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关于理想森林及其经营的遗传学思考

北京林业大学学报 2024年第6期46卷 1-9页

作者：康向阳林木遗传育种全国重点实验室林木花卉遗传育种教育部重点实验室城乡生态环境北京实验室北京林业大学生物科学与技术学院北京100083

我国是当今全球森林资源增长最多的国家。如何在此基础上科学、生态、节俭地提高森林生态系统稳定性和林地生产力,充分发挥森林的多功能作用,是我国林业界今后相当长的时间内必须面对的问题。本文首先基于森林永续利用思想理论的回顾,... 详细信息

我国是当今全球森林资源增长最多的国家。如何在此基础上科学、生态、节俭地提高森林生态系统稳定性和林地生产力,充分发挥森林的多功能作用,是我国林业界今后相当长的时间内必须面对的问题。本文首先基于森林永续利用思想理论的回顾,提出遗传学层面的理想森林概念,即拥有与分布区自然地理相适应的树种组成及群体遗传结构,优势树种持续保持丰富的群体遗传多样性,以及自然稀疏和自然更新能力,且生长等目标性状相关基因的正向等位变异高度聚合,可在更短时间内形成与立地环境相匹配的生态适应性和最高生产力的森林。通过不同森林类型的遗传特点分析,进一步提出基于遗传学和生态学原理,充分利用自然选择和竞争等生物间及其与环境间的互作机制等自然力,并采取一定的人工辅助措施促进森林群体遗传进展和稳定性,培育生产力高的健康森林的理想森林经营概念。认为遗传基础窄化的商品林适合采取法正林类模式集约经营,而遗传基础宽泛的商品林则适合采取理想森林经营。并针对我国森林遗传品质劣化的问题,提出从良种抓起,铸牢森林遗传基础,推动森林遗传进展,重塑森林遗传品质的理想森林经营基本路径。建议在今后的森林质量提升工作中,应以理想森林为目标,建立森林经营国家机制,重构国家公益林和商品林比重,严格森林分类管理和分类经营,加强森林基础科学研究,按种子区划育种、制种和用种,通过专业化的理想森林经营,实现国家森林越采越多、越采越好。

关键词：理想森林经营国家机制商品林遗传进展遗传品质自然稀疏自然更新

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过表达胡杨PePKS5提高拟南芥耐盐性

北京林业大学学报 2024年第2期46卷 62-74页

作者：温馨殷可欣马思圆张小萌赵楠周晓阳赵瑞陈少良北京林业大学生物科学与技术学院林木、花卉遗传育种教育部重点实验室北京100083 北京林业大学实验室与设备管理处北京100083

【目的】盐胁迫是影响植物生长发育的不利环境因子。蛋白激酶PKS5作为植物盐超敏感信号转导途径的重要组分,在植物响应盐胁迫过程中具有重要调节功能。本文旨在生理水平和分子水平上,探究胡杨PePKS5基因在植物耐受盐胁迫过程中的调节作... 详细信息

