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植物端粒到端粒(T2T)基因组研究进展与展望

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基因组学与应用生物学 2024年第6期43卷 933-942页

作者：宫少达谢文召赵如鹏冯康宁陈玲玲广西大学生命科学与技术学院南宁530004 华中农业大学信息学院武汉430070

高质量的参考基因组是基因组学研究的基础。目前,大多数的参考基因组仍然是不完整的。随着长读长测序技术的不断发展,完成端粒到端粒(telomere-to-telomere,T2T)基因组组装的物种越来越多。T2T基因组为深入研究着丝粒等复杂区域奠定了基... 详细信息

高质量的参考基因组是基因组学研究的基础。目前,大多数的参考基因组仍然是不完整的。随着长读长测序技术的不断发展,完成端粒到端粒(telomere-to-telomere,T2T)基因组组装的物种越来越多。T2T基因组为深入研究着丝粒等复杂区域奠定了基础,对功能基因的挖掘和重要生物机制的研究具有重要意义。本文概述了植物T2T基因组的研究进展,结合实例介绍了相应的组装策略,讨论了T2T基因组的意义和面临的挑战,并对未来的发展前景进行了展望。

关键词： T2T基因组测序技术基因组组装植物基因组

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类枯草杆菌蛋白酶基因GmSBT1在大豆共生固氮中的功能

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华中农业大学学报 2024年第4期43卷 133-139页

作者：雷思杰黄诗宸李友国林会农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室/华中农业大学生命科学技术学院武汉430070

为研究SBT(subtilases)家族蛋白在豆科植物共生固氮中的作用机制,分别利用生物信息学分析、时空表达定位、GUS染色定位和基因沉默等方法来研究GmSBT1在大豆-根瘤菌共生中的作用。结果显示:GmSBT1受根瘤菌特异性诱导,在成熟根瘤中高量表... 详细信息

为研究SBT(subtilases)家族蛋白在豆科植物共生固氮中的作用机制,分别利用生物信息学分析、时空表达定位、GUS染色定位和基因沉默等方法来研究GmSBT1在大豆-根瘤菌共生中的作用。结果显示:GmSBT1受根瘤菌特异性诱导,在成熟根瘤中高量表达,且在根瘤皮层以及含菌细胞中发挥功能。GmSBT1-RNAi植株地上鲜质量、瘤质量、固氮酶活显著降低。结果表明,GmSBT1蛋白对根瘤的形成和发育以及根瘤的固氮具有重要的作用。

关键词：蛋白酶类枯草杆菌蛋白酶根瘤菌共生固氮大豆

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江汉平原黑杨湿心材细菌微生物群落结构解析

华中农业大学学报 2024年第4期43卷 221-229页

作者：周靖钰黄国伟张亚东祁高富张新叶华中农业大学生命科学技术学院武汉430070 湖北省林业科学研究院武汉430079

为探究细菌微生物群落在杨树湿心材发病过程中的作用,以江汉平原6年生华石2号黑杨湿心材和正常材为研究对象,采用高通量测序对16S rRNA基因V5―V7区进行测序,对测序列结果进行信息学分析,利用主成分分析、α多样性指数分析和微生物网络... 详细信息

为探究细菌微生物群落在杨树湿心材发病过程中的作用,以江汉平原6年生华石2号黑杨湿心材和正常材为研究对象,采用高通量测序对16S rRNA基因V5―V7区进行测序,对测序列结果进行信息学分析,利用主成分分析、α多样性指数分析和微生物网络分析技术等方法,探究6年生黑杨湿心材和正常材细菌微生物群落结构和组成差异。结果表明:6年生华石2号黑杨湿心材和正常材细菌微生物群落属水平上,劳尔氏菌属和拟杆菌属的细菌丰度最高,拟杆菌属、多形单胞菌属和氢孢菌属在湿心材中占比显著高于正常材(P生物群落功能分析显示,劳尔氏菌属多为植物病原菌,在湿心材中广泛存在。α多样性指数分析表明,湿心材群落多样性和物种分布均匀度高于正常材,物种总数低于正常材。共现网络研究表明,黑杨正常材细菌微生物之间存在较多的竞争和拮抗作用,群落较不稳定,湿心材细菌间存在更多的协同和互生关系,微生物群落较稳定。关键微生物分析表明,6年生黑杨湿心材中关键细菌微生物是Aquabacterium、WCHB1-32等,6年生黑杨正常材中关键细菌微生物是Pleomorphomonas、Dysgonomonas,这些关键微生物在稳定湿心材微生物网络结构中发挥着重要作用。以上结果表明,黑杨湿心材形成受多方面因素的影响,是由微生物群落共同作用产生的结果。

