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CRISPR/Cas9技术在热带作物育种中的应用研究进展

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植物遗传资源学报 2024年第3期25卷 312-322页

作者：王静毅甘珊珊贾彩红刘菊华中国热带农业科学院热带作物生物技术研究所农业农村部热带作物生物学与遗传资源利用重点实验室/三亚研究院热带作物生物育种全国重点实验室/海南热带农业资源研究院海南省热带农业生物资源保护与利用重点实验室海口571101 华中农业大学园艺林学学院武汉430000

在热带地区种植的香蕉、番木瓜、甘蔗、木薯、天然橡胶、油棕等热带作物,是我国农业的重要组成部分,不仅为我们的日常生活和工农业生产提供了重要的原材料,而且为我国热带与亚热带地区的主要农业产量和经济增长做出了贡献。然而,这些作... 详细信息

在热带地区种植的香蕉、番木瓜、甘蔗、木薯、天然橡胶、油棕等热带作物,是我国农业的重要组成部分,不仅为我们的日常生活和工农业生产提供了重要的原材料,而且为我国热带与亚热带地区的主要农业产量和经济增长做出了贡献。然而,这些作物的现代分子育种受其生物学特性和遗传复杂性的严重阻碍,多倍化、杂合性、无性繁殖、童期长和植株高大等问题导致热带作物的传统杂交育种周期长、难度大、进展慢。基因编辑技术的发展为热带作物育种带来了新途径和新机遇。CRISPR/Cas9系统介导的基因组编辑技术以其更高的靶向效率、多功能性和易用性,已被广泛应用于植物基因组编辑育种中。近年来,该技术在香蕉、木薯、天然橡胶、甘蔗等热带作物上也实现了广泛应用。本文介绍了基于CRISPR-Cas9系统的基因组编辑、CRISPR-Cas9在热带作物改良中的应用进展以及所面临的挑战和问题,同时对热带作物基因编辑育种方面提出建议,以期为后续研究提供思路,并为进一步开发应用该技术以有效改良热带作物的植物性状提供参考。

关键词：热带作物基因组编辑 CRISPR/Cas9

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河北邯郸和北京杨树的叶锈病菌及检疫性物种Melampsora medusae的监测

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菌物学报 2024年第9期43卷 39-47页

作者：胥卓尔廖伊倩吕友红王有方秦志林段维军朱小琼中国农业大学植物保护学院植物病理学系农业农村部作物有害生物监测与绿色防控重点实验室宁波检验检疫科学技术研究院邯郸市肥乡区林业局宁波海关

杨树广泛应用于木材生产、防护林和园林景观建造,具有显著的经济价值和生态价值。杨树叶锈病主要为害杨树叶片,幼苗叶片更容易受害,2023年河北邯郸杨树苗圃叶锈病发生严重危害。本研究针对河北邯郸及北京发生的杨树叶锈病病菌,通过观察... 详细信息

杨树广泛应用于木材生产、防护林和园林景观建造,具有显著的经济价值和生态价值。杨树叶锈病主要为害杨树叶片,幼苗叶片更容易受害,2023年河北邯郸杨树苗圃叶锈病发生严重危害。本研究针对河北邯郸及北京发生的杨树叶锈病病菌,通过观察夏孢子形态特征并结合rDNA ITS序列差异进行鉴定。结果发现,采自两地的杨树叶锈病菌均为松杨栅锈菌Melampsora larici-populina,未发现我国对外检疫杨树叶锈病菌***。本研究详细比较了杨树叶锈病菌的ITS序列差异,可以将***与Melampsora属中其他种区分开,为后续杨树叶锈病病原的鉴定和监测提供了基础数据。

关键词：杨树叶锈病松杨栅锈菌种类鉴定 ITS序列

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纤维素纳米纤维复合膜的制备及其作为食品包装材料的优异性能研究进展

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食品工业科技 2024年第17期45卷 436-444页

