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引导编辑系统研究进展

华南农业大学学报 2024年第2期45卷 159-171页

作者：林秋鹏朱秀丽马琳莎姚鹏程广东省植物分子育种重点实验室/华南农业大学农学院广东广州510642

引导编辑(Prime editing,PE)系统是一种全新的、革命性的基因组编辑策略。该系统由引导编辑器(Prime editor)组成,包括nCas9(H840A)与逆转录酶(Reverse transcriptase,RT)的融合蛋白;以及包含PBS(Primer binding site)序列和RT模板(RT template,RTT)序列的pegRNA(Prime editing guide RNA)两大部分。PE系统可以在双链不断裂的情况下实现所有12种类型的碱基替换及小片段DNA增删,是精准编辑的全新范式。自2019年开发至今不到4年时间,PE系统作为一种通用的技术平台,已广泛应用于医疗、农业等各个领域,产生了一大批新种质资源、基因治疗药物等优秀应用案例。PE作为目前最灵活、最具发展前景的基因组精准编辑新手段,仍旧存在效率偏低、大片段操纵能力不足、系统组分设计复杂(如pegRNA)、安全性未全面评估等问题,仍需要深入研究。本文详细介绍了PE系统的技术原理及限制因素,全面总结了PE系统自开发以来的优化策略及在动植物系统、医疗领域的应用现状,并对PE的发展前景进行了展望。

关键词：引导编辑系统优化策略农业应用医疗应用

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种子活力分子调控机理研究进展

华南农业大学学报 2023年第5期44卷 659-669页

作者：赵佳何永奇王州飞广东省植物分子育种重点实验室/华南农业大学农学院广东广州510642

种子活力是种子播种质量的重要指标,也是种用价值的主要组成部分,它是一个复杂的综合性状,表现为种子快速发芽、耐逆萌发、幼苗快速建成等性状。种子活力与种子发育、成熟、劣变、萌发和处理等环节都密切相关,且受到各种外界环境的影响... 详细信息

种子活力是种子播种质量的重要指标,也是种用价值的主要组成部分,它是一个复杂的综合性状,表现为种子快速发芽、耐逆萌发、幼苗快速建成等性状。种子活力与种子发育、成熟、劣变、萌发和处理等环节都密切相关,且受到各种外界环境的影响。本文重点总结了调控种子活力形成、种子快速萌发、种子耐逆萌发、种子幼苗建成等方面的分子机理研究进展,并对今后研究方向进行了展望。

关键词：种子活力种子萌发幼苗建成分子机理耐逆性

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花生氮敏感品种及评价指标的筛选

华南农业大学学报 2023年第5期44卷 794-802页

作者：高宇曾瑞儿姚苏哲王迎黄子珺李洁高恒宽刘仕元张慧陈婷婷张雷华南农业大学农学院/广东省植物分子育种重点实验室广东广州510642

【目的】明确不同花生品种对氮素响应的特点。【方法】本试验以来自全国各地的81份花生种质资源为材料,设置正常施氮与低氮胁迫2种大田试验处理,测定81份花生品种苗期的叶绿素含量及收获期的产量、干物质积累及农艺性状等19项指标。以... 详细信息

【目的】明确不同花生品种对氮素响应的特点。【方法】本试验以来自全国各地的81份花生种质资源为材料,设置正常施氮与低氮胁迫2种大田试验处理,测定81份花生品种苗期的叶绿素含量及收获期的产量、干物质积累及农艺性状等19项指标。以测定的19项指标的氮响应系数为基础进行主成分分析,筛选出6个新的独立的综合指标,通过计算其隶属函数值与各综合指标权重得出花生氮敏感综合评价D值,通过聚类分析对花生品种进行分类。进一步分析不同类型花生品种的氮响应系数及指标间的相关性。【结果】81份花生品种分为氮敏感型品种(13)、中间型品种(33)及氮不敏感型品种(35)。正常施氮处理下,氮不敏感型花生品种农艺性状的响应差异不显著,但氮敏感型和中间型花生品种产量及干物质积累的上升幅度显著高于氮不敏感型品种。不同性状的相关性分析表明,施氮主要通过影响花生干物质积累与分配及株型结构进而影响花生产量的形成。【结论】花生苗期叶绿素含量、单株生产力与收获期干物质积累可作为花生氮敏感品种的筛选指标,研究结果可为花生氮高效品种的筛选与培育提供依据。

