对Zn2+、Fe3+和Cu2+的敏感性显著增强。功能互补可将突变株Δzur的上述缺陷性表型恢复至野生型水平。荧光定量PCR结果表明，zur基因受Zn2+诱导表达；且zur基因突变大幅降低hrp基因簇代表性基因(hrpB1、hrpD6、hrpE、hrcV和hrcC)、胞外水解酶编码基因(engXCA、egl2、pro1、pro2、pro8、pro11和alpha1)和EPS合成基因(gumB、gumD、gumK、gumM、gumG和gumH)的表达水平。这些结果表明，Zur可能通过调控毒性因子合成和hrp基因表达，从而参与Xag在寄主大豆上的致病性和在非寄主植物上激发HR能力。

关键词：大豆斑疹病菌锌吸收调控蛋白致病性过敏性反应

大豆种子硬实突变体Mzp661的鉴定和基因定位

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中国农业科学 2024年第11期57卷 2065-2078页

作者：苗龙舒阔胡彦姣黄茹何艮华张文明王晓波邱丽娟安徽农业大学农学院中国农业科学院作物科学研究所/农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程/农业农村部作物基因资源与种质创制重点实验室

【目的】硬实是种子物理休眠的表现特征，也是大豆驯化的一个重要性状。硬实性虽然有利于种子在不良环境中生存，但是在生产实践中会严重降低大豆出苗率，同时影响产量和加工品质。采用混合群体分离测序（bulked segregant analysis seq... 详细信息

【目的】硬实是种子物理休眠的表现特征，也是大豆驯化的一个重要性状。硬实性虽然有利于种子在不良环境中生存，但是在生产实践中会严重降低大豆出苗率，同时影响产量和加工品质。采用混合群体分离测序（bulked segregant analysis sequencing,BSA-Seq）解析大豆种子硬实性状的遗传基础及候选基因，为大豆硬实的分子机理研究提供理论依据。【方法】经甲基磺酸乙酯（ethyl methane sulfonate,EMS）诱变大豆中品661种子获得硬实突变体Mzp661，将其与栽培大豆中黄13（父本）杂交构建重组自交系（recombinant inbred line,RIL）群体，对不同株系的种子进行硬实性、吸水率和种皮解剖结构鉴定。选取RIL群体中硬实型和正常吸胀型2种极端材料分别构建混池，利用BSA-Seq技术检测不同极端材料及亲本基因型，结合欧式距离（euclidean distance,ED）和delta SNP-index、delta InDel-index关联分析方法，开展大豆种子硬实遗传位点的挖掘，进一步利用生物信息学分析、大豆不同组织的转录组数据和基因注释信息挖掘显著关联区域的候选基因。【结果】突变体Mzp661后代中，吸胀型种子各部位均具有吸水能力，种子体积随浸水时间延长不断增大，然而，硬实型种子浸水36 h内体积未发生变化，随着浸水时间的持续延长，种皮开始局部出现皱缩，并逐渐向其他部位扩散，子叶恢复吸胀能力。硬实型种子种皮表面光滑且结构紧密、角质层呈规则的网状结构、栅栏层较厚，而吸胀型种子表皮有气孔且结构松散、角质层有微小的裂缝、栅栏层较薄，表明突变体Mzp661种子硬实与种皮不透水/气相关；ED和delta SNP-index、delta InDel-index关联分析方法不仅鉴定到已报道种子物理休眠遗传位点qHS1，而且检测到1个一致性关联区域Chr.06:45897227—47746047，该区间共含有189个基因，转录组数据及基因注释挖掘到种子中特异高表达的Glyma.06G275300可能为该关联区域调控大豆种子硬实的关键候选基因。【结论】大豆突变体Mzp661种子硬实由种皮不透水/气所致，利用BSA-Seq法鉴定到Glyma.06G275300可能为影响种皮结构的候选基因。

关键词：大豆种子硬实种皮结构混合群体分离测序候选基因

干旱条件下玉米转座子插入关联的表观调控分析

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中国农业科学 2024年第6期57卷 1034-1049页

作者：高晨曦郝陆洋胡悦李永祥张登峰李春辉宋燕春石云素王天宇黎裕刘旭洋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

