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玉米镰孢菌复合病原茎腐病抗性种质资源鉴定及抗性基因挖掘

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中国农业科学 2024年第13期57卷 2509-2524页

作者：桂翠林马亮王银莹谢富贵赵彩宏王文淼李鑫王青高夕全南京农业大学农学院/作物遗传与种质创新和利用全国重点实验室/江苏省现代作物生产协同创新中心

【目的】玉米茎腐病是我国玉米主产区普遍发生的重要病害之一，自然条件下，玉米茎腐病多由多种病原菌共同侵染造成。筛选抗禾谷镰孢菌（Fusarium graminearum）和拟轮枝镰孢菌（Fusarium verticillioides）复合侵染的优异玉米种质，鉴... 详细信息

【目的】玉米茎腐病是我国玉米主产区普遍发生的重要病害之一，自然条件下，玉米茎腐病多由多种病原菌共同侵染造成。筛选抗禾谷镰孢菌（Fusarium graminearum）和拟轮枝镰孢菌（Fusarium verticillioides）复合侵染的优异玉米种质，鉴定与复合病原引起的茎腐病抗性相关数量性状核苷酸（quantitative trait nucleotide,QTN），挖掘抗性候选基因，为玉米抗复合病原抗性分子育种提供基因资源和理论借鉴。【方法】以一个玉米自然群体为试验材料，接种F. graminearum和F. verticillioides复合病原菌，鉴定茎腐病表型；利用全基因组关联分析，筛选显著抗性SNP位点，预测抗病候选基因。【结果】通过田间和室内2个环境下接种复合病原后的茎腐病表型鉴定试验，发现不同来源和亚群的自交系对复合病原侵染的表型差异显著。田间表型鉴定结果表明，收集于中国的自交系普遍抗性较高，而美国的自交系普遍感病性较高；热带及亚热带亚群的自交系抗性较高，混合型亚群的自交系感病性较高。室内表型鉴定结果表明，收集于美国的自交系材料抗性较高，国际玉米小麦改良中心的自交系材料感病性高；硬秆亚群的玉米种质表现较高抗性，混合型亚群的种质表现较高感病性。于田间和室内2个环境下分别筛选出29份和16份对复合病原侵染具有较高抗性水平的种质，2个环境共同筛选到6份抗病种质。基于田间表型GWAS分析，鉴定到18个与复合病原茎腐病抗性显著相关的QTN，挖掘出93个抗病候选基因；有4个基因表现出单倍型变异，且接种后基因表达水平在抗病材料中呈上调趋势。【结论】利用遗传背景丰富的玉米自然群体，在2个环境中共同鉴定出6份玉米镰孢菌复合病原茎腐病抗性材料，可作为潜在的玉米抗茎腐病育种种质资源；挖掘出4个可能参与复合病原菌抗性的候选基因，为玉米镰孢菌复合病原茎腐病抗性育种提供基因资源。

关键词：玉米茎腐病禾谷镰孢菌拟轮枝镰孢菌复合侵染全基因组关联分析抗性基因

细胞分裂素受体基因SlHK4突变对番茄开花时间的影响

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南京农业大学学报 2024年第3期47卷 424-434页

作者：刘艳洁赵晓冰王枫丁静南京农业大学作物遗传与种质创新利用全国重点实验室/园艺学院江苏南京210095

[目的]本研究旨在解析细胞分裂素受体基因SlHK4突变对番茄开花时间的影响,为揭示细胞分裂素途径调控植物开花的分子机制奠定基础。[方法]以细胞分裂素受体基因SlHK4的2个纯合突变株系slhk4-4和slhk4-5及野生型(WT)番茄为材料,统计各株... 详细信息

