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中国小麦抗条锈病基因育种利用现状与策略

中国农业科学 2024年第1期57卷 34-51页

作者：刘志勇张怀志白斌李俊黄林徐智斌陈永兴刘旭曹廷杰李淼淼陆平吴秋红董玲丽韩玉林殷贵鸿胡卫国王西成赵虹闫素红杨兆生畅志坚王涛杨武云刘登才李洪杰杜久元中国科学院遗传与发育生物学研究所/植物细胞与染色体工程国家重点实验室/种子创新研究院中国科学院大学现代农业科学学院海南崖州湾种子实验室甘肃省农业科学院小麦研究所四川省农业科学院作物研究所四川农业大学小麦研究所中国科学院成都生物研究所中国农业科学院棉花研究所河南省农业科学院小麦研究所周口市农业科学院河南农业大学农学院山西农业大学农学院/作物科学研究所中国农业科学院作物科学研究所

小麦条锈病是中国重要的流行性真菌病害，严重威胁国家粮食安全。通过持续应用抗病品种和植保措施，小麦条锈病在中国得到了较好的控制。然而，随着全球气候变化、栽培制度的变革、育种方法技术的改进、产量水平的提高及条锈菌群体结构... 详细信息

小麦条锈病是中国重要的流行性真菌病害，严重威胁国家粮食安全。通过持续应用抗病品种和植保措施，小麦条锈病在中国得到了较好的控制。然而，随着全球气候变化、栽培制度的变革、育种方法技术的改进、产量水平的提高及条锈菌群体结构和毒性频率的不断变异，有必要对新时期小麦抗条锈病基因育种利用现状进行科学评估，以期为广谱持久多抗小麦品种的培育提供依据。本文通过对近年来中国西南、西北和黄淮主产区小麦品种（系）的条锈病抗性进行系统的抗病鉴定、遗传分析和抗条锈病基因分子标记的定位和检测，总结了中国小麦育种中主要抗条锈病基因的利用情况，对中国小麦抗条锈病基因发掘与种质创新、小麦育种中利用的主要抗条锈病基因、新时期抗条锈病基因利用的策略、小麦育种中抗条锈病基因选择和鉴定等进行了论述，并对新时期小麦抗条锈病育种发展方向进行了展望。

关键词：小麦条锈菌兴衰循环持久抗性基因聚合种质创新

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高等植物性别分化的研究进展

植物科学学报 2024年第5期42卷 664-672页

作者：董家琦吴淋慧郑浩张琼钟彩虹中国科学院武汉植物园中国科学院植物种质创新与特色农业重点实验室中国科学院猕猴桃产业技术工程实验室武汉430074 中国科学院大学北京100049 福建农林大学园艺学院福州350002

植物性别受到遗传、植物激素和环境等多种因素的调控。性染色体和性别决定基因是植物性别发育过程中重要的遗传因素,性别决定基因通过调控植物雌雄器官的发育过程决定植物性别的分化。多种植物激素在植物性别的分化过程中发挥重要的调... 详细信息

植物性别受到遗传、植物激素和环境等多种因素的调控。性染色体和性别决定基因是植物性别发育过程中重要的遗传因素,性别决定基因通过调控植物雌雄器官的发育过程决定植物性别的分化。多种植物激素在植物性别的分化过程中发挥重要的调控作用。此外,一些环境因素同样对植物的性别表现有一定的影响。本文通过遗传因素、植物激素及环境因子等方面对高等植物性别分化的相关研究进行总结,并对未来的研究方向进行了展望。

关键词：性别分化性别变异遗传因素环境因子

一株耐盐碱柠檬酸杆菌在促进植物生长中的应用及其耐盐碱基因挖掘

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微生物学通报 2024年第3期51卷 864-879页

作者：喻江王新珍王淳曹英雪于镇华哈尔滨商业大学食品工程学院黑龙江哈尔滨150028 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心中国科学院农业水资源重点实验室河北省土壤生态学重点实验室河北石家庄050022 中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土区农业生态重点实验室黑龙江哈尔滨150081