【目的】盐胁迫是影响植物生长发育的不利环境因子。蛋白激酶PKS5作为植物盐超敏感信号转导途径的重要组分,在植物响应盐胁迫过程中具有重要调节功能。本文旨在生理水平和分子水平上,探究胡杨PePKS5基因在植物耐受盐胁迫过程中的调节作用。【方法】克隆胡杨PePKS5基因,并在拟南芥中过表达,获得T3代转基因拟南芥纯合体。观察盐胁迫下转基因拟南芥株系的耐盐表型,测定其过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶活性及盐胁迫响应基因的表达量。利用非损伤微测技术测定转基因拟南芥株系根尖Na^(+)、K^(+)动态离子流,利用激光共聚焦显微镜观测转基因拟南芥株系根尖Na^(+)和H_(2)O_(2)含量。测定盐处理后转基因拟南芥土培幼苗的叶绿素荧光参数、光合参数等生理指标,揭示PePKS5基因在盐胁迫下对拟南芥的生理调节作用。构建亚细胞定位载体,通过瞬时转化烟草,对PePKS5蛋白进行亚细胞定位观测。【结果】(1)PePKS5基因的CDS序列编码417个氨基酸,PePKS5氨基酸序列与毛白杨PtPKS5相似度最高,并且亲缘关系最近。(2)PePKS5定位于细胞质和细胞核中。(3)NaCl处理6 h后,胡杨叶片PePKS5基因表达量上调,72 h后逐渐恢复至正常水平。(4)盐胁迫下过表达PePKS5基因的拟南芥株系(PePKS5-OE10和PePKS5-OE15)的生存率和根长均明显高于野生型(WT)和转空载体(VC)株系。(5)与WT和VC株系相比,PePKS5-OE10和PePKS5-OE15株系的POD和CAT活性增强,APX1和CAT2基因的表达量均升高。(6)盐胁迫下PePKS5-OE10和PePKS5-OE15株系的Na^(+)外排和K^(+)的内流明显高于WT和VC株系,并且在根尖中积累的Na^(+)浓度和H_(2)O_(2)浓度明显低于WT和VC株系。(7)盐胁迫下PePKS5-OE10和PePKS5-OE15株系的叶绿素相对含量、PSⅡ最大光量子效率、实际光合量子产量和相对电子传递速率均高于WT和VC株系。(8)盐胁迫下PePKS5-OE10和PePKS5-OE15的净光合速率高于WT和VC株系,而胞间CO_(2)浓度、气孔导度和蒸腾速率均低于WT和VC株系。【结论】过表达胡杨PePKS5基因能够增强拟南芥对Na^(+)的外排能力,维持植物活性氧的平衡状态,以及保持相对稳定的光合作用能力,从而提高拟南芥的耐盐能力。

关键词：胡杨蛋白激酶盐胁迫 PKS5 离子平衡活性氧

‘京枣39’离体多倍体诱导及其增殖、生根培养体系优化

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北京林业大学学报 2024年第6期46卷 118-126页

作者：赵汗青王强庞晓明薄文浩李颖岳林木遗传育种全国重点实验室林木花卉遗传育种教育部重点实验室北京林业大学生物科学与技术学院北京林业大学北京100083 内蒙古自治区林业和草原种苗总站内蒙古呼和浩特010051

【目的】研究秋水仙素溶液质量浓度、处理时间和预培养时间对‘京枣39’离体多倍体诱导的影响,优化枣树良种‘京枣39’的增殖和生根培养基,建立‘京枣39’的离体多倍体诱导体系,获得多倍体植株。【方法】采用完全随机区组试验设计,探索... 详细信息

【目的】研究秋水仙素溶液质量浓度、处理时间和预培养时间对‘京枣39’离体多倍体诱导的影响,优化枣树良种‘京枣39’的增殖和生根培养基,建立‘京枣39’的离体多倍体诱导体系,获得多倍体植株。【方法】采用完全随机区组试验设计,探索不同秋水仙素溶液质量浓度和处理时间组合对‘京枣39’不定芽再生的影响,不同预培养时间对‘京枣39’离体多倍体诱导的影响,不同生长调节剂组合对‘京枣39’增殖培养的影响,不同基本培养基和生长调节剂组合对‘京枣39’组培苗生根培养的影响。【结果】(1)当秋水仙素溶液质量浓度为80 mg/L、处理48 h时‘京枣39’刻伤叶片存活率为(50.00±7.07)%,分化系数为(2.06±0.17)。(2)最佳预培养时间为6 d,并施以80 mg/L秋水仙素浓度处理48 h,获得了纯合四倍体‘京枣39’。(3)最佳增殖培养基为MS+0.8 mg/L 6-BA+0.4 mg/L IBA+30 g/L麦芽糖,pH=5.8,平均增殖系数为(4.22±0.22)。(4)最佳生根培养基为改良1/2MS+0.8 mg/L IBA+30 g/L麦芽糖,pH=5.8,平均根长为(5.22±0.19) cm;平均生根数为(3.20±0.22)。【结论】初步建立了‘京枣39’的离体多倍体诱导体系,获得了‘京枣39’的多倍体植株,并优化了其增殖培养及生根培养方法。本研究为优良枣树品种‘京枣39’的种质创新提供了切实可行的技术方法,为多倍体诱导在枣树以及其他果树中的应用奠定了试验基础。