[目的]本研究旨在解析细胞分裂素受体基因SlHK4突变对番茄开花时间的影响,为揭示细胞分裂素途径调控植物开花的分子机制奠定基础。[方法]以细胞分裂素受体基因SlHK4的2个纯合突变株系slhk4-4和slhk4-5及野生型(WT)番茄为材料,统计各株系开花时间,并在发芽26 d后取植株茎尖进行石蜡切片显微观察、响应细胞分裂素的荧光信号检测以及转录组测序等分析。[结果]slhk4-4和slhk4-5突变体的始花节位与WT相同,但始花时间分别比WT晚6和4 d。与WT相比,slhk4-5茎尖花分生组织分化推迟,细胞显著减小,细胞数目略少;slhk4-4与细胞分裂素响应启动子TCSn驱动的绿色荧光蛋白基因GFP过表达株系的杂交F 1代茎尖中,响应细胞分裂素的GFP荧光信号显著减弱;slhk4-5茎尖中细胞周期正调控基因Cyclin-B1-2表达下调,开花正调控基因FUL2、SOC1表达上调,而花发育基因AGL12和AGL19表达下调,开花调控相关基因的表达变化趋势与slhk4-5开花推迟的性状变化不完全一致。差异表达基因(DEG)的功能分析显示,57.6%具有功能注释的DEG是富集于光合作用、呼吸作用、蛋白合成和代谢等相关通路中的结构基因,其中88.2%在slhk4-5茎尖中的表达下调,表明slhk4茎尖的细胞活性很可能弱于WT。[结论]细胞分裂素受体SlHK4的功能缺失导致slhk4茎尖细胞分裂素信号减弱,花分生组织细胞减小,活性降低,分化延后,进而导致slhk4开花推迟。SlHK4是番茄开花时间的正调控因子。

关键词：番茄细胞分裂素受体 SlHK4 开花时间

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黄瓜-酸黄瓜异附加系鉴定、果实长度变异及其分子机制

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南京农业大学学报 2024年

作者：刘紫薇冯贤波赵勤政夏磊娄群峰南京农业大学园艺学院/作物遗传与种质创新利用全国重点实验室

[目的]本文旨在通过分析不同黄瓜-酸黄瓜异附加系的果实差异，探究附加系中酸黄瓜6号染色体导入引起黄瓜果实变短的分子机制，为黄瓜近缘野生种优异性状挖掘和利用提供理论依据。[方法]采用分子标记和Oligo-FISH鉴定黄瓜-酸黄瓜异附加... 详细信息

[目的]本文旨在通过分析不同黄瓜-酸黄瓜异附加系的果实差异，探究附加系中酸黄瓜6号染色体导入引起黄瓜果实变短的分子机制，为黄瓜近缘野生种优异性状挖掘和利用提供理论依据。[方法]采用分子标记和Oligo-FISH鉴定黄瓜-酸黄瓜异附加系中的外源染色体，对栽培黄瓜‘北京截头’（CC3）和不同黄瓜-酸黄瓜异附加系的果实性状进行统计，开展石蜡切片和转录组测序分析，并利用实时荧光定量PCR技术（RT-qPCR）验证转录组测序结果。[结果]共鉴定出7种异附加系材料，分别为附加酸黄瓜6号染色体CC-H06、8号染色体CC-H08、9号染色体CC-H09及10号染色体CC-H10的单体附加系；附加酸黄瓜6和10号染色体CC-H06+H10的双单体附加系；附加酸黄瓜6、7和11号染色体CC-H06+H07+H11及附加酸黄瓜6、7、10、11和12号染色体CC-H06+H07+H10+H11+H12的多单体附加系。表型统计发现，CC-H08、CC-H09和CC-H10材料的子房和果实长度均与CC3相似，而CC-H06材料较CC3明显变短，表明酸黄瓜6号染色体导入会引起CC3果实变短。石蜡切片结果显示，CC-H06的果实细胞相对于CC3较大，但细胞数目却明显减少。转录组分析表明，CC-H06中分别有695和2770个酸黄瓜及CC3来源的差异表达基因，主要富集在植物激素信号转导、玉米素生物合成、二萜生物合成、色氨酸代谢等激素合成通路。RT-qPCR验证分析与转录组测定结果一致，说明结果真实可靠。[结论]酸黄瓜6号染色体导入会引起CC3果实变短和果实细胞数量减少，CC-H06的果实变短与生长素、细胞分裂素和赤霉素等植物激素共同调控有关。

关键词：黄瓜酸黄瓜异附加系果实转录组

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耐低钾马铃薯品种的筛选与评价

植物学报 2024年第1期59卷 75-88页

作者：刘寅笃脱军康李成举张锋张春利张莹王云姣范又方姚攀锋孙超刘玉汇刘震毕真真白江平甘肃农业大学农学院/干旱生境作物学国家重点实验室/甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室兰州730070