关键词：黑杨湿心材高通量测序细菌微生物群落

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近10年光合作用领域若干重要研究进展

植物生理学报 2024年第2期60卷 211-247页

作者：杨文强林荣呈端木德强李磊卢从明欧阳敏王文达孙韬田利金王柏臣朱新广中国科学院植物研究所光生物学重点实验室北京100093 华中农业大学生命科学技术学院农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室武汉430070 南开大学生命科学学院天津300071 山东农业大学生命科学学院小麦育种全国重点实验室山东泰安271018 华中农业大学生命科学技术学院作物遗传改良全国重点实验室武汉430070 天津大学生物安全战略研究中心天津300072 中国科学院分子植物科学卓越创新中心上海200032

光合作用是地球上几乎所有生命的能量和物质基础,其应用与农业、能源和环境的可持续发展密切相关。本文主要概述了近10年来光合作用研究在光合膜蛋白结构与光反应机理、光合碳代谢、叶绿体生物发生与发育、光合作用蛋白质量控制、光合... 详细信息

光合作用是地球上几乎所有生命的能量和物质基础,其应用与农业、能源和环境的可持续发展密切相关。本文主要概述了近10年来光合作用研究在光合膜蛋白结构与光反应机理、光合碳代谢、叶绿体生物发生与发育、光合作用蛋白质量控制、光合色素合成与叶绿体反向信号、光保护与环境适应、光合作用与农业、光合作用与合成生物学和光合产氢与人工光合作用等方向的前沿进展,探讨了未来发展趋势。

关键词：光合作用叶绿体光保护蛋白质量控制碳代谢光反应合成生物学

基于SNP芯片信息分析西藏四个本地牛种的血统组成

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畜牧兽医学报 2024年

作者：马龙刚刘楠尼玛群宗王欣陆健毛华明陈功旦增欧珠拉巴次仁张楠于福清王雅春中国农业大学动物科学技术学院西藏自治区动物疫病预防控制中心北京奶牛中心全国畜牧总站云南农业大学动物科学技术学院北京交通大学生命科学与生物工程研究院

旨在探究西藏4个本地牛种的遗传结构和血统组成。本研究以22头高原荷斯坦牛与20头高原娟姗牛以及45头美国婆罗门牛、46头云南瘤牛和11头婆罗门牛为参照标准品种，待测样品为四个西藏本地品种的177头牛。通过Illumina GGP100K芯片杂交获... 详细信息

旨在探究西藏4个本地牛种的遗传结构和血统组成。本研究以22头高原荷斯坦牛与20头高原娟姗牛以及45头美国婆罗门牛、46头云南瘤牛和11头婆罗门牛为参照标准品种，待测样品为四个西藏本地品种的177头牛。通过Illumina GGP100K芯片杂交获取所有待测个体的SNPs数据，利用MEGA X和Admixture等软件对SNPs进行遗传结构与血统组成分析。结果表明，西藏牛较其他西藏本地牛种与荷斯坦牛和娟姗牛有更近的遗传关系；部分樟木牛和阿沛甲咂牛将西藏牛分为两个大群；日喀则驼峰牛与云南瘤牛遗传关系更近。在日喀则驼峰牛群体中，高原牛血统比例超过90%，在阿沛甲咂牛与西藏牛群体中，高原牛血统也超过了50%，仅在樟木牛群体中，高原牛血统比例为33.15%。其次，在樟木牛群体中，瘤牛血统占比高达18.27%，在阿沛甲咂牛、西藏牛与日喀则驼峰牛群体中，瘤牛血统较少（5%）。在阿沛甲咂牛群体内有高达35.94%的普通牛血统，在樟木牛群体内，奶牛血统高达48.58%。本研究对西藏本地牛种今后的杂交扩繁和横交固定提供了重要指导作用，也为阿沛甲咂牛与樟木牛两个濒危品种的资源保护和利用提供了理论参考。

