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甘蔗抗褐锈病Bru1区域的鉴定及候选抗病基因的功能分析

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中国农业科学 2024年第5期57卷 855-867页

作者：吴期滨谢婉婕钟惠冯春燕潘浩然齐浥颖张积森王恒波福建农林大学农学院/国家甘蔗工程技术研究中心/农业农村部福建甘蔗生物学与遗传育种重点实验室广西大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室

【目的】甘蔗褐锈病是由黑顶柄锈菌（Puccinia melanocephala H. Sydow&P. Sydow）引起的最具破坏性的真菌病害之一，能造成蔗糖分降低10%—36%，严重威胁甘蔗产业发展。已有研究揭示抗褐锈病主效基因定位于Bru1区域，克隆其关键候选基... 详细信息

【目的】甘蔗褐锈病是由黑顶柄锈菌（Puccinia melanocephala H. Sydow&P. Sydow）引起的最具破坏性的真菌病害之一，能造成蔗糖分降低10%—36%，严重威胁甘蔗产业发展。已有研究揭示抗褐锈病主效基因定位于Bru1区域，克隆其关键候选基因，并进行功能研究，为选育抗褐锈病甘蔗新品种提供重要的候选基因资源。【方法】利用PacBio SequelⅡ测序平台获得甘蔗栽培品种ROC22的contig水平基因组信息，鉴定到抗褐锈病Bru1区域，对其进行基因注释和克隆，分析其组织特异性和抗、感褐锈病甘蔗品种中的表达模式及其在烟草叶片的亚细胞定位和瞬时表达。【结果】基于Bru1位点区域紧密连锁的标记R12H16和9O20-F4，从该区域中注释到33个基因，结合典型抗病基因结构域，共筛选获得5个候选抗病基因，分别为Brrg99、Brrg103、Brrg108、Brrg115和Brrg116。以甘蔗栽培品种ROC22的cDNA为模板，克隆获得Brrg116的全长序列729 bp，编码242个氨基酸残基。将该基因序列分别比对甘蔗热带种和割手密种及二倍体近缘种高粱的基因组数据库，发现其与热带种和割手密种的同源基因序列相似性很高，达到98%以上，而与高粱的相似性为93.77%。系统进化树揭示该基因起源甘蔗割手密种。实时荧光定量PCR检测表明，Brrg116在甘蔗栽培品种的多个组织中组成型表达，尤其是在+1叶中的表达量最高，是蔗芽的9.8倍；在褐锈病菌侵染抗、感甘蔗栽培品种的6和72 h时，呈现显著差异表达。亚细胞定位结果显示，该基因编码蛋白定位于细胞膜上。在本氏烟（Nicotiana benthamiana）叶片中瞬时过表达Brrg116，其后接种茄病镰刀菌蓝色变种，二氨基联苯胺法（3,3′-diaminobenzidine,DAB）染色逐渐加深，超敏反应相关基因、水杨酸信号和乙烯信号途径中的相关基因持续上调表达。【结论】Brrg116在甘蔗不同组织中组成型表达，且在受褐锈病菌侵染的抗病甘蔗栽培品种中呈现快速的诱导表达。此外，过表达Brrg116引发水杨酸和乙烯等激素信号通路产生防御响应，推测该基因可能在提高植物的抗病性方面发挥重要调控作用。

关键词：甘蔗 Bru1区域褐锈病候选抗病基因连锁标记

甘蔗割手密种转录因子NAP亚家族的鉴定及SsNAP2a参与叶片衰老的功能分析

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作物学报 2024年第1期50卷 110-125页

作者：王恒波冯春燕张以星谢婉婕杜翠翠吴明星张积森福建农林大学农业农村部福建甘蔗生物学与遗传育种重点实验室/国家甘蔗工程技术研究中心/福建农林大学生命科学学院福建福州3500022 广西大学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530004

NAP(NAC-like,activated by apetala3/pistillata)是转录因子NAC基因家族中一类参与调控植物生长发育、叶片衰老及响应激素和非生物胁迫应答的亚家族。本研究利用甘蔗割手密种基因组数据和生物信息学方法,首先,基于比较基因组学对NAP亚... 详细信息