土壤缺钾严重降低了我国马铃薯(Solanum tuberosum)的产量。而不同品种马铃薯对低钾的响应差异较大。因此,采用耐低钾马铃薯品种可通过提高钾素利用效率减少钾肥施用量,成为我国农业可持续发展和绿色发展的重要途径。该研究对30个马铃... 详细信息

土壤缺钾严重降低了我国马铃薯(Solanum tuberosum)的产量。而不同品种马铃薯对低钾的响应差异较大。因此,采用耐低钾马铃薯品种可通过提高钾素利用效率减少钾肥施用量,成为我国农业可持续发展和绿色发展的重要途径。该研究对30个马铃薯品种在正常钾处理(202.5 kg·hm^(-2)K_(2)O)和低钾处理(0 kg·hm^(-2)K_(2)O)下的17个指标进行测定,并对9个代表性指标,包括叶面积指数、根冠比、茎叶干质量、根干质量、单株产量、单株大薯产量、单株小薯产量、块茎干质量和块茎钾积累量进行后续分析。结果表明,在低钾条件下,各项指标均有不同程度的下降。主成分分析表明,这9个指标可转换为4个独立的综合指标,累计贡献率达87.1%。根据综合评价值(D值)和聚类分析,将30个品种分为6类,其中第1类为高度耐低钾品种,包括Lucinda、Favorita、Kexin1、Xisen6、Xingjia2、Helan15和Chuanyin2,第2类为中度耐低钾品种,包括Longshu20、Dingshu3、Jizhang12(W)、Jiuen1、Longshu19和Jizhang12(Y)。此外还建立了耐低钾性评价回归模型Y=–0.595+0.247X_(5)+0.155X_(4)+0.138X_3+0.167X_8+0.088X_(1)+0.081X_(6)+0.097X_9+0.053X_(2)(R^(2)=0.999,P=0.000),利用回归方程对30个品种的估计精度均在90%以上。在低钾条件下,可利用单株产量、根干质量、茎叶干质量、块茎干质量、叶面积指数、单株大薯产量、块茎钾积累量和根冠比快速鉴定耐低钾马铃薯品种。

关键词：马铃薯低钾综合评价品种筛选绿色农业

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耐亚磷酸盐马铃薯的筛选与评价

植物学报 2024年第4期59卷 544-557页

作者：张锋 Richard Dormatey 刘寅笃李成举王云姣张春利张莹范又方姚攀锋毕真真刘玉汇白江平孙超甘肃农业大学农学院/干旱生境作物学国家重点实验室/甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室兰州730070

磷是植物生长发育不可或缺的营养元素之一,正磷酸盐(P)在土壤中含量丰富,但由于土壤的固定作用,其中能被植物吸收利用的有效磷含量并不高,提高植物对土壤磷的吸收利用能力,或优化磷肥施用,已成为亟待解决的问题。土壤中亚磷酸盐(PH)的... 详细信息

磷是植物生长发育不可或缺的营养元素之一,正磷酸盐(P)在土壤中含量丰富,但由于土壤的固定作用,其中能被植物吸收利用的有效磷含量并不高,提高植物对土壤磷的吸收利用能力,或优化磷肥施用,已成为亟待解决的问题。土壤中亚磷酸盐(PH)的含量仅次于正磷酸盐,其具有更高的溶解度,可在植物木质部与韧皮部之间进行双向运输,不易被土壤固定,但亚磷酸盐作为磷肥替代正磷酸盐和选育耐亚磷酸盐作物品种的研究鲜有报道。基于此,该研究选取5份引进的马铃薯(Solanum tuberosum)品种和1个商业品种青薯9号(QS9)为实验材料,经驯化炼苗后直接栽入试验田,设置正常磷肥处理和亚磷酸盐替代处理,测定不同品种的表型、光合作用效率和干物质等指标,以各单项耐亚磷酸盐系数(PTC)为衡量依据,利用主成分分析等方法对不同马铃薯品种的PH耐性进行综合评价。结果表明,6个马铃薯品种可分为高度耐亚磷酸盐型(C115和D13)、弱耐亚磷酸盐型(C20、C31和QS9)和亚磷酸盐敏感型(C80)3类。该研究评价了不同马铃薯品种对亚磷酸盐的耐受性,旨在为马铃薯耐亚磷酸盐品种选育和亚磷酸盐新型肥料开发提供科学依据。

