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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 ***,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... 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 ***,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年第10期 3603-3618页

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浙江师范大学生命科学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

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 ***,Xag）中的功能,本研究利用同源重组策略获得了zur... 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 ***,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）上激发超敏反应（hypersensitive responses,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,细胞外多糖（extracellularpolysaccharide,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,而且其对Zn2+、Fe3+和Cu2+的敏感性显著增强。功能互补可将突变株△zur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、pra2、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。本研究为进一步解析Zur在黄单胞菌-植物互作中的作用机制奠定了基础。

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

二项分布双边收尾概率和假设检验统计量的几处修正

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作物学报 2024年第6期50卷 1361-1372页

作者：王建康中国农业科学院作物科学研究所/作物基因资源与育种国家重点实验室北京100081

二项分布是广泛存在的一种离散型概率分布。服从二项分布B(n,p)的一个随机变量等于n个相互独立且服从贝努利分布B(1,p)的随机变量之和,二项分布包含参数p的估计与检验等同于贝努利分布参数p的估计与检验。本文修正常见教科书中有关二项... 详细信息

二项分布是广泛存在的一种离散型概率分布。服从二项分布B(n,p)的一个随机变量等于n个相互独立且服从贝努利分布B(1,p)的随机变量之和,二项分布包含参数p的估计与检验等同于贝努利分布参数p的估计与检验。本文修正常见教科书中有关二项分布双边收尾概率计算和假设检验统计量构建中存在的3处问题。(1)对二项分布B(n,p)的取值概率pk(k=0,1,…,n)从小到大排序,排序后的概率用p_((k))表示,观测值k的双边收尾精确概率等于■;(2)二项分布B(n,p)参数p与给定值p0的差异显著性检验统计量被修正为■,该统计量在大样本条件下近似服从正态分布N(p–p0,1);(3)二项分布B(n1,p1)和B(n2,p2)的参数p1和p2差异显著性检验统计量被修正为■,该统计量在大样本条件下近似服从正态分布N(p1–p2,1)。修正后的双边收尾概率是精确值,不会出现概率大于1的问题。修正后的2个检验统计量无论原假设是否成立,其大样本近似正态分布的方差均为1,有利于准确研究备择假设条件下检验统计量的功效。此外,文中还介绍了小样本条件下二项分布参数的精确检验,对比分析了准确检验与近似检验的异同;讨论了修正统计量的理论基础,给出了小概率和大样本的判定标准,列出了贝努利分布参数检验与正态分布均值检验的异同。期望读者能够从中了解到假设检验与统计推断作为统计学核心研究内容的全貌。

关键词：二项分布正态分布假设检验检验统计量修正检验功效

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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

基于大刍草渗入系的玉米抗旱优异等位基因挖掘

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作物学报 2024年第8期50卷 1896-1906页

作者：刘爽李珅王东梅沙小茜何冠华张登峰李永祥刘旭洋王天宇黎裕李春辉作物基因资源与育种全国重点实验室/中国农业科学院作物科学研究所北京100081

干旱是影响玉米生产的主要非生物胁迫之一。为了挖掘玉米优异抗旱基因,本研究基于墨西哥大刍草和玉米自交系PH4CV构建的BC2F6群体,通过苗期抗旱性初步鉴定,筛选出抗旱性强的渗入系TP180。干旱胁迫后发现渗入系TP180较轮回亲本PH4CV萎蔫... 详细信息

干旱是影响玉米生产的主要非生物胁迫之一。为了挖掘玉米优异抗旱基因,本研究基于墨西哥大刍草和玉米自交系PH4CV构建的BC2F6群体,通过苗期抗旱性初步鉴定,筛选出抗旱性强的渗入系TP180。干旱胁迫后发现渗入系TP180较轮回亲本PH4CV萎蔫程度更小,并且复水后存活率显著高于PH4CV。全基因组基因型鉴定发现,渗入系TP180含有0.6%的墨西哥大刍草导入。通过开展TP180和PH4CV不同水分条件下的转录组测序,在渗入系TP180和PH4CV之间共鉴定了2307个差异表达基因,不同胁迫重叠差异表达基因共122个,这些基因涉及生长素途径,茉莉酸途径等,包含多个转录因子。整合差异表达基因和含大刍草导入区段分析,鉴定出2个抗旱候选基因Zm00001d033050和Zm00001d002025,并进一步开展了RT-PCR分析。本研究为挖掘大刍草中抗旱基因资源提供了重要材料和信息基础。

关键词：玉米大刍草渗入系抗旱转录组分析

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