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水稻维生素B_1合成相关基因OsTHIC的功能研究

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生物技术通报 2024年第2期40卷 99-108页

作者：张超王子瑞孙亚丽毛馨晨唐家琪于恒秀江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室植物功能基因组学教育部重点实验室扬州大学农学院扬州225009

【目的】维生素B_(1)(vitamin B_(1), VB_(1))是生物所必需的微量元素,其作为多个酶的辅因子,参与重要的细胞代谢途径,而水稻中维生素B_(1)合成途径还有待深入研究。本研究旨在解析水稻维生素B_(1)合成相关基因OsTHIC的生物学功能。【... 详细信息

【目的】维生素B_(1)(vitamin B_(1), VB_(1))是生物所必需的微量元素,其作为多个酶的辅因子,参与重要的细胞代谢途径,而水稻中维生素B_(1)合成途径还有待深入研究。本研究旨在解析水稻维生素B_(1)合成相关基因OsTHIC的生物学功能。【方法】综合运用诱变技术、色素测定、Mutmap+、基因编辑及非靶向代谢组分析等手段克隆目的基因并解析其功能。【结果】从EMS诱变的水稻突变体库中发现一个心叶白化致死突变体wll1(white leaf and lethal 1)。wll1从四叶期开始出现心叶白化表型,白化表型逐渐扩展到其他叶片并导致幼苗死亡。与野生型相比,wll1的叶绿素含量与类胡萝卜素含量显著降低。利用Mutmap+及基因编辑技术,确定目的基因为维生素B_(1)合成相关基因OsTHIC。OsTHIC在叶片具有较高表达量,OsTHIC蛋白定位于叶绿体。wll1及OsTHIC的敲除突变体中维生素B_(1)含量均显著低于野生型,外施维生素B_(1)可以恢复wll1的突变表型。外施维生素B_(1)及OsTHIC突变均会影响维生素B_(1)合成相关基因的表达。非靶向代谢组测序分析表明,野生型与wll1差异代谢物在氨基酸的生物合成、辅因子的生物合成、ABC转运器及氨酰基-tRNA的生物合成等方面显著富集。【结论】OsTHIC通过调控维生素B_(1)含量,参与氨基酸合成等代谢过程,在水稻生长发育过程中发挥重要作用。

关键词： OsTHIC 维生素B_1 叶色 Mutmap+ 水稻

一种筛选水稻Mutmap+突变位点的简易方法

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扬州大学学报（农业与生命科学版） 2024年第1期45卷 27-32页

作者：王延妍李颖颖王子瑞毛馨晨唐家琪于恒秀张超扬州大学农学院/江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室江苏扬州225009

利用基因组重测序技术进行基因定位目前已在水稻功能基因组学研究中得到广泛应用。其中,Mutmap+技术因无需进行杂交操作,且无需背景亲本的基因组信息,具有更广阔的应用前景。然而,目前Mutmap+技术筛选候选突变位点的方法依赖于复杂的数... 详细信息

利用基因组重测序技术进行基因定位目前已在水稻功能基因组学研究中得到广泛应用。其中,Mutmap+技术因无需进行杂交操作,且无需背景亲本的基因组信息,具有更广阔的应用前景。然而,目前Mutmap+技术筛选候选突变位点的方法依赖于复杂的数据计算,要求研究者具有较高的生物信息学知识。根据Mutmap+的实验原理,设计一种简单的筛选候选突变位点的方法。该方法对混池测序的表型池与非表型池的突变指数分别加以限定,即表型池突变指数等于1,非表型池突变指数小于0.5。对测序所得突变位点进行简单排序,即可得到候选突变位点。运用该筛选方法,从6个水稻不育突变体成功克隆突变基因,并对其中1个突变体进行了细胞学表型的验证。该方法可简化Mutmap+技术的数据分析流程,便于将Mutmap+技术更好地运用到水稻功能基因组学研究中。

关键词：水稻 Mutmap+ 突变位点筛选基因克隆

基因组编辑技术在水稻产量和品质改良中的应用及展望

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科学通报 2024年

作者：谭文琛梁帅南顾雪琪裔传灯梁国华张昌泉周勇扬州大学农学院江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室扬州大学江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心