NAP(NAC-like,activated by apetala3/pistillata)是转录因子NAC基因家族中一类参与调控植物生长发育、叶片衰老及响应激素和非生物胁迫应答的亚家族。本研究利用甘蔗割手密种基因组数据和生物信息学方法,首先,基于比较基因组学对NAP亚家族成员进行鉴定、系统进化分析、保守结构域及顺式调控元件预测;其次,克隆获得割手密种SsNAP2的等位基因SsNAP2a,分析该基因在不同生长发育阶段的表达及其在激素和非生物胁迫下的表达特征;最后,利用瞬时表达和亚细胞定位分析SsNAP2a基因的功能。结果表明,在割手密种基因组中共鉴定5个NAP亚家族成员,亚细胞定位预测所有成员编码蛋白均定位于细胞核上,这些基因的Ka/Ks比值均小于1,表明纯化选择在演化中起到关键作用。系统聚类分析表明,5个代表性的被子植物(拟南芥、菠萝、水稻、玉米和高粱)与已报道的12个物种及甘蔗的NAP亚家族成员,共计46个,分为4个Clade,其演化的顺序Clade I>Clade II>Clade III>Clade IV。此外,在SsNAP亚家族成员的启动子区域预测到较多响应脱落酸和茉莉酸、低温等逆境胁迫的顺式作用元件,推测其参与多种激素和非生物胁迫相关应答通路。进一步,从割手密种SES208中克隆到SsNAP2a基因,该cDNA全长序列1173 bp(GenBank登录号为OQ335094),编码390个氨基酸残基,其与等位基因SsNAP2编码蛋白的序列相似性为97.70%,有10个氨基酸残基的差异,表明同源8倍体的割手密种等位基因序列差异较大。qRT-PCR分析表明,SsNAP2a基因在割手密种不同生长发育阶段中组成型表达,尤其在衰老的蔗皮和根中的表达量最高;在乙烯利(ethylene,ET)、脱落酸(abscisic acid,ABA)、4℃低温和40℃高温处理下,其表达量呈现显著诱导表达;而在8%聚乙二醇(polyethyleneglycol,PEG)胁迫下显著下调表达。亚细胞定位表明,SsNAP2a融合蛋白定位在细胞核上。瞬时过表达SsNAP2a基因7 d后,本氏烟(Nicotianabenthamiana)叶片有明显的卷曲、皱缩等衰老现象,ET合成相关基因(NtEFE26,NtAccdeaminase)显著上调表达,而水杨酸、茉莉酸和ABA合成相关基因(NtPR-1a/c、NtPR3和NtAREB1)显著下调表达,表明SsNAP2a基因参与多种激素信号传导途径诱发叶片衰老。以上研究结果为挖掘甘蔗NAP亚家族基因成员参与叶片衰老的生物学功能奠定了研究基础,也为培育甘蔗抗衰老分子育种提供候选的基因资源。

关键词：割手密种 NAP基因叶片衰老激素胁迫基因功能甘蔗

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牛奶及乳脂摄入对脂质代谢影响的初步研究

基因组学与应用生物学 2024年

作者：姜佳齐羊玉凤李建锋陈小云李玲刘庆友李志鹏广西大学动物科学技术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壮族自治区水牛研究所广西水牛遗传繁育重点实验室佛山大学生命科学与工程学院动物分子设计与精准育种广东省重点实验室

高脂饮食是导致心血管疾病等代谢性疾病发生的主要危险因素之一。牛奶中含有丰富的脂肪，摄入牛奶中的脂肪对机体脂质代谢的影响及其调控机制尚不清楚。本研究旨在通过构建小鼠模型系统解析摄入水牛（Bubalus bubalis）奶与荷斯坦牛（Ho... 详细信息