关键词：花生氮肥品种筛选氮敏感性评价指标

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甜糯双隐性基因型玉米种质的创制与评价

华南农业大学学报 2019年第2期40卷 6-13页

作者：宫捷孙磊磊张丽萍王青峰杨瑞春李小琴冯发强华南农业大学农学院/广东省植物分子育种重点实验室广东广州510642

【目的】创制甜糯基因双隐性玉米自交系,了解甜糯基因双隐性对品质性状的影响,为甜糯玉米育种提供参考和依据。【方法】以1份甜玉米Zea mays ssp. saccharata骨干自交系(M01)和3份糯玉米Z. mays var. ceratina自交系(L33、L35和L38)为材... 详细信息

【目的】创制甜糯基因双隐性玉米自交系,了解甜糯基因双隐性对品质性状的影响,为甜糯玉米育种提供参考和依据。【方法】以1份甜玉米Zea mays ssp. saccharata骨干自交系(M01)和3份糯玉米Z. mays var. ceratina自交系(L33、L35和L38)为材料,用与糯玉米隐性基因wx紧密连锁的分子标记辅助筛选,F2代得到甜糯双隐性玉米材料,连续自交,F4代得到11个纯合甜糯双隐性玉米自交系,检测其可溶性糖含量、淀粉含量及乳熟期籽粒果皮厚度,并与对应的甜、糯玉米亲本进行比较分析。【结果】与wx基因紧密连锁的引物phi061在甜、糯玉米亲本间扩增出清晰且呈共显性的条带,可在F2代作为糯质基因的前景选择标记。11份甜糯双隐性自交系材料的可溶性糖质量分数平均为12.27%,比甜玉米亲本高2.55%,远高于糯玉米亲本;淀粉质量分数平均为19.73%,比甜玉米亲本低3.77%,远低于糯玉米亲本;乳熟期籽粒冠部和背胚部果皮厚度均介于对应的杂交亲本之间。【结论】通过分子标记辅助选择可快速创制甜糯纯合双隐性玉米材料,其可溶性糖含量高于甜质亲本,淀粉含量低于甜质亲本,果皮厚度介于双亲之间。

关键词：甜糯玉米分子标记辅助选择可溶性糖淀粉果皮厚度

人工老化的甜玉米种子活力、生理特性和遗传多样性的变化

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华南农业大学学报 2018年第1期39卷 25-30页

作者：祝煜中夏黎明竺思仪刘继辉杨瑞春王青峰李小琴冯发强华南农业大学农学院/广东省植物分子育种重点实验室广东广州510642

【目的】研究人工老化处理对甜玉米Zea mays *** Sturt.种子活力、生理特性和遗传多样性的影响,为甜玉米种子贮藏及大田生产提供参考。【方法】以甜玉米品种‘农甜88’和‘农甜99’为试验材料,采用人工老化的方法处理玉米种子,沙床发芽... 详细信息

【目的】研究人工老化处理对甜玉米Zea mays *** Sturt.种子活力、生理特性和遗传多样性的影响,为甜玉米种子贮藏及大田生产提供参考。【方法】以甜玉米品种‘农甜88’和‘农甜99’为试验材料,采用人工老化的方法处理玉米种子,沙床发芽法检测种子的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数。测定了种子的脱氢酶(Dehydrogenase,DHA)活性、过氧化物酶(Peroxidase,POD)活性、相对电导率(Relative electrical conductivity,REC)和丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量,采用SRAP标记检测不同处理时间种子的遗传多样性,分析种子生理指标和遗传多样性与种子活力的关系。【结果】随老化时间的增加,2个品种种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、DHA活性和POD活性逐渐降低,而REC和MDA含量则逐渐升高。老化处理6 d后,‘农甜88’和‘农甜99’种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、DHA活性、POD活性分别比对照下降18.32%和43.15%、10.73%和15.38%、19.43%和23.60%、41.85%和45.70%、69.78%和71.74%、52.02%和71.60%;浸泡24 h的REC分别比对照提高了33.68%和27.68%,MDA含量分别比对照提高了41.50%和47.08%。老化处理使种子的遗传多样性下降,老化处理6 d后,‘农甜88’和‘农甜99’等位基因数、有效等位基因数、基因多样性分别比对照下降29.35%和23.58%、25.00%和20.00%、96.99%和83.35%。相关性分析发现,2个品种老化种子浸出液的REC和MDA含量均与种子活力各性状呈显著或极显著负相关,DHA和POD活性均与种子活力各性状呈显著或极显著正相关。【结论】随老化时间的增加,2个甜玉米品种种子的活力以及DHA、POD活性逐渐降低、REC和MDA含量逐渐升高;种子老化处理降低了种子遗传物质的多样性;‘农甜88’种子耐老化能力强于‘农甜99’。

