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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

通过CRISPR/Cas9建立豌豆基因组大片段敲除体系

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作物学报 2024年第7期50卷 1658-1668页

作者：黄淑贤刘荣李冠疏琴徐斐宗绪晓杨涛中国农业科学院作物科学研究所北京100081 山东省农业科学院农作物种质资源研究所山东济南250100

豌豆是世界上主要食用豆类作物之一,因其丰富的营养价值和良好的生态价值而受到越来越多的重视。CRISPR/Cas9作为一种生物育种的新型技术手段,已广泛应用于各种作物的品种改良中,但在豌豆中的应用报道非常少见。本研究以“中豌6号”品... 详细信息

豌豆是世界上主要食用豆类作物之一,因其丰富的营养价值和良好的生态价值而受到越来越多的重视。CRISPR/Cas9作为一种生物育种的新型技术手段,已广泛应用于各种作物的品种改良中,但在豌豆中的应用报道非常少见。本研究以“中豌6号”品种为试验材料,采用CRISPR/Cas9技术手段成功地实现了豌豆基因组中Psat01G0240600-T1、Psat03G0303300-T1和Psat03G0304700-T1基因的大片段缺失,其大片段敲除效率分别是24.1%、13.0%和3.6%。进一步对结果分析发现,不同靶点的编辑效率相差较大,并且大片段缺失的效率取决于2个靶点中较低编辑效率的靶点。本研究利用发状根体系探索了CRISPR/Cas9在豌豆中的应用,首次在豌豆中实现了大片段敲除,对于豌豆的研究具有重要意义。

关键词：豌豆 CRISPR/Cas9 发状根大片段敲除

大豆萌发期耐盐性鉴定方法建立及耐盐大豆资源筛选

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作物学报 2024年第8期50卷 2122-2130页

作者：刘欣玥郭潇阳王欣茹辛大伟关荣霞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/农业农村部北京大豆生物学重点实验室/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

土壤盐渍化会影响大豆萌发和生长,筛选萌发期耐盐大豆种质对于耐盐大豆品种选育及盐渍土利用意义重大。本研究以8份代表性大豆种质为材料,蛭石为培养基质,用150 mmol L^(-1)NaCl进行盐胁迫处理,以水处理作为对照,测量2 d和3 d的大豆发... 详细信息

土壤盐渍化会影响大豆萌发和生长,筛选萌发期耐盐大豆种质对于耐盐大豆品种选育及盐渍土利用意义重大。本研究以8份代表性大豆种质为材料,蛭石为培养基质,用150 mmol L^(-1)NaCl进行盐胁迫处理,以水处理作为对照,测量2 d和3 d的大豆发芽率和芽长,旨在建立大豆萌发期耐盐性鉴定指标和评价方法。与对照相比,盐胁迫下大豆发芽率和芽长均下降。盐处理2 d不同种质间相对发芽率、相对芽长无显著差异,盐处理3 d相对芽长差异显著,可用以进行不同大豆萌发期耐盐性评价。以150 mmol L^(-1)NaCl对48份大豆种质进行盐处理,3 d相对芽长作为评价指标,将萌发期耐盐性划分为5级,1级为高度耐盐型,2级为耐盐型,3级为中度盐敏感型,4级为盐敏感型,5级为高度盐敏感型。鉴定出萌发期高度耐盐种质5份,耐盐种质12份。同时对48份种质进行出苗期和苗期耐盐性鉴定,鉴定出3份从萌发期到苗期均耐盐的种质,分别为中黄685、黑农94和东生104。本研究建立了一套室内大豆萌发期耐盐性鉴定方法,为耐盐种质鉴定利用奠定了基础。

关键词：大豆种质资源萌发期耐盐性鉴定

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年第9期25卷 1428-1440页

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湖北荆州434025 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北京100081 黑龙江省农业科学院水稻研究所佳木斯154026

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,黑龙江省是低温冷害频发地区,黑龙江省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。低温胁迫是黑龙江省粳稻生产的重要限... 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,黑龙江省是低温冷害频发地区,黑龙江省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。低温胁迫是黑龙江省粳稻生产的重要限制因素,提高黑龙江省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年)育成品种的耐冷数据发现,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性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%。对当前黑龙江省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

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大豆种质资源苗期耐盐性鉴定评价与筛选

作物学报 2024年第9期50卷 2179-2186页

作者：孙现军胡正姜雪敏王世佳陈向前张惠媛张辉姜奇彦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北京100081 中国农业科学院作物科学研究所/农业农村部粮食作物基因资源评价利用重点实验室北京100081