关键词： ‘京枣39’ 多倍体诱导秋水仙素增殖培养生根培养体系优化

利用异速生长模型和博弈论解析藏川杨主干动态生长的遗传调控机制

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北京林业大学学报 2024年第6期46卷 154-164页

作者：危学达王玉丁孟东吴双梁丹叶梅霞邬荣领生物科学与技术学院计算生物学中心林木育种国家工程实验室林木、花卉遗传育种教育部重点实验室树木花卉育种生物工程国家林业和草原局重点实验室北京林业大学生物学院北京100083

【目的】高度与直径是树木生命历程中的2个重要生长性状,本文通过量化藏川杨主干高度和直径之间的相互作用,探究这2个性状的生长过程和生长模式,揭示藏川杨主干动态生长的遗传调控机制。【方法】基于异速生长模型和博弈论构建藏川杨高... 详细信息

【目的】高度与直径是树木生命历程中的2个重要生长性状,本文通过量化藏川杨主干高度和直径之间的相互作用,探究这2个性状的生长过程和生长模式,揭示藏川杨主干动态生长的遗传调控机制。【方法】基于异速生长模型和博弈论构建藏川杨高度与直径性状的动态生长互作微分方程,利用系统作图构建藏川杨主干生长遗传解析的统计模型。进一步以藏川杨自然群体作为研究材料,调查其在温室内的生长动态数据,结合本群体的高通量分子标记数据,开展藏川杨的全基因组基因定位工作。【结果】藏川杨主干高度和直径的整体生长曲线符合Logistic生长曲线,拆分整体生长曲线发现,藏川杨主干的直径生长对高度生长具有抑制作用,而高度生长对直径生长具有促进作用。所有藏川杨高度和直径的个体拟合优度> 0.90,且2个性状拟合的残差均服从随机分布,说明使用广义Lotka-Volterra微分方程来拟合藏川杨高度和直径效果很好。基于功能作图方法共定位到78个显著位点,可注释到52个候选基因。以2号染色体上最显著的SNP为例,对藏川杨高度和直径进行遗传解析,发现该SNP的3种基因型(AA、AC、CC)具有相似的高度–直径相互作用模式。该SNP对整体生长、独立生长和依赖生长发挥了不同方式的遗传效应。对定位到的显著位点进行功能注释,可将这些位点所在的基因分为:与木质素/细胞壁合成相关基因、与生长发育相关基因、与抗病抗逆性相关基因、与光合作用相关基因这4类。【结论】结合异速生长模型和博弈理论的基因定位模型,可检测基因如何通过合作或竞争策略来调控藏川杨主干的大小,识别树干动态生长的过程和模式,相关模型也可为其他物种重要性状之间的深层次遗传解析提供借鉴。

关键词：藏川杨博弈论异速生长模型高度直径数量性状位点

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病毒侵染活细胞动态的成像检测

生物技术通报 2024年

作者：袁笑妍张御格姚丽娟唐晨李晓娟北京林业大学林学院林木有害生物防治北京市重点实验室北京林业大学生物科学与技术学院林木资源高效生产全国重点实验室林木花卉遗传育种教育部重点实验室

病毒（virus）是一种专营胞内寄生的简单微生物，是造成动植物病害的主要病原体之一。病毒的侵染过程高度动态且复杂，单病毒示踪技术的发展为揭示病毒生命活动的精细过程提供了可能。单病毒示踪是一种基于荧光标记与高时空分辨率成像... 详细信息