作者：吴奇户昕娜卢舒瑜崔然然马涛宋弋中国农业大学食品科学与营养工程学院北京100083 国家果蔬加工工程技术研究中心北京100083 农业农村部果蔬加工重点实验室北京100083 广西青轻生物科技有限公司广西防城港538000

近年来,塑料包装的大量使用造成了严重的环境污染。随着人们环保意识的提升,开发可生物降解的新型食品包装材料以替代传统石油基塑料已成为研究热点。纤维素纳米纤维(cellulose nanofibrils,CNF)因其高比表面积、高弹性模量、高强度和... 详细信息

近年来,塑料包装的大量使用造成了严重的环境污染。随着人们环保意识的提升,开发可生物降解的新型食品包装材料以替代传统石油基塑料已成为研究热点。纤维素纳米纤维(cellulose nanofibrils,CNF)因其高比表面积、高弹性模量、高强度和高气体阻隔性等优异性能而受到研究者们广泛青睐。本文总结了CNF及其相关复合膜的制备方法,讨论了CNF复合膜作为食品包装材料的机械性能、阻隔性能、抑菌性能、可降解性及响应性能。最后,提出CNF应用于食品包装领域所面临的挑战,旨在为未来生产纳米纤维素食品包装材料代替传统石油基材提供参考。

关键词：纤维素纳米纤维复合材料制备食品包装

基于核酸靶标免扩增CRISPR/Cas体系的分子速测技术研究进展

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中国生物工程杂志 2024年第6期44卷 104-115页

作者：李柚张岩雒嘉炜徐丹红马娟高梦祥刘华曾海娟王金斌长江大学生命科学学院荆州434022 上海市农业科学院生物技术研究所农业农村部农业转基因生物安全评价(环境)重点实验室上海201106

快速准确的分子诊断在食品安全、疾病诊断、环境监测等生命科学领域发挥重要作用。成簇规则间隔短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)及相关蛋白(CRISPR-associated protein,Cas)组成的CRISPR/Cas系统因具有高灵敏度、高特异性、便捷性及快速等优势,已成为精确检测核酸靶标的重要分子诊断工具。基于CRISPR/Cas系统的检测通过预扩增步骤提高靶标浓度,但也随之带来气溶胶污染、操作复杂和检测周期长等问题。因此需要积极开发更多免扩增策略,在最大限度保证灵敏度的同时,一步式实现对靶标的检测。综述了免扩增CRISPR系统的重要性,重点阐述了反应影响因素及相关策略对体系的优化作用,以及数字芯片法、表面增强拉曼光谱法和电化学金属电极法对信号放大效果的前沿进展,并对CRISPR/Cas系统的即时检测应用进行展望,以期为免扩增CRISPR/Cas检测系统的发展提供理论指导。

关键词：成簇规则间隔短回文重复序列(CRISPR) 免扩增检测体系优化信号放大

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镉胁迫对桑螟幼虫生理生化及组织损伤的影响

蚕业科学 2024年

作者：赵帅琦缪望龙盛晟潘鑫李萍周卫红吴福安江苏科技大学生物技术学院江苏省蚕桑与畜禽生物技术重点实验室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

镉是我国农田土壤中一种危害严重的重金属污染物，可通过食物链传递和积累，影响植食性昆虫的生长发育和生理过程。为研究镉胁迫对桑螟的毒理学作用，通过使用不同浓度的镉处理桑螟，研究镉对桑螟生理生化与组织损伤的影响。结果表明，... 详细信息

镉是我国农田土壤中一种危害严重的重金属污染物，可通过食物链传递和积累，影响植食性昆虫的生长发育和生理过程。为研究镉胁迫对桑螟的毒理学作用，通过使用不同浓度的镉处理桑螟，研究镉对桑螟生理生化与组织损伤的影响。结果表明，镉胁迫下，桑螟发育历期无显著变化，但产卵量显著减少；镉会影响桑螟体内甘油三酯含量及脂肪酶活性；此外，镉还会对桑螟中肠与脂肪体造成损伤，镉浓度越高，损伤越严重。该研究从生理生化和组织水平明确了镉对桑螟生长发育及繁殖的影响，为了解重金属污染地区桑螟的发生趋势并对其进行适时防控提供了理论参考。

