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柑橘多组学研究进展与展望

基因组学与应用生物学 2024年第5期43卷 729-737页

作者：刘思诗陈春丽张建伟华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室武汉430070 华中农业大学果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室武汉430070

多组学已成为柑橘植物基础研究领域的主要手段之一。系统化高通量组学技术与生物信息学分析有助于深入回答柑橘的遗传机制、基因调控、代谢途径、生长发育和应对逆境等生物学问题,从而为柑橘分子育种和品质改良提供信息支撑。本文介绍... 详细信息

多组学已成为柑橘植物基础研究领域的主要手段之一。系统化高通量组学技术与生物信息学分析有助于深入回答柑橘的遗传机制、基因调控、代谢途径、生长发育和应对逆境等生物学问题,从而为柑橘分子育种和品质改良提供信息支撑。本文介绍柑橘植物在基因组、转录组、蛋白质组、代谢组、表观基因组、表型组和微生物组的研究进展及应用,并讨论相关研究的发展前景。

关键词：柑橘多组学基因家族

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植物半纤维素合成修饰与细胞壁遗传改良

生物工程学报 2024年第4期40卷 1002-1016页

作者：管伦王艳婷刘晓峰彭良才杨巧梅浙江海洋大学海洋科学与技术学院生物化学与分子生物学实验室浙江舟山316000 华中农业大学植物科学与技术学院湖北武汉430070

半纤维素作为植物细胞壁的主要成分,约占其干物质量的1/3,是自然界中除纤维素以外含量最丰富的再生生物质资源。半纤维素在植物细胞壁中与纤维素、木质素等组分紧密交联,形成了顽固的抗降解屏障。通过精准遗传改良植物细胞壁结构与特性... 详细信息

半纤维素作为植物细胞壁的主要成分,约占其干物质量的1/3,是自然界中除纤维素以外含量最丰富的再生生物质资源。半纤维素在植物细胞壁中与纤维素、木质素等组分紧密交联,形成了顽固的抗降解屏障。通过精准遗传改良植物细胞壁结构与特性,可以在保证植物正常生长发育的前提下,大幅提高木质纤维素降解效率。本文主要综述了半纤维素在植物细胞壁中的结构分布、半纤维素与细胞壁其他组分的交联方式,以及半纤维素合成修饰对细胞壁降解效率的影响,为能源作物的遗传改良提供了参考。

关键词：细胞壁半纤维素遗传改良降解效率

浙江地方特色品种温岭高橙无核潜力新种质创制及分子鉴定

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果树学报 2024年第4期41卷 590-597页

作者：张成磊师小舒陈昊谢善鹏卢鑫伍小萌刘高平郭文武解凯东台州科技职业学院·台州市园艺生物技术重点实验室浙江台州318020 华中农业大学果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室武汉430070 浙江省台州市黄岩区果树技术推广总站浙江台州318020

【目的】温岭高橙是浙江台州地方特色品种,栽培历史悠久,且具有一定的保健和药用价值,但果实有核限制了其在台州以外地区的发展,因此利用细胞工程高效育种技术对温岭高橙进行无核化改良。【方法】通过2条育种途径,一是以二倍体温岭高橙... 详细信息

【目的】温岭高橙是浙江台州地方特色品种,栽培历史悠久,且具有一定的保健和药用价值,但果实有核限制了其在台州以外地区的发展,因此利用细胞工程高效育种技术对温岭高橙进行无核化改良。【方法】通过2条育种途径,一是以二倍体温岭高橙为母本与异源四倍体为父本倍性杂交,授粉后90 d利用幼胚离体挽救培养和流式细胞仪倍性鉴定创制三倍体无核新种质;二是以雄性不育胞质杂种华柚2号为母本与温岭高橙有性杂交,通过成熟种子催芽播种,创制二倍体无核新种质。利用SSR分子标记对杂交后代进行分子鉴定。【结果】以温岭高橙为母本、异源四倍体NS和BDZNS为父本配置2个倍性杂交组合,授粉145朵花,坐果74个;胚抢救幼嫩种子1520粒,离体培养获得再生植株553株;用流式细胞仪对再生植株进行倍性鉴定,获得三倍体45株、四倍体8株;以华柚2号为母本与温岭高橙有性杂交,授粉69朵花,坐果20个,获得成熟种子312粒;通过催芽播种获得实生后代203株,倍性鉴定均为二倍体;用SSR分子标记对2个倍性杂交组合的21株三倍体和8株四倍体后代及华柚2号×温岭高橙随机选取的29株二倍体后代进行分子鉴定,显示所鉴定的三倍体及二倍体后代均含有父本特异条带,为其杂交双亲的有性后代,而倍性杂交获得的四倍体后代与母本条带完全一致,推测其为母本珠心细胞自然加倍形成的同源四倍体(双二倍体)。【结论】研究结果为温岭高橙无核新品种培育奠定了宝贵的材料基础。