病毒（virus）是一种专营胞内寄生的简单微生物，是造成动植物病害的主要病原体之一。病毒的侵染过程高度动态且复杂，单病毒示踪技术的发展为揭示病毒生命活动的精细过程提供了可能。单病毒示踪是一种基于荧光标记与高时空分辨率成像的新方法，允许对单一或多个病毒的生命活动进行观察。近几年，单病毒示踪技术在病毒入胞、复制、细胞间传染等方面的研究中获得广泛应用，使病毒感染机制的研究取得较大的进展。本文简要地介绍了病毒入侵细胞机制的研究进展,重点总结了荧光标记在单病毒示踪上的应用,特别是对病毒不同结构的标记和成像方法进行了详细论述,以期为优化标记策略、解决对不同种类和结构的病毒实现高效标记等问题提供新思路。

关键词：病毒标记单病毒示踪荧光染料荧光蛋白量子点

青黑杨杂种全同胞二倍体与三倍体长枝叶性状变异研究

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北京林业大学学报 2024年第1期46卷 27-34页

作者：马鸿文任宇昕龙羿辛王楠冯祥元俞天泉华晓琴王君林木遗传育种全国重点实验室林木育种与生态修复国家工程研究中心林木花卉遗传育种教育部重点实验室北京林业大学生物科学与技术学院北京100083 武威市林业综合服务中心甘肃武威733200

【目的】探明青黑杨杂种全同胞二倍体与三倍体植株的扦插苗长枝叶叶片和气孔性状的遗传变异规律,解析基因型效应和倍性效应对长枝叶性状的影响。【方法】以‘哲引3号杨’×‘北京杨’杂种全同胞二倍体和三倍体扦插苗为材料,对其长枝叶... 详细信息

【目的】探明青黑杨杂种全同胞二倍体与三倍体植株的扦插苗长枝叶叶片和气孔性状的遗传变异规律,解析基因型效应和倍性效应对长枝叶性状的影响。【方法】以‘哲引3号杨’×‘北京杨’杂种全同胞二倍体和三倍体扦插苗为材料,对其长枝叶叶片和气孔性状的变异情况进行分析。【结果】长枝叶叶片长度、叶片宽度、叶片长宽比、叶面积、叶柄长度、叶绿素含量、气孔长度、气孔宽度、气孔密度等性状在不同基因型间存在极显著差异,各性状的变异系数范围为8.54%~36.20%,重复力介于0.645~0.916之间,表明叶片及气孔性状受到较强的遗传控制。三倍体群体叶片的叶绿素含量极显著高于二倍体,气孔长度、气孔宽度极显著大于二倍体,气孔密度极显著小于二倍体,而不同倍性群体间其他叶片各性状间未发现显著性差异。尽管如此,并非所有的三倍体基因型均显示出更优的性状表现。相关性分析显示,叶片长度与叶片宽度、叶面积和叶柄长度间相互均呈极显著正相关;叶绿素含量、气孔长度和气孔宽度间相互呈极显著正相关,均与气孔密度呈极显著负相关。进一步分析发现,叶片长度、叶片宽度、叶面积、叶柄长度等叶片性状主要受基因型效应影响,其基因型方差贡献率在59.5%~76.8%之间,叶绿素含量和气孔长度、气孔宽度、气孔密度等性状主要受倍性效应所影响,其倍性效应方差贡献率在46.0%~78.0%之间。【结论】青黑杨杂种全同胞二倍体及三倍体5月龄扦插苗长枝叶叶片和气孔性状受到不同程度的基因型效应和倍性效应的共同影响,基因型间存在丰富的性状变异,三倍体也并非株株皆优,杨树异源三倍体育种需秉持“大群体,强选择”理念。

关键词：杨树异源三倍体叶片性状气孔性状倍性效应基因型效应

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早花露地小菊杂交后代株系的综合评价与筛选

中国农业科学 2024年第1期57卷 173-189页

作者：宋想王钟曼张秋玲魏媛媛赵小刚刘波戴思兰北京林业大学园林学院/北京市林木分子设计育种高精尖创新中心/花卉种质创新与分子育种北京市重点实验室/城乡生态环境北京实验室/林木花卉遗传育种教育部重点实验室/国家花卉工程技术研究中心