水稻(Oryza sativa L.)是我国最重要的粮食作物之一,是全国一半以上人口的主食,提高产量和改良稻米品质一直是水稻育种工作的重要目标.随着水稻基因组学、分子生物学等学科的快速发展,科学家们在过去几十年成功克隆了许多水稻产量和品... 详细信息

水稻(Oryza sativa L.)是我国最重要的粮食作物之一,是全国一半以上人口的主食,提高产量和改良稻米品质一直是水稻育种工作的重要目标.随着水稻基因组学、分子生物学等学科的快速发展,科学家们在过去几十年成功克隆了许多水稻产量和品质性状相关的基因,为水稻种质创新提供了丰富的基因资源,但是通过传统育种方法利用这些基因耗时且费力.近年来出现的以CRISPR/Cas系统为代表的基因组编辑技术极大地拓宽了生物育种的方式方法,可以精准、高效、定向地对目标基因及其调控的性状进行改良,从而揭开了动植物育种的新篇章.本文就近年来基因组编辑技术在水稻产量和品质改良方面的应用以及所取得的进展进行了综述,以期为通过基因组编辑技术创制高产优质水稻新种质提供新思路.

关键词：水稻基因组编辑产量稻米品质种质创新

栽培模式及生态条件对弱筋小麦籽粒品质的影响

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麦类作物学报 2024年

作者：陈松朱娟吕超王菲菲郭宝健许如根江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室/扬州大学农学院/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心

为研究不同栽培模式及生态条件对弱筋小麦籽粒品质的影响,以8个扬麦系列和宁麦系列弱筋小麦品种及2个中筋小麦品种为材料,分析参试小麦品种在不同栽培模式及生态条件下籽粒容重、蛋白质含量及淀粉含量的稳定性及差异性。结果表明,小麦... 详细信息

为研究不同栽培模式及生态条件对弱筋小麦籽粒品质的影响,以8个扬麦系列和宁麦系列弱筋小麦品种及2个中筋小麦品种为材料,分析参试小麦品种在不同栽培模式及生态条件下籽粒容重、蛋白质含量及淀粉含量的稳定性及差异性。结果表明,小麦籽粒品质既受品种遗传因素的控制,也受栽培模式及生态条件的影响。在弱筋小麦优质栽培模式[基本苗2.40×106株·hm-2,施用纯氮180kg·hm-2,磷、钾肥以基苗肥为主,氮肥运筹按基肥∶苗肥∶拔节肥(倒3.5叶前)=7∶1∶2],弱筋小麦籽粒蛋白质含量较低,容重大,淀粉品质较高,中筋品种扬麦25和扬麦28也能够达到优质弱筋的要求。在中筋小麦高产栽培模式[基本苗1.80×106·hm-2,施用纯氮240kg·hm-2,磷、钾肥以基苗肥为主,氮肥运筹按基肥∶苗肥∶拔节孕穗肥=5∶2∶3],参试品种籽粒蛋白质含量均较高,多数品种不能达到弱筋小麦的标准。要保证弱筋小麦品质,应选择适宜良种,在常规大田栽培措施的基础上,采用第一种栽培模式,并根据当地当年气候生态条件作适当调整。

关键词：弱筋小麦栽培模式生态条件品质

“发酵工程专业课程设计”课程“课堂+仿真+工厂”三维一体教学改革与探索

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微生物学通报 2024年第5期51卷 1774-1783页

作者：卓睿张蒙朱咏华李勇军湖南大学生物学院植物功能基因组学与发育调控湖南省重点实验室湖南长沙410082

“发酵工程专业课程设计”是湖南大学生物学院面向生物技术专业学生开设的特色本科实践环节课程,旨在加强学生实践和运用能力,鼓励学生将习得的微生物学和发酵工程知识在发酵工厂的实际应用中找到落脚点。传统的教学模式中,这门课程主... 详细信息

“发酵工程专业课程设计”是湖南大学生物学院面向生物技术专业学生开设的特色本科实践环节课程,旨在加强学生实践和运用能力,鼓励学生将习得的微生物学和发酵工程知识在发酵工厂的实际应用中找到落脚点。传统的教学模式中,这门课程主要以课堂讲授为主。由于涉及发酵生产线运行、发酵设备参数设计等实践性较强的内容,单纯的课堂讲授不易调动学生的课堂积极性,同时也难以让学生对授课内容产生直观清晰的认识。在此背景下,我们针对课程进行了改革优化,在课程教学中全面引入虚拟仿真教学和工厂实践的教学模式。力争通过新模式下“发酵工程专业课程设计”的教学实施,加强学生对发酵工程原理的掌握,并强化学生的实践和运用能力。本文总结了现阶段课程“课堂+仿真+工厂”三维一体的开展模式,并结合学生反馈对实际授课效果进行了反思,以期为高等院校教学改革提供参考。