关键词：柑橘无核育种倍性杂交华柚2号

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作物熟性遗传及相关基因功能研究进展

分子植物育种 2024年

作者：李玲单建伟王丽刘计涛宋波涛李小波华中农业大学园艺林学学院农业农村部马铃薯生物学与生物技术重点实验室广东省农业科学院作物研究所广东省农作物遗传改良重点实验室

熟性是作物遗传育种的一个重要目标。早熟作物生育期短，经济效益高，对促进农业高质量发展具有重要意义。解析作物熟性的分子遗传机制是加速作物早熟品种选育的必要前提。作物生育期是受多基因控制的数量性状，且易受环境影响，遗传调... 详细信息

熟性是作物遗传育种的一个重要目标。早熟作物生育期短，经济效益高，对促进农业高质量发展具有重要意义。解析作物熟性的分子遗传机制是加速作物早熟品种选育的必要前提。作物生育期是受多基因控制的数量性状，且易受环境影响，遗传调控机制复杂，制约了作物早熟性状的基础研究和早熟品种的选育进程。本研究概述了水稻、小麦、玉米和马铃薯早熟性状的形态指标、遗传特性、QTL定位、基因功能分析以及分子调控机制等方面的研究进展，针对作物熟性研究及育种中存在的困难、应对策略进行了讨论与展望，期望为作物熟性调控的分子机制解析和早熟品种的培育提供参考。

关键词：作物生育期早熟基因熟性遗传

棉花AP2/ERF转录因子Gh TINY2负调控植株抗盐性的功能分析

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作物学报 2024年第1期50卷 126-137页

作者：肖胜华陆妍李安子覃耀斌廖铭静闭兆福卓柑锋朱永红朱龙付广西大学农学院/亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室广西南宁530000 华中农业大学/作物遗传改良国家重点实验室湖北武汉430000

棉花属于相对耐盐作物,但高盐胁迫同样会造成棉花产量和纤维品质的大幅下降。深入挖掘抗盐基因并解析棉花响应盐胁迫的分子机理,对加快棉花抗盐遗传改良育种进程具有重要意义。本研究从棉花响应盐胁迫的转录组数据中鉴定到一个受盐诱导... 详细信息

棉花属于相对耐盐作物,但高盐胁迫同样会造成棉花产量和纤维品质的大幅下降。深入挖掘抗盐基因并解析棉花响应盐胁迫的分子机理,对加快棉花抗盐遗传改良育种进程具有重要意义。本研究从棉花响应盐胁迫的转录组数据中鉴定到一个受盐诱导极显著下调表达的AP2/ERF转录因子GhTINY2,并分析了GhTINY2超表达拟南芥的抗盐表型和各生理指标。结果显示,在盐胁迫下,GhTINY2超表达植株的种子萌发率显著下降;脯氨酸、可溶性糖、叶绿素含量等均显著减少;多个盐胁迫响应基因显著下调表达;因而表现出更为严重的叶片萎蔫枯黄表型。通过分析GhTINY2超表达拟南芥中的RNA-seq数据,发现差异表达基因(DEGs)富集到叶绿素代谢、刺激响应等生物过程中,且DEGs均呈下调表达趋势。此外,在棉花中通过病毒诱导的基因沉默(VIGS)试验沉默GhTINY2后,TRV:GhTINY2植株在盐胁迫下叶绿素和脯氨酸含量显著增加,从而增强了棉花的抗盐性。综上,GhTINY2是棉花中一个负调控盐胁迫抗性的重要基因,未来将有望通过现代基因工程技术利用GhTINY2创制耐盐棉花材料。

关键词：棉花 GhTINY2 盐胁迫转录因子转基因

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穿心莲TCP基因家族全基因组鉴定及非生物胁迫下的表达分析

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中国中药杂志 2024年第2期49卷 379-388页

作者：张龙徐世强李静宇胡学博顾艳王继华广东省农业科学院作物研究所广东省农作遗传改良重点实验室广东广州510640 华中农业大学植物科学技术学院湖北武汉430070

穿心莲是我国岭南地区重要的药用植物,具有清热解毒、抗菌消炎等功效。TCP基因家族是调控植物生长发育和胁迫响应的一类转录因子。为解析TCP基因家族成员在穿心莲非生物胁迫下的作用,该研究基于全基因组水平鉴定穿心莲TCP基因家族,并进... 详细信息