土壤盐渍化严重影响大豆品质与产量,筛选耐盐大豆资源对开展盐碱地综合利用意义重大。为建立大豆苗期耐盐鉴定评价体系,设置淡水和NaCl含量为0.9%~1.8%的10个等差梯度,以蛭石为培养基质,大豆2片真叶始现时开始盐处理。结果表明, 1.2%盐... 详细信息

土壤盐渍化严重影响大豆品质与产量,筛选耐盐大豆资源对开展盐碱地综合利用意义重大。为建立大豆苗期耐盐鉴定评价体系,设置淡水和NaCl含量为0.9%~1.8%的10个等差梯度,以蛭石为培养基质,大豆2片真叶始现时开始盐处理。结果表明, 1.2%盐处理16 d时,不同大豆种质资源耐盐等级四分位差值最大,是大豆苗期耐盐鉴定评价的最适条件。利用大豆苗期耐盐鉴定评价体系对来自国内外的504份大豆种质资源进行苗期耐盐性鉴定评价,耐盐等级为1级、2级、3级、4级、5级的大豆资源依次为46份、146份、157份、79份、76份。利用GmSALT3基因的分子标记对1级耐盐资源进行检测,其中40份(86.96%)大豆材料扩增结果与GmSALT3基因的分子标记结果相符合。为分析大豆苗期鉴定过程中盐胁迫浓度的变化趋势,确立了土壤含盐量(Y,%)与电导率(X,mScm^(–1))的回归方程:Y=0.278X–0.0618,预测精准度在95%以上。测定统计了从盐处理开始至调查结束时的培养基质含盐量变化趋势,培养基质含盐量基本维持在13 mS cm^(–1)左右。本研究为大豆苗期规模化耐盐性鉴定和培育耐盐新种质提供了技术体系和基础材料。

关键词：大豆种质资源苗期耐盐体系苗期耐盐资源土壤含盐量测定

CRISPR/Cas基因编辑技术在水稻育种中的研究进展

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科学通报 2024年

作者：李可吴传银隋毅中国农业科学院作物科学研究所

中国是世界上最大的稻谷生产国和消费国,水稻育种是满足我国可持续发展战略的重要环节之一.近年来,基于细菌获得性免疫系统改造而成的CRISPR/Cas作为一种热门的基因编辑技术,在水稻育种领域发挥巨大的应用潜力. CRISPR/Cas基因编辑技术... 详细信息

中国是世界上最大的稻谷生产国和消费国,水稻育种是满足我国可持续发展战略的重要环节之一.近年来,基于细菌获得性免疫系统改造而成的CRISPR/Cas作为一种热门的基因编辑技术,在水稻育种领域发挥巨大的应用潜力. CRISPR/Cas基因编辑技术具有快速、精准等特点,可以在短时间内生成新种质;在为开发新型、可持续的农业系统提供机会的同时,还促进了一系列新型育种技术的发展,为农业创新的转变奠定基础.本文首先综述了近年来CRISPR/Cas基因编辑技术在水稻产量、外观、品质、抗生物和非生物胁迫性能等方面的新种质开发研究进展,其次重点介绍了它们在水稻上的应用和突破,包括从头驯化、多性状协同提升、常规杂交育种、无融合生殖以及双单倍体育种技术,最后简要阐明了CRISPR/Cas及其衍生工具的开发及其应用现状.总之,基因编辑技术的发现和发展将加快植物基因工程技术开发和生物育种进程,在未来水稻育种中有广阔的应用前景,为稳固我国粮食安全基础、解决全球粮食安全危机做出重要贡献.

关键词：水稻生物育种基因编辑 CRISPR/Cas

玉米籽粒相关性状遗传解析及主效位点qKW2.04精细定位

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植物遗传资源学报 2024年第11期 1923-1933页

作者：穆志生汤彬陈林张登峰李春辉王天宇黎裕石云素李永祥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湖南省作物研究所

籽粒相关性状包含粒长、粒宽和百粒重，是决定玉米产量的重要因素。本研究以玉米自交系B73与CML277构建的重组自交系群体为试验材料，应用基于测序的基因分型技术构建高精度遗传图谱，利用完备区间作图法鉴定到9个QTL （quantitative tr... 详细信息