关键词：阿沛甲咂牛樟木牛西藏牛日喀则驼峰牛 SNPs数据遗传结构血统组成

靶向敲除棉花Gh AGL16高效sg RNA的筛选

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中国农业科学 2024年第6期57卷 1023-1033页

作者：雷建峰尤扬子张锦恩代培红于莉杜正阳李月刘晓东新疆农业大学农学院/棉花教育部工程研究中心新疆农业大学生命科学学院

【目的】AGL16是棉花MADS-box基因家族中一个重要的转录负调控因子，在抵御干旱和盐胁迫过程中发挥着重要作用。利用病毒介导的基因编辑技术（virus-induced gene editing,VIGE）筛选靶向敲除棉花GhAGL16的sgRNAs，并验证这些sgRNAs的... 详细信息

【目的】AGL16是棉花MADS-box基因家族中一个重要的转录负调控因子，在抵御干旱和盐胁迫过程中发挥着重要作用。利用病毒介导的基因编辑技术（virus-induced gene editing,VIGE）筛选靶向敲除棉花GhAGL16的sgRNAs，并验证这些sgRNAs的特异性，为定向创制棉花agl16突变体奠定重要基础。【方法】根据在棉花YZ-1中A亚组和D亚组上实际克隆GhAGL16的基因组序列，预测了3个能靶向敲除GhAGL16的sgRNAs；基于棉花叶皱缩病毒（cotton leaf crumple virus,CLCrV）介导的VIGE系统，构建3个CLCrV-AtU6-26::GhAGL16-sgRNAs表达载体；利用qPCR检测Cas9超表达（Cas9over-expression,Cas9-OE）植株中Cas9的表达量，确定Cas9是否稳定遗传表达；将3个CLCrV-AtU6-26::GhAGL16-sgRNAs表达载体分别转化Cas9-OE棉花子叶，并通过PCR/RE方法检测3个靶点的突变情况；利用生物信息学方法分析3个GhAGL16-sgRNAs的二级结构；对突变植株进行Hi-TOM高通量测序，明确基因编辑效率。同时，对转化GhAGL16-sgRNA2的突变植株进行脱靶率鉴定，检测基因编辑的特异性。【结果】成功构建了3个能同时靶向敲除GhAGL16-A亚组和GhAGL16-D亚组序列的sgRNAs。对不同Cas9-OE植株中Cas9表达量检测结果表明，Cas9在不同Cas9-OE棉株中稳定表达。用3个CLCrV-AtU6-26::GhAGL16-sgRNAs表达载体转化Cas9-OE棉花子叶，PCR/RE突变检测结果表明，GhAGL16-sgRNA2可有效用于GhAGL16的靶向敲除，在棉花A亚组和D亚组靶位点上出现了不同碱基缺失的突变类型，而GhAGL16-sgRNA1和GhAGL16-sgRNA3是2个无效sgRNA。3个GhAGL16-sgRNAs的二级结构分析结果表明，GhAGL16-sgRNA1和GhAGL16-sgRNA3可能存在引导序列容易与其他序列发生配对并且不易解链的现象，干扰了引导序列对目标位点的识别，导致sgRNA无效。进一步量化GhAGL16-sgRNA2对GhAGL16的编辑效率，对每一株转化CLCrV-AtU6-26::GhAGL16-sgRNA2的Cas9-OE植株突变检测结果表明，在转化的9株Cas9-OE植株中有6株发生了突变，突变效率为66.67%。此外，Hi-TOM高通量测序结果表明，GhAGL16-sgRNA2对GhAGL16的编辑效率为13.69%—54.42%。脱靶率鉴定结果表明，预测的4个潜在脱靶位点都没有发现脱靶现象，说明GhAGL16-sgRNA2不仅具有高效的基因编辑效率，而且具有专一的基因编辑特异性。【结论】利用CLCrV介导的VIGE系统转化Cas9-OE棉花筛选获得1个能高效敲除GhAGL16的sgRNA，为定向创制棉花agl16突变体提供了理想的sgRNA。