【目的】建立早花露地小菊综合评价体系，筛选出花期为9月中旬至10月中旬、花色接近纯正红色或黄色、花型和株型等综合表现优异的株系，丰富华北地区早秋节庆用花。为进一步培育早花露地小菊新品种提供育种材料和选择方法。【方法】以... 详细信息

【目的】建立早花露地小菊综合评价体系，筛选出花期为9月中旬至10月中旬、花色接近纯正红色或黄色、花型和株型等综合表现优异的株系，丰富华北地区早秋节庆用花。为进一步培育早花露地小菊新品种提供育种材料和选择方法。【方法】以露地小菊3个早花亲本和1个重瓣性高且花色鲜艳亲本及其25个经田间初选的杂交后代无性株系为供试材料，划分花色、花期、花型、株型和叶型5个层次，从观测的30个原始性状中筛选出18个关键性状指标作为评价因子，利用层次分析法及K-Means聚类分析法建立综合评价体系，开展杂种株系的综合筛选。【结果】以早花、花型圆整丰满、红黄两种花色稳定为育种目标确定了层次分析法各性状的权重值，其中初花期起始时间（0.1817）权重值最大，其次是花色稳定性（0.1695）、盛花期单株着花数量（0.1383）、开花持续时间（0.1301），再次是花色适宜度（0.0565）、盛花期着花整齐度（0.0565）、花序直径（0.0539）、舌状花数量（0.0574）。通过K-Means聚类分析法将29份材料划分为3个等级，Ⅰ级10个（34.38%），Ⅱ级11个（37.93%），Ⅲ级8个（27.59%）；杂交子代性状分离广泛，花色、花型和株型均出现了超亲性状，但花期仍以2个早花亲本初花期最早，符合前人研究认为花期为多基因控制的数量性状。因此，早花露地小菊育种仍需筛选更多亲本，增加可早秋使用的露地小菊资源。【结论】本评价方法综合各类评价体系优势，以数量化结果充分表征田间观测的性状特征，以育种目标为导向进行层次分析赋值评价，为综合评价和筛选早花露地小菊优良品种提供了量化方法。建立的评价体系可以很好地对早花露地小菊进行评价与筛选，为后期早花露地小菊新品种的选育提供了一种可靠方法，有助于提高后代优良种质筛选效率。最终筛选出10个观赏性状优良的早花露地小菊株系，可作为新品种或新品系应用，也可作为育种材料。

关键词：露地小菊杂交后代综合评价层次分析法 K-Means聚类分析早花性状

山杏种子PsMATE40基因启动子的克隆及驱动表达分析

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生物技术通报 2024年

作者：王紫睿刘潇菡修宇林善枝北京林业大学生物科学与技术学院林木育种国家工程实验室林木花卉遗传育种教育部重点实验室树木花卉育种生物工程国家林业和草原局重点实验室

【目的】转运蛋白PsMATE40在山杏种子苦杏仁苷转运中起到重要作用。克隆PsMATE40基因特异启动子并分析其驱动基因表达活性，为PsMATE40基因及其启动子的应用奠定基础。【方法】依据前期克隆得到的PsMATE40基因，以山杏种子基因组DNA为... 详细信息

【目的】转运蛋白PsMATE40在山杏种子苦杏仁苷转运中起到重要作用。克隆PsMATE40基因特异启动子并分析其驱动基因表达活性，为PsMATE40基因及其启动子的应用奠定基础。【方法】依据前期克隆得到的PsMATE40基因，以山杏种子基因组DNA为模板，通过染色体步移克隆得到PsMATE40基因特异启动子全长序列(命名为ProPsMATE40)，预测分析其顺式调控元件，采用GUS组织化学染色分析检测启动子活性；利用无缝克隆方法分别构建组成型启动子CaMV35S和特异启动子ProPsMATE40驱动的PsMATE40基因的植物表达载体，开展农杆菌介导的烟草瞬时转化，利用RT-qPCR技术比较分析它们驱动PsMATE40基因的转录表达。【结果】山杏种子PsMATE40基因启动子全长序列为1 964 bp，含有2种启动子核心元件（CAAT-box和TATA-box）、多种激素信号（生长素、茉莉酸和水杨酸等）响应元件和胁迫（光、干旱和损伤等）响应元件以及种子发育调控元件等，自身特异启动子ProPsMATE40驱动的PsMATE40基因表达水平明显高于CaMV35S。【结论】山杏种子PsMATE4基因表达可能受植物激素以及生物与非生物胁迫等多种因素的复杂调控，而自身启动子可有效促进PsMATE40基因的转录表达。