【背景】耐盐碱促生细菌对改善盐碱胁迫下的作物生长和提高作物的盐碱耐受能力具有较好效果。【目的】获取兼具耐盐碱和促生功能的微生物资源,深入探究耐盐碱菌的生理生化特性及其耐盐碱分子机理,研究拟从宁夏回族自治区银川市盐碱地土... 详细信息

【背景】耐盐碱促生细菌对改善盐碱胁迫下的作物生长和提高作物的盐碱耐受能力具有较好效果。【目的】获取兼具耐盐碱和促生功能的微生物资源,深入探究耐盐碱菌的生理生化特性及其耐盐碱分子机理,研究拟从宁夏回族自治区银川市盐碱地土壤中分离获得耐盐碱细菌。【方法】应用形态和显微观察、Biolog GenⅢ微孔板测定和16S rRNA基因序列测定对菌株进行鉴定;利用细菌培养方法进行菌株耐盐碱性和促生效果分析;应用全基因组基因功能注释分析菌株基因组信息。【结果】菌株在pH 8.0-12.0及NaCl 0%-9%的LB培养基中均可生长,且在pH 8.5-9.5培养环境中降碱率可达到13%以上。菌株碳源利用能力显示菌株可利用54种碳源并对另外20种化学敏感性测试物质敏感。菌株YS-AT2属于柠檬酸杆菌属(Citrobacter),其在盐碱胁迫下对植物的促生效应结果显示:(1)菌株可在pH 9.5且含NaHCO_(3)的盐碱性环境中促进拟南芥野生型种子生长;(2)在50-200 mmol/L NaCl或50-200 mmol/L NaHCO_(3)盐碱胁迫下促大豆种子萌发;(3)在pH 8.2、土壤电导率(electricity conductivity,EC)为450μs/cm土壤中大豆株高、鲜重、干重和根长可分别提高19.84%、18.75%、10.31%和32.58%。对菌株全基因组基因功能注释分析发现,菌株YS-AT2具有多个与嗜盐和嗜碱密切相关的基因,分析其耐盐碱机制可能是通过自身细胞对盐碱性物质的运输、对钠、钾离子的转运和调节及合成高浓度细胞物质而实现的。【结论】本研究解析了耐盐碱促生菌Citrobacter YS-AT2对拟南芥和大豆的促生效应,挖掘其中耐盐碱相关基因,不仅为开发具有耐盐碱促生功能的生物肥料提供理论依据和菌种资源,还为进一步揭示嗜盐碱细菌的分子机理奠定了理论基础。

关键词：柠檬酸杆菌耐盐碱促生基因注释

吊灯扶桑叶绿体基因组特征与木槿属系统发育研究

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草地学报 2024年

作者：周全王璐瑶袁庆郑雪梅刘海瑞青海大学生态环境工程学院中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室中国科学院大学青海省国家公园科研监测评估中心

为探究木槿属系统进化关系，探索争议类群的分类学地位。本研究运用生物信息学手段，进行吊灯扶桑叶绿体基因组特征探究、木槿属叶绿体基因组比较和系统进化研究。结果表明，吊灯扶桑叶绿体基因组具有四分区结构，共包括130个基因。其... 详细信息

为探究木槿属系统进化关系，探索争议类群的分类学地位。本研究运用生物信息学手段，进行吊灯扶桑叶绿体基因组特征探究、木槿属叶绿体基因组比较和系统进化研究。结果表明，吊灯扶桑叶绿体基因组具有四分区结构，共包括130个基因。其蛋白编码基因在密码子使用上表现出偏好性，受自然选择影响明显。吊灯扶桑的叶绿体基因组中检测到275个SSR，以单核苷酸重复为主。木槿属植物的叶绿体基因组保守性高，边界稳定，没有检测到重排现象。本研究在木槿属叶绿体基因组中共筛选出18个高变基因和3个高度保守基因。基于叶绿体基因组重建的系统发育关系不支持木棉科划分入锦葵科或木槿属。木槿属与木棉科之间的遗传距离较小，亲缘关系较近，这为理解两个类群在形态上的相似性提供了新的视角。本研究探究了木槿属植物系统发育和分歧时间，为理解该类群系统演化、遗传多样性保护和分子标记开发提供了参考资料。