关键词：棉花 GhAGL16 sgRNA 突变体 VIGE 脱靶

286份甘蓝型油菜种质苗期耐盐碱性综合评价

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植物遗传资源学报 2024年第3期25卷 356-372页

作者：薛天源鲁金春子何思晓余忆陈敬东文静沈金雄傅廷栋曾长立万何平江汉大学生命科学学院/湖北省汉江流域特色生物资源保护开发与利用工程技术研究中心武汉430056 华中农业大学植物科学技术学院/国家油菜工程技术研究中心武汉430070

对286份甘蓝型油菜品系进行苗期耐盐碱性鉴定,通过水培试验,测定盐碱胁迫处理下叶片数、绿叶数、绿叶比、株高、根长、根重等指标,通过盐碱胁迫综合评价值(D值)、极端材料筛选分析、相关性、主成分、隶属函数、频数分析和逐步回归分析法... 详细信息

对286份甘蓝型油菜品系进行苗期耐盐碱性鉴定,通过水培试验,测定盐碱胁迫处理下叶片数、绿叶数、绿叶比、株高、根长、根重等指标,通过盐碱胁迫综合评价值(D值)、极端材料筛选分析、相关性、主成分、隶属函数、频数分析和逐步回归分析法,对不同基因型的油菜种质建立苗期耐盐碱性综合评价模型并筛选出适宜的评价鉴定指标。盐碱胁迫下,叶片数与株高呈负相关,两者的相关系数未达到显著性,其他性状之间均呈正相关并达到了显著或极显著水平。利用主成分分析法将7个耐盐碱指标综合为4个主成分,可代表油菜耐盐碱性88.349%的原始数据信息量。依据4个主成分的相对重要性(权重)进行加权,得到不同基因型的耐盐碱性综合评价值(D值)。结合隶属函数分析和极端材料筛选分析,筛选出4份耐碱盐的甘蓝型油菜种质和4份盐碱敏感种质。逐步回归分析结果表明,在油菜苗期测定其绿叶数、绿叶比、地上重、根长和根重,通过回归方程估算其D值,可以初步判断甘蓝型油菜种质资源耐盐碱性。

关键词：甘蓝型油菜苗期盐碱胁迫种质资源筛选综合评价

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有涌现性功能的合成菌群在作物育种上的应用前景

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合成生物学 2024年第1期5卷 144-153页

作者：高春辉杨宁王创侯时季严建兵郑金水李锦吴尘聊蔡鹏华中农业大学资源与环境学院农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室湖北武汉430070 华中农业大学植物科学技术学院作物遗传改良全国重点实验室湖北武汉430070 湖北省洪山实验室湖北武汉430070 华中农业大学信息学院微生物农药国家工程研究中心湖北武汉430070

在农业生态系统中,微生物具有丰富多样的复杂生态学功能,这些功能的产生具有涌现性。所谓涌现性,指的是复杂系统中随着系统复杂性增加产生的新特性。有趣的是,虽然涌现性功能源于多物种的共同作用,但是所需物种数量通常较少。这不但为... 详细信息