关键词：山杏种子苦杏仁苷 PsMATE40基因特异启动子克隆顺式调控元件驱动表达分析

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单叶蔷薇基因组SSR标记开发与应用

中南林业科技大学学报 2024年第6期44卷 186-196页

作者：张雪云张晓龙李娜孔青洋于超潘会堂张启翔罗乐北京林业大学花卉种质创新与分子育种北京市重点实验室北京100083 北京林业大学国家花卉工程技术研究中心北京100083 北京林业大学城乡生态环境北京实验室北京100083 北京林业大学园林环境教育部工程研究中心北京100083 北京林业大学林木花卉遗传育种教育部重点实验室北京100083 北京林业大学林木资源高效生产全国重点实验室北京100083 北京林业大学园林学院北京100083

【目的】单叶蔷薇是蔷薇属唯一的单叶物种,目前已被列为国家二级濒危保护植物,开发高效的分子标记可以为单叶蔷薇居群遗传多样性分析、克隆生长格局等研究提供重要的数据支撑,为其居群遗传资源的保育提供理论指导。【方法】利用Krait v... 详细信息

【目的】单叶蔷薇是蔷薇属唯一的单叶物种,目前已被列为国家二级濒危保护植物,开发高效的分子标记可以为单叶蔷薇居群遗传多样性分析、克隆生长格局等研究提供重要的数据支撑,为其居群遗传资源的保育提供理论指导。【方法】利用Krait v1.3软件对单叶蔷薇全基因组序列中1~6核苷酸重复的SSR位点进行搜索并分析其序列特征,进而采用Primer Premier3.0软件设计引物。选取16个单叶蔷薇样本通过琼脂糖凝胶电泳和毛细管电泳检验引物的有效性和多态性。最后用POPGENE32软件和PowerMarker3.25软件对高多态性引物扩增产物数据进行遗传参数分析,利用软件NTSYS-pc2.10对16个单叶蔷薇样本进行聚类分析。【结果】单叶蔷薇基因组序列上共识别出142 083个SSR位点,其中二核苷酸重复类型数目最多,占比46.95%。单核苷酸至六核苷酸重复型中占比最高的基序类型分别为A/T、AT/AT、AAG/CTT、AAAT/ATTT、AAAAT/ATTTT和AAAAAG/CTTTTT,充分表明A/T为优势碱基。单叶蔷薇基因组SSR序列长度变化范围为12~1 026 bp,不同的核苷酸重复类型均呈现长度越长数量越少的规律,区间长度为10~15 bp的SSR位点数量最多,占比47.42%。合成的140对引物中112对可以获得清晰的目的条带,引物有效率为80%;最后筛选出多态性高、稳定性好的14对引物在16份单叶蔷薇样本中检测到等位基因58个,PIC值在0.314 3~0.675 9之间,等位基因数(Na)、有效等位基因数(Ne)、Shannon信息指数(I)及PIC值平均分别为4.142 9、2.576 9、1.080 8和0.529 2。Pearson相关分析结果表明所筛选引物的PIC值与SSR长度间并无显著相关性。通过聚类分析发现,筛选出的14对引物能够将基于不同居群的单叶蔷薇进行较好地区分,遗传相似系数在0.45~0.86之间。【结论】利用单叶蔷薇全基因组大规模开发的SSR标记数量丰富且类型多样,筛选出的高多态性SSR位点将为后续单叶蔷薇居群遗传多样性研究发挥重要作用。

关键词：单叶蔷薇 SSR 标记开发多态性

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