关键词：吊灯扶桑叶绿体基因组木槿属系统发育分歧时间

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盐胁迫下木榄根系木栓化分子调控机制研究

生态科学 2024年第5期 81-89页

作者：常丽芳王友绍赵艳程皓齐齐哈尔大学生命科学与农林学院热带海洋环境国家重点实验室中国科学院南海海洋研究所南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)

选择木榄幼苗作为实验对象,利用转录组测序和实时荧光定量PCR技术分析盐胁迫下木榄幼苗根系木栓化过程与分子调控机制。结果表明,盐分胁迫后共获得35561个差异表达基因,包括36351个上调基因, 210个下调基因。GO注释表明差异表达基因主... 详细信息

选择木榄幼苗作为实验对象,利用转录组测序和实时荧光定量PCR技术分析盐胁迫下木榄幼苗根系木栓化过程与分子调控机制。结果表明,盐分胁迫后共获得35561个差异表达基因,包括36351个上调基因, 210个下调基因。GO注释表明差异表达基因主要集中在细胞氮化合物代谢过程、细胞和细胞组分、以及结构分子活性等过程中。KEGG代谢通路注释表明,差异表达基因显著富集到核糖体和氧化磷酸化途径,同时发现拖品烷,哌啶,聚酮生物碱的生物合成也被显著富集。我们进一步分析得到了39个可能与木栓质单体合成、跨膜转运及聚合相关的基因。另外, qRT-PCR分析结果同样表明长链酯酰辅酶A合成酶1基因、谷胱甘肽转移酶(GST)和MYB转录因子(MYB)在盐胁迫后上调表达。本研究为红树植物耐盐机制以及木栓质生物合成分子调控机制提供基础数据,同时也对红树林的保护与恢复有重要意义。

关键词：木榄木栓化盐胁迫转录组测序

土壤质地和滴头流量对地下滴灌土壤水分运移特征的影响

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中国生态农业学报(中英文) 2024年

作者：贾明磊魏飒刘帆张玉翠沈彦俊甘肃农业大学水利水电工程学院河北省水利科学研究院中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心/中国科学院农业水资源重点实验室/河北省节水农业重点实验室

地下滴灌是一种局部灌溉方式，灌溉水经由滴头在土壤中形成湿润体的过程对作物生长用水至关重要。根据土壤质地、滴头流量、土壤含水率等因素选择适宜的灌溉参数，能够避免灌溉过量或不足。本研究以壤土、砂土和黏土3种质地土壤为研... 详细信息