关键词：甜玉米人工老化种子活力生理特性遗传多样性

基于4D label-free技术的水稻成熟种子蛋白质组学研究

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华南农业大学学报 2023年第5期44卷 742-749页

作者：梁文轩王月萍陈升杰李敏诗韩儒周玉亮广东省植物分子育种重点实验室/华南农业大学农学院广东广州510642

【目的】从蛋白水平揭示水稻种子成熟的分子基础,探究调控水稻种子成熟的关键蛋白和代谢通路。【方法】选用授粉后30 d的成熟水稻种子,利用4D label-free定量蛋白质组学进行质谱鉴定,通过生物信息学技术分析蛋白的亚细胞定位、结构域、G... 详细信息

【目的】从蛋白水平揭示水稻种子成熟的分子基础,探究调控水稻种子成熟的关键蛋白和代谢通路。【方法】选用授粉后30 d的成熟水稻种子,利用4D label-free定量蛋白质组学进行质谱鉴定,通过生物信息学技术分析蛋白的亚细胞定位、结构域、GO注释和KEGG通路注释。【结果】总共鉴定了3484个种子成熟期的蛋白,相对分子质量大多在10000~100000之间,主要分布于细胞质、细胞核、叶绿体、线粒体和质膜上;结构域主要涉及蛋白质翻译的RNA识别基序和蛋白磷酸化修饰的蛋白激酶结构域;GO分析表明,成熟种子的蛋白主要参与了细胞过程和代谢过程,主要涉及催化活性和结合等功能,大多分布在细胞、细胞组分、细胞器和细胞膜等部位;KEGG分析发现,蛋白主要富集在核糖体、内质网中的蛋白质加工、氧化磷酸化和糖酵解等途径,推测蛋白质的翻译、加工和能量代谢是水稻种子成熟期的主要分子事件;进一步鉴定了脱落酸(Abscisic acid,ABA)信号和吲哚乙酸(Indoleacetic acid,IAA)代谢的相关蛋白,同时也发现了NAC(NAM、ATAF1/2和CUC2)家族的转录因子。【结论】贮藏物质的积累和能量代谢是水稻种子成熟期的典型特征,ABA和IAA信号途径参与了种子成熟过程。

关键词：水稻种子成熟代谢通路植物激素

甜玉米乳熟期果皮厚度相关基因的加权基因共表达网络分析

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华北农学报 2023年第2期38卷 31-42页

作者：裴虎熊才运张亚辉任文闯李小琴黄君广东省植物分子育种重点实验室华南农业大学农学院广东广州510642

为深入探究甜玉米果皮厚度发育的分子机制,利用华南农业大学甜玉米课题组选育的果皮厚度差异较大的甜玉米自交系M03和M08为试验材料,对其授粉后15,19,23 d的果皮进行转录组测序。联合差异表达基因分析与加权基因共表达网络(WGCNA)分析,... 详细信息

为深入探究甜玉米果皮厚度发育的分子机制,利用华南农业大学甜玉米课题组选育的果皮厚度差异较大的甜玉米自交系M03和M08为试验材料,对其授粉后15,19,23 d的果皮进行转录组测序。联合差异表达基因分析与加权基因共表达网络(WGCNA)分析,鉴定甜玉米乳熟期果皮厚度相关的共表达基因模块,根据模块内基因的连接度鉴定核心基因,利用qRT-PCR验证核心基因表达量的可靠性。比较M03和M08不同时期果皮转录组数据共筛选出4748个差异表达基因(DEGs),DEGs主要富集到碳水化合物代谢过程、植物-病原体相互作用、植物MAPK信号通路。WGCNA分析共构建了18个共表达模块,通过筛选得到4个具有生物学意义且与果皮厚度显著相关(相关系数的绝对值>0.60)的特异性共表达模块,分别是Turquoise、Yellow、Magenta和Pink模块。GO和KEGG功能富集分析结果均表明,特异性模块富集到的天冬氨酸、丙氨酸和谷氨酸代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢以及植物MAPK信号通路在甜玉米果皮厚度发育中具有重要的作用。选取连接度最高的前20个基因进行核心基因筛选,通过基因功能注释最终筛选到包括MYB转录因子、细胞周期蛋白(CYC15)、β-淀粉酶、细胞凋亡调节基因(BCL-2)在内的13个核心基因。以核心基因为节点构建的共表达网络中还包括生长素转录因子(ARF、AUX/IAA)、乙烯反应元件结合因子(ERF)、亮氨酸拉链(bZIP)等转录因子,功能预测表明,这些基因可能在甜玉米果皮厚度调控中发挥重要作用。