在农业生态系统中,微生物具有丰富多样的复杂生态学功能,这些功能的产生具有涌现性。所谓涌现性,指的是复杂系统中随着系统复杂性增加产生的新特性。有趣的是,虽然涌现性功能源于多物种的共同作用,但是所需物种数量通常较少。这不但为利用合成菌群探究涌现性功能的产生提供了可能,而且还为应用合成菌群改造植物菌群提供了抓手。种子菌群作为植物最早的微生物群落,其所包含的微生物具有多样性相对较低的特点。但是,其在植物共生菌群的演化过程中却具有重要作用。此外,受限于种子干燥、贫营养的微生境条件,生物膜是微生物在种子表面和内部存在的主要形式。因此,本文提出以有涌现性功能的合成微生物群落为种子包衣,或可成为在植物微生物组调控中最关键时间节点、最易于开展阶段的有效干预途径。在此基础上,分别从宿主和菌群角度介绍了调控种子菌群涌现性功能的潜在因素。在智慧农业的场景下,通过与种子芯片技术、无人智能化平台的结合,或可在农田中实现合成菌群的大规模施用和功能动态实时监测,为发掘具有特定功能的合成微生物群落、开展基于种子合成菌群生物膜包衣的应用提供可行途径,进而有望为微生物-作物联合育种技术的发展带来重大变革。

关键词：植物-微生物互作种子菌群生物膜合成微生物群落涌现性

玉米ACO基因家族生物信息学及表达模式分析

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中国农业科学 2024年第7期57卷 1308-1318页

作者：王程泽张燕付伟贾京哲董金皋申珅郝志敏河北农业大学生命科学学院/华北作物改良与调控国家重点实验室/河北省农业微生物生物信息利用技术创新中心/河北省植物生理与分子病理学重点实验室邯郸学院

【目的】对玉米1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶ACO基因家族进行全基因组鉴定，分析其在玉米不同器官和不同发育时期以及响应外源激素和病菌侵染中的表达模式，为明确玉米ACO基因家族功能打下基础。【方法】利用生物信息学方法，在玉米B73自... 详细信息

【目的】对玉米1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶ACO基因家族进行全基因组鉴定，分析其在玉米不同器官和不同发育时期以及响应外源激素和病菌侵染中的表达模式，为明确玉米ACO基因家族功能打下基础。【方法】利用生物信息学方法，在玉米B73自交系基因组中鉴定ACO，对其基因结构、蛋白质理化性质、家族成员间的亲缘关系以及保守基序进行分析，利用实时荧光定量PCR(real-time fluorescence quantitative PCR,qRT-PCR)技术分析ZmACO基因家族的表达模式。【结果】除ZmACO11外，ZmACO家族成员均具有Fe2+离子结合位点和底物抗坏血酸结合位点。系统发育分析显示，ZmACO2与ScACO在同一分支，亲缘关系较近，Bootstrap值达98。基因表达分析表明，ZmACO2、5、9、15、20、35在各发育时期均活跃表达，且在叶片中呈优势表达，因此选择上述6个基因进行下一步检测。喷施乙烯利后，上述6个基因的表达均有所波动，其中ZmACO2的表达量受影响较大，变化幅度在8倍左右。在乙烯利处理的0—24 h内这6个基因的表达量存在波动，但在处理后24 h,6个基因的表达量均接近0。水杨酸处理后，ZmACO5的表达量受影响较大，变化倍数在2倍左右。其他基因的表达量在处理后24 h均接近0。ZmACO9、35在3—12 h的表达量存在波动，ZmACO2、15、20表达量呈下调趋势。在响应生物胁迫方面，接种玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica）后，ZmACO5、9的表达量变化幅度最大，在接种后第10天，这两个基因的表达量分别升至对照组的50和60倍。接种玉米小斑病菌（Cochlibolus heterostrophus）后，ZmACO5的表达量变化幅度较大，变化倍数在40—90倍。接种立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）后，ZmACO5、35表达量变化幅度最大，在病菌接种的第3天达到200倍。【结论】ZmACO2、5、20、35在玉米生长发育过程中表达变化最活跃；施加外源乙烯利和水杨酸可以对ZmACO的表达水平造成显著影响。病菌侵染玉米后ZmACO的表达水平产生显著变化，与生物胁迫应答关系密切。

关键词：玉米ACO基因家族实时荧光定量PCR 基因表达乙烯利水杨酸玉米大斑病菌玉米小斑病菌立枯丝核菌