【目的】干旱是全球范围影响玉米生产的最主要胁迫因素之一。解析抗旱性的遗传基础与分子机制为玉米的抗旱改良提供依据。【方法】利用代表性玉米自交系，以叶片相对含水量和散粉-吐丝间隔为指标开展田间抗旱性精准鉴定。筛选2个抗旱性... 详细信息

【目的】干旱是全球范围影响玉米生产的最主要胁迫因素之一。解析抗旱性的遗传基础与分子机制为玉米的抗旱改良提供依据。【方法】利用代表性玉米自交系，以叶片相对含水量和散粉-吐丝间隔为指标开展田间抗旱性精准鉴定。筛选2个抗旱性极端差异的自交系，开展基因组重测序分析和转座子插入鉴定；利用全基因组重亚硫酸盐测序（WGBS）方法分析不同水分处理下叶片和根系组织的DNA甲基化水平；同时利用转录组测序方法对相同样品的基因表达进行分析；通过比较分析获得2个材料间的转座子插入缺失变异、差异甲基化区域和差异表达基因，并综合分析这三者间的相关关系。针对前期克隆的玉米抗旱基因ZCN7，分析该基因区域转座子插入缺失变异介导的DNA甲基化和基因表达变化情况。【结果】在田间干旱处理下，自交系H082183的叶片相对含水量和散粉-吐丝间隔均与正常处理没有显著差异，而旅28在所有试验材料中表现最低的叶片相对含水量和最大的散粉-吐丝间隔。利用H082183和旅28这两个抗旱性极端差异的玉米自交系开展基因组重测序和转座子插入分析，分别检测到333 754和333 296个转座子插入，其中，有89 954个转座子插入在2个自交系间具有多态性。基因组DNA甲基化分析表明，转座子、内含子和启动子区域较外显子和非编码区呈现较高的CG和CHG甲基化水平，经差异甲基化分析，在2个自交系间共检测到41 352个差异甲基化区域，其中60%的差异甲基化区域位于转座子插入缺失变异的上下游5 kb范围内。基因表达水平与基因的CG和CHG甲基化水平负相关，在2个自交系干旱下的叶片和根系中分别鉴定到4 196和3 500个差异表达基因，其中19.5%和19.7%与差异甲基化区域关联。通过对抗旱相关基因ZCN7的研究，发现该基因34 kb区间内的3个LTR类转座子插入，造成自交系旅28在干旱和正常处理下的CG和CHG甲基化显著高于抗旱自交系H082183，并且H082183中ZCN7表达量也显著高于旅28。【结论】揭示了转座子介导的表观遗传调控在玉米响应干旱胁迫中的重要作用，进一步扩展了转座子变异和DNA甲基化调控抗旱基因ZCN7表达的分子机制。

关键词：玉米(Zea mays L.) 抗旱性转座子 DNA甲基化转录组

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水稻抗细菌性条斑病基因挖掘与初定位

植物学报 2024年第1期59卷 1-9页

作者：方妍力田传玉苏如意刘亚培王春连陈析丰郭威纪志远浙江师范大学生命科学学院金华321004 中国农业科学院作物科学研究所/农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程北京100081

由稻黄单胞菌稻生致病变种(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola,Xoc)引起的细菌性条斑病(BLS)是水稻(Oryza sativa)生产上的重要病害,近年来其发病呈快速上升趋势,特别是在我国南方(包括江苏、浙江、福建和广东等地)稻区危害严重。种植... 详细信息

由稻黄单胞菌稻生致病变种(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola,Xoc)引起的细菌性条斑病(BLS)是水稻(Oryza sativa)生产上的重要病害,近年来其发病呈快速上升趋势,特别是在我国南方(包括江苏、浙江、福建和广东等地)稻区危害严重。种植抗病品种是防治BLS最理想的措施,但目前生产上严重缺乏可用于育种的优异抗病基因资源。通过人工接种鉴定筛选水稻种质资源,挖掘到2份高抗BLS材料(M1和D1)。多菌株系接种结果表明,M1具有非小种特异性广谱抗病(RNS BSR)特征。经遗传群体分析表明,栽培稻M1携带单个显性抗BLS新基因Xo-3。通过混池测序和关联分析,将Xo-3基因初步定位在2号染色体上的一段候选区域内。抗BLS种质资源的挖掘及其抗性遗传基础的解析,将有助于理解水稻-Xoc互作机理,从而培育抗BLS水稻新品种和制定科学的防治BLS策略。