高脂饮食是导致心血管疾病等代谢性疾病发生的主要危险因素之一。牛奶中含有丰富的脂肪，摄入牛奶中的脂肪对机体脂质代谢的影响及其调控机制尚不清楚。本研究旨在通过构建小鼠模型系统解析摄入水牛（Bubalus bubalis）奶与荷斯坦牛（Holstein-Friesian，Bos taurus）奶及其乳脂对脂质代谢的影响及潜在调控机制。结果显示，水牛奶与荷斯坦牛奶及其乳脂的摄入并不会显著影响小鼠的体重、体长及脏器系数，也不会显著改变小鼠血清中的甘油三酯（triglycerides，TG）、总胆固醇（total cholesterol，TC)、高密度脂蛋白胆固醇（high-density lipoprotein cholesterol，HDL-C）和低密度脂蛋白胆固醇（low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C）的含量。进一步通过血清代谢组分析鉴定到2 070个代谢物，高脂膳食组、水牛奶灌胃组、荷斯坦牛奶灌胃组、水牛乳脂灌胃组、荷斯坦乳脂灌胃组与普通膳食组分别有56、13、190、57、56个差异代谢物，富集分析显示这些差异代谢物主要富集在胆汁酸生物合成、脂肪酸生物合成、脂肪酸延长、脂肪酸降解、牛磺酸与次牛磺酸代谢、初级胆汁酸生物合成、烟酸和烟酰胺代谢等与脂肪酸代谢密切相关的代谢通路，说明摄入牛奶及乳脂对机体脂质代谢、能量供应和营养平衡可能有重要作用。结果说明水牛奶与荷斯坦牛奶及其乳脂的摄入不会造成肥胖或血脂异常，甚至具有有益作用。本研究为进一步理解牛奶的营养健康价值提供了参考，并为指导居民饮食健康提供了理论支持。

关键词：水牛奶荷斯坦牛奶乳脂脂质代谢

异源表达异子蓬SaPEPC2基因提高烟草抗旱性和光合特性

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植物学报 2024年第4期59卷 585-599页

作者：廖星鑫牛祎多兴武阿克也得力·居玛哈孜买热哈巴·阿不都克尤木热孜瓦尼姑丽·胡甫尔兰海燕曹婧新疆大学生命科学与技术学院新疆生物资源基因工程重点实验室生物学国家级实验教学示范中心乌鲁木齐830017

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)是C_(4)光合关键酶,有助于植物在非生物胁迫下抵御逆境。异子蓬(Suaeda aralo-caspica)是一种无须Kranz结构即可在单细胞中高效执行C_(4)光合作用的荒漠盐生植物,在C 3作物遗传改良方面具有天然优势。以转... 详细信息

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)是C_(4)光合关键酶,有助于植物在非生物胁迫下抵御逆境。异子蓬(Suaeda aralo-caspica)是一种无须Kranz结构即可在单细胞中高效执行C_(4)光合作用的荒漠盐生植物,在C 3作物遗传改良方面具有天然优势。以转异子蓬SaPEPC2基因烟草(Nicotiana tabacum)为材料,探讨了其抗旱功能和光合性能。结果表明,过表达SaPEPC2提高了烟草叶片持水能力,可保持叶绿素稳定;积累更多的渗透调节物质,增强了抗氧化酶活性,进而降低了植株体内的活性氧水平,减轻膜损伤程度;同时还增强了烟草抗旱相关基因和内源光合基因的表达,提高了PEPC活性和净光合速率,可能是促进了烟草体内的“类C_(4)微循环”途径所致。研究结果为进一步利用异子蓬单细胞C_(4)途径PEPC基因培育高光效抗逆农作物品种奠定了基础。

关键词：单细胞C 4植物异子蓬 PEPC 抗旱性光合作用

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三个大豆ms3雄性不育突变体的等位突变分析

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植物遗传资源学报 2024年第6期25卷 967-977页

作者：朱玉雪黄圆圆徐研付爱根徐敏余君萍西北大学生命科学学院/西部资源与生物技术教育部重点实验室/陕西省生物技术与生化工程重点实验室西安710069

大豆雄性不育系对发挥大豆杂种优势具有重要价值,然而传统的三系杂交存在恢复系来源受限等问题,而环境敏感型细胞核雄性不育系在不同条件下育性可以改变。本文对ms3(Washington)、ms3(Flanagan)和ms3(Plainview)3个独立突变体的表型和... 详细信息