地下滴灌是一种局部灌溉方式，灌溉水经由滴头在土壤中形成湿润体的过程对作物生长用水至关重要。根据土壤质地、滴头流量、土壤含水率等因素选择适宜的灌溉参数，能够避免灌溉过量或不足。本研究以壤土、砂土和黏土3种质地土壤为研究对象，设置地下滴灌滴头埋深为30 cm，对0.39 L·h-1、0.90 L·h-1和1.38 L·h-1流量下土壤湿润锋的变化规律进行观测。结果表明，不同土壤类型含水量变化对不同滴头流量的响应存在差异，壤土和砂土在高流量下更易形成规律的湿润体，而黏土则受到滞水效应的影响，在低流量时表现出明显的滞水特性。不同土壤质地对水分运移的影响也有所不同，砂土中湿润锋水平和向下运移距离最大，但向上运移距离比壤土小在15～20 cm，运移能力较低; 黏土中水分运移所受阻力最大，因此在各方向运移距离最短，但变化持续时间最长; 壤土中水分运移距离在水平和向下方向上均处于居中水平，向上运移距离最大，说明壤土中水分向上传输能力最强，该土壤类型相对砂土和黏土更适合30 cm左右埋深的地下滴灌。对于同一质地而言，砂土中水平和向下方向的湿润锋运移速率均随滴头流量的增加而增大，但是向上方向运移速率为先减小后增大，说明在1.38 L h-1的流量下，流量对湿润锋运移速率的影响超过了向上土壤阻力和重力的影响; 壤土中湿润锋在3个方向的运移速率均随滴头流量的增加而增大; 黏土水分湿润锋在水平和向下方向随流量在6%-10%之间变化，相对其他土壤质地变化程度较小，说明黏土水分湿润锋运移在这两个方向上受流量影响较小，但其垂直向上方向运移速率随滴头流量增加而先降低再增加，且降低幅度远高于增加幅度，说明较低流量更有利于黏土水分向上运移。在3种土壤质地和3种流量下，随着入渗时间的延长，湿润锋的运移速率呈逐渐减缓的趋势; 随滴灌流量的增加，湿润锋在水平方向与垂直向上方向的运移距离之比相应增大，说明流量增加相对于土壤水分向上运移来说更有利于促进其水平运移能力。此外，湿润锋水平和垂直方向的运移速率与入渗时间遵循幂函数的规律。砂土垂直向上只运移到距地表10 cm处，壤土在3种流量条件下垂直向上运移均达到了地表，黏土则垂直向上只运移到距地表10.3 cm处。综上所述，对于不同质地土壤进行地下滴灌时，砂土的滴头埋深须在15 cm以内、流量在0.39 L·h-1左右可以保证作物苗期用水的同时并减少渗漏; 而对于壤土而言，滴头埋深可增加至30 cm，流量需依据种植作物出苗时间和灌溉时间以及节水目标需求决定; 黏土滴灌不适合深埋和深根系植物。

关键词：地下滴灌土壤质地滴头流量湿润锋土壤水分运移规律

日本落叶松内源GUS基因鉴定及其酶活性分析

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林业科学研究 2024年

作者：叶查龙张陈谊杨玲孙晓梅李万峰林木遗传育种全国重点实验室国家林业和草原局林木培育重点实验室中国林业科学研究院林业研究所林木遗传育种全国重点实验室东北林业大学林学院

[目的 ]研究日本落叶松内源β-葡糖苷酸酶（GUS）基因及其酶活性，分析GUS作为报告基因的可靠性。[方法 ]利用pCAMBIA1301载体上的GUS基因序列在日本落叶松参考基因组中进行比对，鉴定并克隆出日本落叶松GUS (LaGUS)基因。在NCBI利用bla... 详细信息

[目的 ]研究日本落叶松内源β-葡糖苷酸酶（GUS）基因及其酶活性，分析GUS作为报告基因的可靠性。[方法 ]利用pCAMBIA1301载体上的GUS基因序列在日本落叶松参考基因组中进行比对，鉴定并克隆出日本落叶松GUS (LaGUS)基因。在NCBI利用blastp查找其他物种中LaGUS的同源序列并构建进化树。利用已有的转录组数据和实时荧光定量PCR分析LaGUS基因在日本落叶松中的表达模式。利用组织化学的方法，以X-gluc作为GUS酶反应底物，检测日本落叶松体细胞胚胎发生过程中内源GUS的酶活性。[结果 ]在日本落叶松中鉴定到一个LaGUS基因，CDS长3 435 bp，编码1 144个氨基酸。25种植物中具有与LaGUS基因相似的序列。LaGUS基因的表达量在活动期高于休眠期，在体胚苗中高于在胚性愈伤组织和体细胞胚胎中。组织化学染色表明，日本落叶松胚性愈伤组织、体细胞胚胎和体胚苗在室温下染色6 d时均观察到蓝色，但体胚苗的染色程度高于胚性愈伤组织和体细胞胚胎。[结论 ]日本落叶松具有内源GUS活性，在基因工程中利用GUS作为报告基因可能存在一定干扰。