关键词：重金属生长发育脂肪酶活性甘油三酯含量

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基于转录组的桑树干旱记忆相关基因的挖掘

蚕业科学 2024年

作者：方尧顾晓晓张文琪翟泽洋田岳曹旭刘利江苏科技大学生物技术学院江苏省蚕桑与畜禽生物技术重点实验室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

胁迫记忆是植物抵御频发干旱胁迫的重要策略，目前桑树中干旱胁迫记忆的作用机制还不明确。本研究以桑品种湖桑32号（Morus alba L.）扦插苗为材料，分别进行单次干旱和往复干旱胁迫后对叶片进行RNA-seq分析。筛选到5 749个单次干旱响... 详细信息

胁迫记忆是植物抵御频发干旱胁迫的重要策略，目前桑树中干旱胁迫记忆的作用机制还不明确。本研究以桑品种湖桑32号（Morus alba L.）扦插苗为材料，分别进行单次干旱和往复干旱胁迫后对叶片进行RNA-seq分析。筛选到5 749个单次干旱响应基因和6008个往复干旱响应基因，二者共有的3 863个重叠基因即为潜在的干旱记忆基因（DMGs）。GO和KEGG分析显示DMGs显著富集在ABA和JA生物合成及信号转导途径、氨基酸生物合成及转运途径、碳同化、果糖和麦芽糖代谢、光合作用、糖酵解、磷酸戊糖途径等途径。JA合成相关基因ACX1和KAT2及信号转导相关基因JAZ8，ABA合成的2个基因NCED及其信号响应因子ARBP的表达量在往复干旱中不断上调；氨基酸外向转运蛋白基因表达量下调，内向转运蛋白基因表达量上调。光合电子传递相关基因PGR5、热激蛋白HSP17.6II及转录因子bHLH92、MYB3也在单次干旱和往复干旱后呈现显著差异表达。研究结果为进一步解析桑树干旱记忆的转录调控机制提供了一定依据。

关键词：桑树干旱胁迫胁迫记忆转录组

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绿肥提高农田土壤有机碳固存机制的研究进展

植物营养与肥料学报 2024年第6期30卷 1185-1198页

作者：王国璀胡发龙李含婷殷文樊志龙范虹柴强曹卫东甘肃农业大学农学院/省部共建干旱生境作物学国家重点实验室甘肃兰州730070 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室北京100081

土壤碳固存在缓解全球气候变化、维持农田生态系统生产力中起着十分重要的作用。农田土壤碳固存的决定因子包括气候因子(温度、降雨)、生物因素(微生物活性、酶活性)和非生物因素(土壤理化性质、团聚体组成及含量等),农田生态系统通过... 详细信息

土壤碳固存在缓解全球气候变化、维持农田生态系统生产力中起着十分重要的作用。农田土壤碳固存的决定因子包括气候因子(温度、降雨)、生物因素(微生物活性、酶活性)和非生物因素(土壤理化性质、团聚体组成及含量等),农田生态系统通过增加碳输入、减少碳输出和增加碳在土壤中持留时间三种途径强化土壤碳的固存。绿肥具有固定土壤碳、氮和调节土壤微生物群落结构等多重功能,将绿肥纳入作物生产中可通过减少有机碳矿化、增加土壤有机碳来源、调控土壤团聚化过程、促进微生物量及残体累积、改善微生物群落组成及代谢活性等多种方式协同提升土壤碳的固存,其作用可归纳为团聚体物理保护的物理固定机制、矿物化学结合的化学固定机制和微生物固定机制。目前采用的强化绿肥提升农田土壤碳固存的关键技术包括:1)选用适宜的绿肥品种;2)构建与区域土壤和气候资源相匹配的“主作物+绿肥”种植模式;3)配套绿肥与其他肥源协同增效的养分管理技术;4)优化耕作措施等。但还需进一步深入开展以下几方面的研究,包括:1)明确不同类型绿肥介导下的农田土壤碳固存机制的差异;2)强化高效固碳绿肥种质资源的选育;3)建立强化绿肥固存土壤碳的长效研究体系;4)构建基于绿肥的土壤有机碳管理框架。