关键词：细菌性条斑病种质资源抗病基因水稻稻黄单胞菌

水稻耐冷研究现状与黑龙江省粳稻耐冷生物育种策略

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植物遗传资源学报 2024年

作者：张文雨雷远宝张云江郭震华刘乃生马文东邱先进郑天清徐建龙长江大学农学院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/农作物基因资源与遗传改良国家重大科学工程黑龙江省农业科学院水稻研究所

随着全球气候变化，极端天气事件发生概率显著上升。作为我国水稻商品粮重要生产基地，黑龙江是低温冷害频发地区，黑龙江粳稻在苗期和生殖生长期（含孕穗期、开花期和成熟期）都容易遭遇低温胁迫。低温胁迫是黑龙江粳稻生产重要限制因... 详细信息

随着全球气候变化，极端天气事件发生概率显著上升。作为我国水稻商品粮重要生产基地，黑龙江是低温冷害频发地区，黑龙江粳稻在苗期和生殖生长期（含孕穗期、开花期和成熟期）都容易遭遇低温胁迫。低温胁迫是黑龙江粳稻生产重要限制因素，提高黑龙江粳稻品种耐冷性对保障我国粮食安全生产具有重大战略意义。本文在回顾水稻耐冷鉴定方法和遗传研究同时，通过分析黑龙江省粳稻近20年（2006—2023）育成品种耐冷数据发现，随着近年来审定品种数量“井喷”，品种耐冷性呈现整体下降趋势；其次，通过基于参考基因组的比较作图发现，苗期和生殖生长期耐冷大多受独立的位点或染色体区段控制，遗传重叠（包括一因多效位点和连锁区段）比例在21%左右，其中负调控位点占比20%。对当前黑龙江粳稻耐冷育种工作而言，针对上述遗传重叠位点/区段和负调控位点开展深入研究，将有利于进一步提高育种工作效率。在此基础上，本文提出了黑龙江省粳稻耐冷生物育种策略以及苗期与生殖生长期耐冷性同步改良的具体建议。

关键词：黑龙江省早熟粳稻耐冷性遗传重叠生物育种改良

大豆根茎过渡区弯曲突变体M_(rstz)的鉴定与基因定位

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作物学报 2024年第5期50卷 1091-1103页

作者：苗龙舒阔李娟黄茹王业杏 Soltani Muhammad YOUSOF 许竞好吴传磊李佳佳王晓波邱丽娟安徽农业大学农学院安徽合肥230036 中国农业科学院作物科学研究所/农业农村部作物基因资源与遗传改良重大科学工程/农业农村部作物基因资源与种质创制重点实验室北京100081

植物根茎过渡区(root-stem transition zone,RSTZ)将根和茎相互连接,其发育形态决定了大豆的地上部株型和抗倒伏潜力。本研究通过EMS诱变获得一个RSTZ弯曲或旋转的大豆突变体M_(rstz),其形态特征能够稳定遗传,是探究大豆茎秆发育规律的... 详细信息

植物根茎过渡区(root-stem transition zone,RSTZ)将根和茎相互连接,其发育形态决定了大豆的地上部株型和抗倒伏潜力。本研究通过EMS诱变获得一个RSTZ弯曲或旋转的大豆突变体M_(rstz),其形态特征能够稳定遗传,是探究大豆茎秆发育规律的特异材料。将该突变体和栽培大豆中黄13杂交构建重组自交系群体,对群体中直立和弯曲型后代的RSTZ进行解剖结构比较,发现弯曲型株系比直立型株系的维管形成层较宽、次生木质部细胞层数较多、细胞形状不规则,表明维管组织分化可能是导致RSTZ形态发生差异的重要因素之一。进一步对化学组分测定发现,木质素和粗纤维含量越高越不易弯曲。选取RIL群体中弯曲型和直立型2种极端株系进行BSA-Seq,采用SNP-index和InDel-index关联分析方法鉴定到调控RSTZ形态的关联区域Chr19:43030943~45849854,该区间共含有319个基因。结合生物信息学分析、基因注释信息和表达丰度分析筛选到7个候选基因,分别为Glyma.19G170200、Glyma.19G201500、Glyma.19G187800、Glyma.19G178200、Glyma.19G197000、Glyma.19G179100、Glyma.19G196900。其中,Glyma.19G187800、Glyma.19G178200和Glyma.19G196900在大豆驯化中潜在影响RSTZ形态建成。本研究为解析大豆RSTZ组织形成及其遗传基础提供了材料基础,并为挖掘调控大豆茎秆发育基因提供新的见解。