大豆雄性不育系对发挥大豆杂种优势具有重要价值,然而传统的三系杂交存在恢复系来源受限等问题,而环境敏感型细胞核雄性不育系在不同条件下育性可以改变。本文对ms3(Washington)、ms3(Flanagan)和ms3(Plainview)3个独立突变体的表型和突变位点展开了进一步研究,分别进行了不育表型鉴定、高通量测序、分子标记设计及突变位点验证、分析突变对MS3蛋白结构的影响、ms3(Plainview)花药半薄切片等实验。实验结果表明突变体花粉大量败育,只有零星被I_(2)-KI染液染成黑色的不规则花粉粒。高通量测序结果显示,ms3(Washington)和ms3(Flanagan)在MS3第3个外显子的PHD编码区域出现了大片段插入,导致MS3蛋白PHD结构域被破坏,这个等位基因命名为ms3-1;ms3(Plainview)在MS3第1个外显子缺失了一个A,导致移码突变,开放读码框仅编码40个氨基酸,蛋白功能完全丧失,这个等位基因命名为ms3-2。半薄切片结果显示,在花药发育中后期ms3(Plainview)的绒毡层和花粉发育出现异常。综上,本研究的结果为ms3的应用和MS3基因改造提供了材料和依据。

关键词：大豆细胞核雄性不育 MS3 PHD结构域

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豆科植物固氮根瘤衰老过程中的代谢调控研究进展

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华中农业大学学报 2024年第4期43卷 12-24页

作者：周宇端木德强宿州学院生物与食品工程学院宿州234000 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

衰老是影响豆科植物根瘤固氮效率的主要因素之一,深入探究根瘤的衰老调控机制具有重要意义。本文从衰老根瘤的形态特征和生理生化变化、衰老的途径以及物质代谢调控等方面综述根瘤衰老的研究进展,总结了豆科植物和根瘤菌中与衰老相关基... 详细信息

衰老是影响豆科植物根瘤固氮效率的主要因素之一,深入探究根瘤的衰老调控机制具有重要意义。本文从衰老根瘤的形态特征和生理生化变化、衰老的途径以及物质代谢调控等方面综述根瘤衰老的研究进展,总结了豆科植物和根瘤菌中与衰老相关基因在共生固氮过程中的功能。开发新的研究方法和技术能够更全面地揭示衰老根瘤中关键物质代谢的分子机制。深入了解根瘤衰老的分子机制有助于通过遗传改造延缓根瘤衰老,提高豆科植物的固氮效率,促进农业生产的可持续发展。

关键词：共生固氮根瘤衰老环境胁迫转录调控物质代谢

全基因组eQTL揭示猪11号染色体肉质性状新候选位点

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农业生物技术学报 2024年第4期32卷 807-819页

作者：郑韵頔冉雪琴牛熙黄世会李升王嘉福贵州大学生命科学学院/农业生物工程研究院/山地植物资源保护与种质创新教育部重点实验室贵州大学动物科学学院/高原山地动物遗传育种与繁殖教育部重点实验室

全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)挖掘了大量猪肉肉质性状关联的遗传变异，但是多数变异的调控机制未知。遗传变异主要通过调控基因表达水平影响复杂性状，通过定位表达数量性状位点(expression quantitative tra... 详细信息

全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)挖掘了大量猪肉肉质性状关联的遗传变异，但是多数变异的调控机制未知。遗传变异主要通过调控基因表达水平影响复杂性状，通过定位表达数量性状位点(expression quantitative trait locus, eQTL)鉴定基因表达水平相关的遗传变异，有助于阐释变异位点与性状之间的关联。为筛选肉质性状候选基因与位点，本研究以F2代的19个杂交香猪(Sus scrofa)(大白猪♂×从江香猪♀)个体为试验材料，使用全基因组测序(whole genome sequencing, WGS)和背最长肌组织的RNA-seq数据进行全基因组eQTL分析，在11号染色体上共检测到1 332个cis-eQTLs(PFDRG，与MIPEP基因表达水平显著相关(PFDR=8.81E-03)。RNA-seq统计分析发现，rs319855910不同基因型显著影响MIPEP基因表达(P遗传改良提供基础资料。