穿心莲是我国岭南地区重要的药用植物,具有清热解毒、抗菌消炎等功效。TCP基因家族是调控植物生长发育和胁迫响应的一类转录因子。为解析TCP基因家族成员在穿心莲非生物胁迫下的作用,该研究基于全基因组水平鉴定穿心莲TCP基因家族,并进行了其响应非生物胁迫的表达模式分析。结果表明,穿心莲TCP基因家族共有23个成员,氨基酸长度为136~508 aa,相对分子质量为14854.71~55944.90 kDa,等电点为5.67~10.39,均定位于细胞核,不均匀分布于13条染色体上,系统进化分析将其划分为3个亚家族:PCF、CIN和CYC/TB1。基因结构和保守基序分析显示绝大多数TCP基因家族成员均含有相同排列顺序的motif 1、motif 2、motif 3和1~3个CDS。启动子顺式作用元件分析表明穿心莲TCP基因家族的转录表达可能受光、激素和逆境胁迫的诱导;结合TCP基因家族响应逆境胁迫的表达模式分析和qRT-PCR验证,预测到ApTCP4、ApTCP5、ApTCP6和ApTCP11可能参与响应干旱、高温和MeJA等多种非生物胁迫。该研究为深入挖掘穿心莲TCP基因响应非生物胁迫下的功能奠定基础。

关键词：穿心莲 TCP转录因子基因家族非生物胁迫

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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

国内外153份小麦种质条锈病抗性鉴定与评价

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中国农业科学 2024年第1期57卷 18-33页

作者：周警卫叶博伟张朋飞张宇庆郝敏尹毓若袁婵李志康李顺达夏先春何中虎张宏军兰彩霞华中农业大学植物科学技术学院/湖北洪山实验室湖北省农业科学院粮食作物研究所中国农业科学院作物科学研究所/国家小麦改良中心

【目的】条锈病是威胁小麦安全生产的重要真菌病害，了解国内外育种材料抗性水平和抗病基因的分布，发掘新的抗性资源，为提高抗病基因利用效率提供依据。【方法】利用中国当前条锈菌优势生理小种CYR33和CYR34对153份国内外小麦育种材... 详细信息

【目的】条锈病是威胁小麦安全生产的重要真菌病害，了解国内外育种材料抗性水平和抗病基因的分布，发掘新的抗性资源，为提高抗病基因利用效率提供依据。【方法】利用中国当前条锈菌优势生理小种CYR33和CYR34对153份国内外小麦育种材料进行苗期抗性鉴定，于2018—2019、2019—2020和2020—2021年，在湖北鄂州，利用这两个小种对供试材料进行成株期抗性鉴定；结合已知抗性基因Yr5、Yr9、Yr10、Yr15、Yr17、Yr18、Yr26、Yr29和YrSP等功能标记或紧密连锁分子标记进行基因型检测。【结果】苗期结果显示，10份材料对CYR33表现免疫（反应型IT为0），包括7份国内材料（即山农28、漯麦163、石麦13、中意6号、郯麦98-2、中麦175和泰山21）和3份国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）材料（CIM-53、CIM-60和CIM-71）；仅2份国内材料在苗期对CYR34小种表现免疫（郯麦98-1和山农102）。此外，成株期条锈病田间鉴定显示，64份材料在田间3年均表现出稳定抗性（最终严重度≤5%），包括7份国内材料和57份CIMMYT材料。利用抗病基因功能标记或紧密连锁分子标记检测显示，153份材料中携带Yr9、Yr10、Yr17、Yr18、Yr26、Yr29和YrSP抗性基因的材料分别有31、23、73、2、4、50和2份，未检测到含有Yr5和Yr15的材料。综合苗期和成株期表型，仅CIM-53对2个生理小种在苗期和成株期均表现为免疫（IT=0，严重度为0），分子标记检测显示，该材料可能含有已知抗病基因Yr17和Yr29。【结论】国内外153份小麦种质对当前条锈菌流行生理小种的抗性主要以成株抗性为主，其中国内小麦品种主要携带Yr9、Yr10和Yr26抗性基因，而CIMMYT小麦品系则携带Yr17、Yr18和Yr29为主，表明通过聚合1—2个非免疫苗期抗性基因和2—3个成株抗性基因，在成株期多个环境条件下均表现出近免疫抗性水平，是CIMMYT小麦品系保持持久抗性的主要原因。亟待广泛挖掘抗源，发掘新的抗病基因，充分利用现代生物技术手段快速培育具有持久抗性且农艺性状优良的小麦新品种，进一步提高中国麦区条锈病整体抗性水平。

关键词：小麦条锈病苗期抗性成株抗性抗病基因分子标记抗病性鉴定

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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