关键词：大豆根茎过渡区突变体 BSA-seq 候选基因

水稻抗白叶枯病新基因Xa49(t)的定位分析

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中国水稻科学 2024年

作者：邓欢刘亚培王春连郭威陈析丰纪志远浙江师范大学生命科学学院作物基因资源与育种全国重点实验室/作物基因资源与基因改良国家重大科学工程/中国农业科学院作物科学研究所

【目的】白叶枯病是水稻的重要病害之一，培育和推广种植抗病品种是防治病害最理想的措施，而挖掘广谱抗病基因是培育抗病新品种的关键。【方法】野生稻为水稻育种提供了丰富的遗传资源。本研究前期通过普通野生稻（Oryza rufipogon）... 详细信息

【目的】白叶枯病是水稻的重要病害之一，培育和推广种植抗病品种是防治病害最理想的措施，而挖掘广谱抗病基因是培育抗病新品种的关键。【方法】野生稻为水稻育种提供了丰富的遗传资源。本研究前期通过普通野生稻（Oryza rufipogon）和籼稻IR24的杂交创制了新的野生稻导入系W6023。，经抗谱鉴定和遗传群体分析，发现W6023携带一个新的白叶枯病抗性基因，将其暂命名为Xa49（t）。通过构建IR24×W6023的F2群体，运用BSA关联分析，结合新设计的InDel、SNP标记对目标基因Xa49（t）进行了初定位。【结果】在第11号染色体上找到13个与Xa49（t）基因抗性连锁的分子标记，最终将其定位到D11-111和D11-241间的区域内。【结论】广谱抗白叶枯病新基因Xa49（t）被初步定位于第11染色体968 kb的区间内。

关键词：抗白叶枯病水稻 Xa49(t) 基因定位

利用CRISPR/Cas9技术编辑GmBADH1基因改变大豆耐盐性

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作物学报 2024年第1期50卷 100-109页

作者：石宇欣刘欣玥孙建强李晓菲郭潇阳周雅邱丽娟东北农业大学农学院黑龙江哈尔滨150030 农作物基因资源与遗传改良国家重大科学工程/农业农村部种质资源利用重点实验室/中国农业科学院作物科学研究所北京100081

耐盐基因功能鉴定对于大豆品种改良以及盐碱地的开发利用至关重要。盐害胁迫下作物通过合成和积累甜菜碱作为渗透保护剂,减小盐害对作物产量的影响。BADH基因已在多种植物中被证实调节植物对逆境胁迫的响应,但在大豆中的调控机制尚不清... 详细信息

耐盐基因功能鉴定对于大豆品种改良以及盐碱地的开发利用至关重要。盐害胁迫下作物通过合成和积累甜菜碱作为渗透保护剂,减小盐害对作物产量的影响。BADH基因已在多种植物中被证实调节植物对逆境胁迫的响应,但在大豆中的调控机制尚不清晰。本研究克隆了GmBADH1基因,qRT-PCR显示该基因在根、茎、叶中均有表达,尤其在根中的表达丰度最高。通过农杆菌介导的大豆遗传转化技术将CRISPR/Cas9系统构建的表达载体转入到大豆品种JACK中,产生了3种可以调控大豆耐盐性状的靶向突变,均发生在编码区,分别为缺失19 bp、插入1 bp、插入9bp替换2 bp。前两者,过早出现的终止密码子,使其均产生截断的BADH1蛋白,后者发生移码突变。在出苗期和苗期分别对突变纯合植株进行盐处理,结果表明,出苗期耐盐性与野生型相比显著下降,苗期与野生型相比无明显差异。这说明GmBADH1基因可能主要调控出苗期的耐盐性状。本研究为深入挖掘大豆耐盐基因和培育大豆耐盐品种提供了依据。

关键词：大豆 GmBADH1 CRISPR/Cas9 耐盐性