关键词：猪全基因组测序(WGS) 转录组测序表达数量性状位点(eQTL) SNP 肉质性状

杜仲泛应激蛋白基因EuUSP1的克隆和功能分析

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植物生理学报 2024年第1期60卷 130-140页

作者：胡盼赵德刚贵州大学生命科学学院农业生物工程研究院山地植物资源保护与种质创新教育部重点实验室贵阳550025 贵州省农业科学院贵州省农业生物技术重点实验室植物保育技术应用工程研究中心贵阳550006

泛应激蛋白(universal stress protein,USP)是植物抵抗胁迫的保护蛋白。为探究杜仲泛应激蛋白基因EuUSP1的分子结构和功能,本研究以杜仲组培苗为材料,通过RT-PCR和RACE克隆EuUSP1 cDNA,进行生物信息学分析,构建了过表达载体遗传转化三... 详细信息

泛应激蛋白(universal stress protein,USP)是植物抵抗胁迫的保护蛋白。为探究杜仲泛应激蛋白基因EuUSP1的分子结构和功能,本研究以杜仲组培苗为材料,通过RT-PCR和RACE克隆EuUSP1 cDNA,进行生物信息学分析,构建了过表达载体遗传转化三星烟草进行功能分析,并利用qPCR技术进行时空表达特征分析。结果表明,该基因转录cDNA全长782 bp,ORF长495 bp,5′UTR 149 bp,3′UTR 138 bp,编码蛋白164个氨基酸残基。EuUSP1在杜仲幼茎的表达量高于幼叶和幼根,且在7月表达显著高于其他时期。过表达EuUSP1对烟草植株形态没有明显影响,但在干旱胁迫下,转EuUSP1基因植株缓解干旱引起的萎蔫。在干旱胁迫10 d时转基因烟草植株叶片的CAT、SOD和POD活性显著高于野生型,分别为237.3、533.65和8800 U·g^(-1)。干旱胁迫前转基因植株MDA含量显著低于野生型,为6.99 nmol·g^(-1)。综上说明EuUSP1有助于增强抗旱性。

关键词：杜仲 EuUSP1基因抗逆性

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鳜Shh基因分子特征和时空表达规律及其对肌肉生长的调控

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水生生物学报 2024年第1期48卷 157-165页

作者：孟杨杨朱鑫成嘉陈琳褚武英宾石玉张建社广西师范大学生命科学学院珍稀濒危动植物生态与环境保护教育部重点实验室桂林541006 长沙学院生物与化学工程学院水生动物营养与品质调控湖南省重点实验室长沙410022

研究从鳜(Siniperca chuatsi)基因组中获得Shh(Sonic hedgehog)基因序列,对该基因编码的蛋白质和同源进化特征进行了分析。鳜Shh基因的开放阅读框(ORF)为1242 bp,编码413个氨基酸,分子量为46.01 kD,等电点(pI)为6.57,脂溶系数为82.83,... 详细信息

研究从鳜(Siniperca chuatsi)基因组中获得Shh(Sonic hedgehog)基因序列,对该基因编码的蛋白质和同源进化特征进行了分析。鳜Shh基因的开放阅读框(ORF)为1242 bp,编码413个氨基酸,分子量为46.01 kD,等电点(pI)为6.57,脂溶系数为82.83,亲水性平均系数为−0.292,拥有一个跨膜区,被推定为亲水性膜结合蛋白。Shh蛋白具有两个结构域,即Hh-N和Hh-C结构域。鳜Shh蛋白与自身所属的鲈形目鱼类Shh蛋白同源性较高。通过实时荧光定量PCR技术检测了鳜Shh基因的时空表达水平。结果显示:Shh的表达量在神经胚期表达显著上调,并在胚胎发育中后阶段保持较高水平。Shh在鳜不同组织中存在一定的表达差异,在脑、肠道中表达量较高,而在红肌、白肌等组织中表达量相对较低。通过环巴胺(Cyclopamine)处理鳜胚胎来抑制Shh信号通路的实验表明,Shh信号通路被抑制后,Pax3、Pax7、Myomaker、生肌调节因子及肌球蛋白重、轻链等基因的表达均显著降低,推测Shh参与调控鳜肌细胞的早期分化和发育过程。研究将有助于从分子水平了解Shh信号调控鱼类发育的分子机理,为鱼类发育生物学以及健康养殖提供参考依据。

关键词： Shh 胚胎发育骨骼肌表达特征鳜

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