关键词：马铃薯耐亚磷酸盐系数主成分分析隶属函数分析聚类分析综合评价

NMD途径功能缺陷对水稻表型及转录组的影响

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遗传 2024年第7期46卷 540-551页

作者：吴岳阳周小燕吴玉峰黄驹南京农业大学农学院作物遗传与种质资源改良国家重点实验室前沿交叉研究院生物信息学中心南京210095

无义介导的m RNA降解途径(nonsense-mediated mRNA decay,NMD)是细胞内一种关键的RNA质量控制途径,能够有效的降解细胞内错误的m RNA,以保持细胞内部环境的稳定与健康。本研究通过CRISPR/Cas9及amiRNA技术获得水稻NMD途径相关基因UPF1、... 详细信息

无义介导的m RNA降解途径(nonsense-mediated mRNA decay,NMD)是细胞内一种关键的RNA质量控制途径,能够有效的降解细胞内错误的m RNA,以保持细胞内部环境的稳定与健康。本研究通过CRISPR/Cas9及amiRNA技术获得水稻NMD途径相关基因UPF1、UPF1-like、UPF2、UPF3的敲除或敲低型突变体,结合转录组测序和表型观察,探究NMD途径缺陷对水稻基因表达及可变剪接(alternative splicing,AS)的影响。研究结果表明,NMD途径为水稻正常生长所必需,部分缺陷也会造成株高、花粉活力等表型不同程度的变化。对基因表达的分析显示,NMD途径缺陷影响的基因大多表达上调,且ko-upf1-like和kd-upf1对基因表达的影响大于kd-upf2和kd-upf3。具体而言,NMD途径缺陷在水稻中引发了防御反应相关基因表达量的上升及次生代谢相关基因表达量的下降,且在60天龄早衰突变体中影响的基因更为广泛。转录组分析显示,不同的NMD途径相关基因缺陷均改变了数百个可变剪接,这些存在差异可变剪接的基因多与可变剪接调控通路相关,约有一半在不同突变体中共享,且大量富集了NMD靶标的特征。NMD途径能够通过影响可变剪接形式,改变转录本丰度等多种形式,调控防御反应和衰老等通路基因的表达,在水稻维持正常生理功能的过程中有着重要作用。

关键词：无义介导的mRNA降解水稻可变剪接差异表达基因

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外源茉莉酸甲酯诱导大麦叶斑病抗性研究

西北植物学报 2024年第4期44卷 529-538页

作者：叶霈颖司二静鲁宗辉汪军成王化俊孟亚雄省部共建干旱生境作物学国家重点实验室甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室兰州730070 甘肃农业大学农学院兰州730070

【目的】探讨不同浓度外源茉莉酸甲酯(MeJA)诱导大麦抗叶斑病效应差异及其分子机制,为应用MeJA防治大麦叶斑病提供理论依据。【方法】以‘蒙啤麦3号’大麦品种幼苗为材料,设置不接菌(无菌水处理叶片)、接菌(无菌水处理叶片接种麦根腐平... 详细信息

【目的】探讨不同浓度外源茉莉酸甲酯(MeJA)诱导大麦抗叶斑病效应差异及其分子机制,为应用MeJA防治大麦叶斑病提供理论依据。【方法】以‘蒙啤麦3号’大麦品种幼苗为材料,设置不接菌(无菌水处理叶片)、接菌(无菌水处理叶片接种麦根腐平脐蠕孢菌)和接菌+MeJA(0.5,1.0,1.5,2.0,2.5mmol/LMeJA喷施叶片后接菌)3组处理,于三叶期调查叶斑病发病情况,并据此筛选最适MeJA浓度,然后测定不接菌、接菌及接菌+MeJA(最适浓度)下不同处理时间叶片的抗氧化酶、抗病相关酶活性、丙二醛含量、渗透调节物质含量以及相关基因表达水平。【结果】(1)叶面喷施外源MeJA提高了大麦对叶斑病的抗性,1.5mmol/LMeJA处理叶片的病情指数较对照显著降低19.03%,诱导抗性效果最佳;(2)与单独接菌处理相比,1.5mmol/LMeJA处理大麦叶片超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性均显著提高,而其丙二醛、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量显著降低,同时受MeJA调控转录因子及编码抗病相关酶的基因表达量显著上调。【结论】外源喷施1.5mmol/LMeJA通过调节抗病相关酶活性和渗透调节物质含量,以及调控抗病相关酶基因及茉莉酸信号途径关键转录因子基因表达,进而提高大麦植株的叶斑病抗性。

