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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

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

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

控制大豆棕榈酸含量的相关基因定位与克隆研究进展

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分子植物育种 2024年

作者：薛永国唐晓飞曹旦孙建强刘琦朱梓菲何雯瑾高华伟栾晓燕邱丽娟刘鑫磊黑龙江省农业科学院大豆研究所中国农业科学院作物科学研究所农作物基因资源与遗传改良国家重大科学工程农业部北京大豆生物学重点实验室

大豆是世界上最重要的油料作物，大豆棕榈酸(PA)是大豆油中主要成分之一，改变其含量是实现大豆脂肪质量优良化的关键因素之一。随着测序和功能基因组学技术的不断发展，为发掘控制大豆棕榈酸含量相关的基因提供了新的手段。本研究详细... 详细信息

大豆是世界上最重要的油料作物，大豆棕榈酸(PA)是大豆油中主要成分之一，改变其含量是实现大豆脂肪质量优良化的关键因素之一。随着测序和功能基因组学技术的不断发展，为发掘控制大豆棕榈酸含量相关的基因提供了新的手段。本研究详细梳理并总结了近期有关于大豆棕榈酸含量相关基因的定位以及克隆研究领域的最新进展，介绍了棕榈酸生物合成的途径与调控转运机制，还进一步阐述了未来大豆棕榈酸分子育种的研究的方向，本综述为大豆棕榈酸甚至脂肪酸含量改变的大豆品质育种提供理论依据。

关键词：大豆棕榈酸含量基因定位基因功能

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

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

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

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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

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