关键词：日本落叶松内源GUS 体细胞胚胎发生报告基因

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产胶植物乳管的结构特征及其分化和发育

中国科学:生命科学 2024年第10期54卷 1781-1797页

作者：史敏晶田维敏张世鑫吴继林晁金泉中国热带农业科学院橡胶研究所农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地—海南省热带作物栽培生理学重点实验室

组织内含天然橡胶的植物统称为产胶植物.产胶植物的乳管是合成和贮存天然橡胶的特化细胞,乳管细胞及其内部橡胶粒子的发生、发育与植物的产胶能力密切相关.因此,研究产胶植物的乳管结构及其分化发育对天然橡胶产业的发展具有重要的意义... 详细信息

组织内含天然橡胶的植物统称为产胶植物.产胶植物的乳管是合成和贮存天然橡胶的特化细胞,乳管细胞及其内部橡胶粒子的发生、发育与植物的产胶能力密切相关.因此,研究产胶植物的乳管结构及其分化发育对天然橡胶产业的发展具有重要的意义.橡胶粒子、黄色体和F-W复合体(Frey-Wyssling complex)是橡胶树乳管的特化细胞器,机械伤害促进乳管的分化,茉莉酸是调节次生乳管分化的关键信号分子,但橡胶树乳管分化发育的分子机制仍未完全解析.本文综述了当前主要产胶植物乳管结构和分化发育方面的研究进展,并阐述了杜仲、橡胶草、银胶菊与橡胶树的乳管在分布、形态结构上的区别.本文将为深入研究产胶植物的乳管生物学奠定理论基础.

关键词：产胶植物乳管天然橡胶结构分化和发育

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玉米PDI基因家族鉴定和表达模式分析

植物遗传资源学报 2024年第1期25卷 97-110页

作者：吴金丽汤泽洋鲁鑫周志强郭长虹李新海哈尔滨师范大学生命科学与技术学院黑龙江省分子细胞遗传与遗传育种重点实验室哈尔滨150025 中国农业科学院作物科学研究所/作物分子育种国家工程实验室北京100081

蛋白质二硫键异构酶(PDI,protein disulfide isomerase)作为硫氧还蛋白家族的一员,是一种氧化还原酶,广泛存在于动物、植物及微生物中。在植物中,蛋白质二硫键的形成和异构主要由二硫键蛋白催化完成,在参与蛋白质正确组装折叠方面至关... 详细信息

蛋白质二硫键异构酶(PDI,protein disulfide isomerase)作为硫氧还蛋白家族的一员,是一种氧化还原酶,广泛存在于动物、植物及微生物中。在植物中,蛋白质二硫键的形成和异构主要由二硫键蛋白催化完成,在参与蛋白质正确组装折叠方面至关重要。本研究以拟南芥PDI家族基因序列信息为基础,利用同源序列比对方法,从玉米中鉴定出21个PDI基因,除8号染色体外,非均匀地分布在其余玉米9条染色体上。进化树分析表明,玉米PDI基因家族分为4个进化分支11个发育组,同一发育组的基因结构和保守基序相似。顺式作用元件分析表明,PDI基因家族启动子含响应逆境胁迫、植物激素及胚乳特异表达的顺式作用元件。表达模式分析表明,PDI基因家族在胚、胚乳和籽粒中表达量较高,在授粉后10~20 d的胚乳中表达量呈下降趋势,然后表达量又呈现上升趋势。生物多样性分析发现:ZmPDIL1-1基因存在多样性。亚细胞定位结果表明ZmPDIL1-1定位在内质网。本研究结果为玉米PDI家族基因功能研究提供参考。

关键词：玉米 PDI基因家族基因表达亚细胞定位