关键词：绿肥有机碳固存碳固存机制影响因素强化固碳措施

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植物VIGS载体构建策略研究与应用进展

园艺学报 2024年第7期51卷 1455-1473页

作者：任恒泽李丹莹余亚婷吕务云郝心愿王新超王玉春浙江农林大学茶学与茶文化学院杭州311300 中国农业科学院茶叶研究所国家茶树改良中心农业农村部特种经济动植物生物学与遗传育种重点实验室杭州310008

病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)是一种基于植物抗病毒机制开发的用于基因功能研究的反向遗传学技术。该技术不依赖植物遗传转化体系,具有周期短、操作简单高效、高通量的特点,被广泛应用于植物生长发育、信号... 详细信息

病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)是一种基于植物抗病毒机制开发的用于基因功能研究的反向遗传学技术。该技术不依赖植物遗传转化体系,具有周期短、操作简单高效、高通量的特点,被广泛应用于植物生长发育、信号转导、代谢途径和抗逆机制等方面的研究。本文中综述了植物VIGS作用机理、应用和存在的问题,重点讨论了载体构建策略和影响因素等方面的内容,旨在为该技术的进一步发展和应用提供参考。

关键词：病毒诱导的基因沉默基因功能病毒载体沉默载体构建策略

桑树伤口诱导去分化因子MafcWIND1表达分析及在子叶不定芽发育过程中的功能初探

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蚕业科学 2024年

作者：冯禹铭张杰刘利潘刚江苏科技大学生物技术学院江苏省蚕桑与畜禽生物技术重点实验室农业农村部蚕桑遗传改良重点实验室中国农业科学院蚕桑科学研究中心

桑树体外不定芽发生是桑树基因工程的上游环节，在不定芽发生过程中大量转录因子参与细胞命运的转变。AP2/ERF家族中的伤口诱导去分化因子1（WOUND INDUCED DEDIFFERENTIATION 1，WIND1）是参与伤口信号介导植物再生的关键基因，能够促... 详细信息

桑树体外不定芽发生是桑树基因工程的上游环节，在不定芽发生过程中大量转录因子参与细胞命运的转变。AP2/ERF家族中的伤口诱导去分化因子1（WOUND INDUCED DEDIFFERENTIATION 1，WIND1）是参与伤口信号介导植物再生的关键基因，能够促进细胞去分化和增殖，为不定芽的形成提供组织基础，同时激活下游转录因子参与植物再生过程。本文以丰驰桑为实验材料，克隆得到桑树WIND1，将其命名为MafcWIND1（GeneBank：OQ420538）。MafcWIND1的CDS序列全长1 071 bp，编码356个氨基酸，包含一个AP2结构域，属于AP2/ERF转录因子家族中的DREB亚家族。基因上游1000 bp的转录调控区分析筛选到了响应光信号、茉莉酸和外界胁迫等刺激的顺式作用元件。基因表达谱分析表明，MafcWIND1快速响应伤口刺激并在桑树子叶不定芽发生中发挥转录激活作用。在烟草中过表达MafcWIND1显著提高叶片外植体的不定芽诱导率。上述结果为阐明桑树体外再生的分子机制和提高桑树体外诱导不定芽发生率提供理论基础。

关键词：桑树子叶不定芽诱导 MafcWIND1