籽粒相关性状包含粒长、粒宽和百粒重，是决定玉米产量的重要因素。本研究以玉米自交系B73与CML277构建的重组自交系群体为试验材料，应用基于测序的基因分型技术构建高精度遗传图谱，利用完备区间作图法鉴定到9个QTL （quantitative trait loci），其中第2染色体上的qKW2.04位点分别解释粒宽和百粒重表型变异的20.34%和15.84%。在此基础上，利用轮回亲本B73及其近等基因导入系材料NIL-1041A构建F2分离群体，将qKW2.04位点进一步分解为2个紧密连锁的粒宽QTL：qKW2.04-1和qKW2.04-2，分别位于标记区间InDel23.32～umc1555和InDel47.09～InDel57.06，表型贡献率分别为22.45%和12.22%，增效等位变异均来自CML277；其中，通过筛选目标区段重组单株将qKW2.04-1精细定位在分子标记InDel26.76和InDel27.86间1.1 Mb区间之内。本研究为阐明玉米籽粒相关性状遗传基础提供了新的线索，为玉米高产分子设计育种提供了基因资源。

关键词：玉米粒宽百粒重遗传解析精细定位

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基于国内外大豆品种比较的中国大豆品种改良路径探索

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大豆科学 2024年第4期43卷 395-401页

作者：郭勇姜思琦于莉莉徐江源洪慧龙邱丽娟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/农业农村部北京大豆生物学重点实验室北京100081

我国的大豆生产落后于世界大豆主产国,从品种角度看,存在着单产水平低、油分含量低等问题。本文对主产国大豆品种研发应用情况以及美国大豆品种发展趋势进行分析,明确了美国在大豆种质的资源研究、育种技术研发、品种特性鉴定以及环境... 详细信息

我国的大豆生产落后于世界大豆主产国,从品种角度看,存在着单产水平低、油分含量低等问题。本文对主产国大豆品种研发应用情况以及美国大豆品种发展趋势进行分析,明确了美国在大豆种质的资源研究、育种技术研发、品种特性鉴定以及环境因素研究等方面对于大豆品种研发的促进作用。通过对中美大豆品种特性的全面比较分析,明确我国大豆品种在单产、含油量、种植密度等方面的差距,提出了快速提升我国大豆品种产量和品质的路径,即通过对高油大豆资源进行表型精准鉴定,研发全基因组选择、转基因等高效育种技术,聚合产量和其他优异性状,创制优异大豆种质,设计培育高油高产突破性品种,以期为中国大豆品种改良研究提供参考。

关键词：大豆品种改良高油高产路径

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谷子中矮秆资源创制、遗传解析和育种利用

作物学报 2024年第2期50卷 265-279页

作者：刁现民王立伟智慧张俊李顺国程汝宏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 河北省农林科学院谷子研究所河北石家庄050035

谷子是旱作生态农业的主栽作物和应对气候变化的战略储备作物,也是新时期功能基因研究的模式作物。谷子品种的中矮秆化是产业发展的必然趋势。国内外目前已报道的谷子矮秆材料达70多个,从形态上谷子矮秆种质可以分为叶穗直立的紧凑型和... 详细信息

谷子是旱作生态农业的主栽作物和应对气候变化的战略储备作物,也是新时期功能基因研究的模式作物。谷子品种的中矮秆化是产业发展的必然趋势。国内外目前已报道的谷子矮秆材料达70多个,从形态上谷子矮秆种质可以分为叶穗直立的紧凑型和叶穗下披的常规型2类;赤霉素(GA)敏感性测定发现4个材料对GA不敏感,其他均是GA敏感型;显隐性分析表明,多数矮秆材料为隐性单基因控制,但矮88株高为多基因控制。利用自然群体关联分析和双亲杂交分离群体合计发掘了109个控制株高的QTL,精细定位了7个矮秆基因,半显性矮秆材料84133的矮化基因SiDW1是唯一克隆并进行功能分析的矮化基因。对谷子中矮秆品种选育的梳理表明,利用矮88和其衍生系为亲本已培育出139个中矮品种(系),实现了谷子株高的显著矮化,满足了机械化收获对抗倒伏降株高的要求。本文综述了国内外谷子株高矮化基因的研究进展,梳理了已经定位和克隆的谷子矮秆基因,讨论了谷子矮秆遗传和育种研究中的问题,展望了未来发展方向。

关键词：谷子株高矮秆 GA敏感性矮88

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