关键词：甜玉米果皮厚度 WGCNA 转录组测序

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展颖野生稻株高性状的遗传与SD1基因的等位变异分析

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华北农学报 2024年第1期39卷 18-26页

作者：杨先冬刘伟曹利霞李孝辉陆怡傅雪琳华南农业大学农学院广东省植物分子育种重点实验室广东广州510642

为了探究SSSL-B50和华粳籼74(HJX74)株高差异的原因,利用SSSL-B50与HJX74回交构建F2群体进行株高性状遗传分析与基因定位。结果显示,F1植株表现为高秆;260个单株组成的F2群体株高出现分离,高秆植株与半矮秆植株分离比例符合3∶1(χ^(2)=... 详细信息

为了探究SSSL-B50和华粳籼74(HJX74)株高差异的原因,利用SSSL-B50与HJX74回交构建F2群体进行株高性状遗传分析与基因定位。结果显示,F1植株表现为高秆;260个单株组成的F2群体株高出现分离,高秆植株与半矮秆植株分离比例符合3∶1(χ^(2)=0.18<3.84),说明SSSL-B50高秆性状为显性性状,受1对显性等位基因控制。利用IciMapping软件对F2进行连锁分析,将SSSL-B50携带的高秆基因定位在1号染色体代换片段上的标记S18和X161之间38.38~39.07 Mb。候选基因筛选分析发现,定位区间内存在着“绿色革命”基因座位SD1。对展颖野生稻、SSSL-B50及HJX74进行SD1基因测序及序列比对,发现HJX74的CDS序列与展颖野生稻、SSSL-B50相比有280 bp的缺失,导致氨基酸编码提前终止。qRT-PCR结果表明,SD1表达量在SSSL-B50茎秆的第2,3,4节均显著高于HJX74。此外,与前人报道结果相比,展颖野生稻SD1基因编码的氨基酸序列发生了2处改变(E100G、Q339R)。研究结果弄清楚了展颖野生稻单片段代换系SSSL-B50高秆性状受SD1调控,同时从展颖野生稻鉴定到了SD1的新等位型SD1Glu。

关键词：展颖野生稻株高染色体片段代换系基因定位等位型

基于SSSL的水稻重要性状QTL的鉴定及稳定性分析

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中国农业科学 2007年第3期40卷 447-456页

作者：赵芳明朱海涛丁效华曾瑞珍张泽民李文涛张桂权华南农业大学农学院/植物分子育种广东省重点实验室华南农业大学农学院/植物分子育种广东省重点实验室广州510642

目的单片段代换系(SSSL)是通过高代回交和分子标记辅助选择构建的,只含有来自供体亲本的一个染色体片段,遗传背景与受体亲本相同的品系。本研究的目的是利用SSSL检测不同环境条件下水稻重要性状的QTL。方法以32个SSSL为材料,随机区组试... 详细信息

目的单片段代换系(SSSL)是通过高代回交和分子标记辅助选择构建的,只含有来自供体亲本的一个染色体片段,遗传背景与受体亲本相同的品系。本研究的目的是利用SSSL检测不同环境条件下水稻重要性状的QTL。方法以32个SSSL为材料,随机区组试验设计,在2～4个季节中对水稻22个重要性状的QTL进行分析。结果共鉴定出59个QTL,分布于第1、2、3、4、6、7、8、10和11号染色体上。其中的18个QTL能够在2次以上重复检出,稳定性较好的QTL占检出QTL的30.5%,大多数农艺性状的QTL效应较小、稳定性较差。不同的性状,QTL稳定性不同,千粒重、粒长、谷粒长宽比、抽穗天数等性状的QTL较稳定。稳定性好的QTL,不仅具有较大的加性效应,而且受环境影响较小。结论利用单片段代换系可以有效地对水稻重要性状的QTL进行多年多季的稳定性分析。水稻大多数重要农艺性状QTL的不稳定性,反映了水稻生长发育过程的可塑性,可能是通过栽培措施使水稻品种获得高产优质的重要遗传基础。

关键词：水稻单片段代换系数量性状基因座农艺性状