关键词：大麦茉莉酸甲酯叶斑病诱导抗性抗氧化酶

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强冬性和春性甘蓝型油菜变种间杂种优势分析

核农学报 2024年第5期38卷 833-841页

作者：王莹郑国强董小云李辉魏家萍崔俊美武泽峰刘自刚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/甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室甘肃兰州730070

为了研究甘蓝型强冬性与春性油菜变种间亲本组配的杂交组合之间的杂种优势表现,选用8个强冬性甘蓝型油菜和4个春性甘蓝型油菜作为研究材料,组配杂交组合,分析亲本及F1的杂种优势强/弱。结果表明,冬×春组合的F1生育期较冬性亲本明显缩短... 详细信息

为了研究甘蓝型强冬性与春性油菜变种间亲本组配的杂交组合之间的杂种优势表现,选用8个强冬性甘蓝型油菜和4个春性甘蓝型油菜作为研究材料,组配杂交组合,分析亲本及F1的杂种优势强/弱。结果表明,冬×春组合的F1生育期较冬性亲本明显缩短;在冬×春组合中,株高、分枝部位、主花序长度、角果长度和单株有效角果数等方面有较强的杂种优势,其中角果长度(超亲优势:10.61%,杂种优势指数:128.81%)和单株有效角果数(超亲优势:17.31%,杂种优势指数:143.92%)杂种优势最为明显。结合杂种表现和杂种优势结果,说明甘蓝型油菜变种间杂交比种内杂交具有更明显的杂种优势表现,并且角果长度和单株有效角果数的超亲优势和杂种优势指数最高。本研究结果为今后研究甘蓝型油菜变种间杂种优势的研究利用提供了基础。

关键词：甘蓝型油菜杂种优势变种间杂种农艺性状

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菊花茎部腐烂类病害病原菌分离与鉴定

南京农业大学学报 2024年

作者：罗梦熙姜奕丰何宇凡房伟民陈发棣管志勇刘晔南京农业大学园艺学院/作物遗传与种质创新利用全国重点实验室/农业农村部景观设计重点实验室

[目的]本文旨在明确造成菊花茎部腐烂类病害（茎腐病）的主要病原菌。[方法]以采集的茎部出现腐烂症状的菊花作为研究对象，取病健交界处的组织，采用组织分离法进行病原真菌分离与纯化。随后，通过聚合酶链式反应克隆病菌基因组rDNA-IT... 详细信息

[目的]本文旨在明确造成菊花茎部腐烂类病害（茎腐病）的主要病原菌。[方法]以采集的茎部出现腐烂症状的菊花作为研究对象，取病健交界处的组织，采用组织分离法进行病原真菌分离与纯化。随后，通过聚合酶链式反应克隆病菌基因组rDNA-ITS和EF-1α部分序列并测序，以测序序列为基础构建系统发育树对病原真菌进行分子生物学鉴定；并通过观察菌丝及孢子形态进一步确认病原菌类型。致病性测定试验和和科赫法则试验证实本试验所分离菌株为菊花茎部腐烂病害的致病菌。[结果]本试验采集10株茎部腐烂的发病植株，经分离鉴定获得病原真菌19株，其中，茄腐镰刀菌（Fusarium solani）9株、共享镰刀菌（Fusarium commune）8株，尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）2株，皆属于镰刀菌属。致病性试验表明分离获得的菌株对菊花均有致病力，不同菌株对菊花致病力存在差异，其中，菌株FN3-3为茄腐镰刀菌中致病力最强的菌株，菌株DT3-3是尖孢镰刀菌中致病力最强的菌株，共享镰刀菌中菌株HY1-3致病力最强。[结论]本研究明确了造成菊花茎部腐烂的主要病原真菌类型，为茎部病害有效防治措施的制定、抗茎腐病品种筛选与育种提供了重要线索与依据。

关键词：菊花茎部腐烂镰刀菌属病原菌