关键词：发酵工程课程设计虚拟仿真教学改革

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过量表达异三聚体G蛋白γ亚基基因RGG2提高水稻抗旱性

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中国水稻科学 2024年第3期38卷 246-255页

作者：缪军冉金晖徐梦彬卜柳冰王平梁国华周勇扬州大学农学院江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室江苏扬州225009 扬州大学江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心江苏扬州225009 江苏省农垦农业发展股份有限公司现代农业研究院南京211800

【目的】探究水稻异三聚体G蛋白γ亚基RGG2在提高水稻抗旱性中的作用。【方法】利用酵母双杂交和荧光素酶互补实验,鉴定RGG2与RGB1的相互作用。施加外源ABA,检测RGG2的表达水平和RGG2过量表达系的种子萌发率,用于阐明RGG2是否参与ABA响... 详细信息

【目的】探究水稻异三聚体G蛋白γ亚基RGG2在提高水稻抗旱性中的作用。【方法】利用酵母双杂交和荧光素酶互补实验,鉴定RGG2与RGB1的相互作用。施加外源ABA,检测RGG2的表达水平和RGG2过量表达系的种子萌发率,用于阐明RGG2是否参与ABA响应。通过比较野生型和RGG2过量表达系的离体叶片失水率和干旱处理后的植株存活率,解析RGG2在干旱胁迫响应中的作用。【结果】RGG2与RGB1之间存在相互作用。RGG2的表达水平可以被ABA、PEG-6000和干旱处理显著诱导。ABA处理条件下,日本晴和武运粳7号背景下RGG2过量表达系种子萌发率和根长均明显下降,且显著低于野生型,表明RGG2正调控ABA响应。过量表达系离体叶片的失水率低于野生型,但干旱条件下的植株存活率高于野生型。干旱处理条件下,多个ABA和干旱胁迫响应相关基因的表达被诱导,并且在过量表达系中的表达水平明显高于野生型。【结论】RGG2正调控ABA和干旱胁迫响应,过量表达RGG2可以提高水稻抗旱性。

关键词：水稻异三聚体G蛋白 RGG2 ABA响应干旱胁迫

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玉米茎秆直径及表皮穿刺强度的QTL定位

分子植物育种 2024年

作者：叶仕玉邵聪刘欢欢何永辉印志同扬州大学农学院江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室植物功能基因组学教育部重点实验室江苏省作物遗传生理重点实验室扬州大学江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心

茎秆直径(stalk diameter， SD)和表皮穿刺强度(rind penetrometer resistance， RPR)是反应玉米茎秆强度的两个重要指标，与玉米抗倒伏能力高度相关。研究玉米茎秆直径和表皮穿刺强度的遗传基础，挖掘调控相关性状的关键基因对提高玉... 详细信息

茎秆直径(stalk diameter， SD)和表皮穿刺强度(rind penetrometer resistance， RPR)是反应玉米茎秆强度的两个重要指标，与玉米抗倒伏能力高度相关。研究玉米茎秆直径和表皮穿刺强度的遗传基础，挖掘调控相关性状的关键基因对提高玉米的抗倒伏能力具有重要意义。在本研究中，我们对‘Y915’和‘郑58’衍生的重组自交系(recombinant inbred lines， RIL)群体的近地面二、三节的直径(SD2， SD3)和表皮穿刺强度(RPR2， RPR3)进行了两年两环境的测定，待玉米乳熟期，在RIL群体的每个家系中随机选取5株植株对其近地面二、三节直径进行测定，剥离叶鞘，在各节间中部卡数显式游标卡尺测定其茎秆直径，茎杆的穿刺强度由玉米茎秆强度仪利用压力传感器来实时反映。采用单环境表型数据和多环境最佳线性无偏预测(best linear unbiased prediction， BLUP)两种方式对表型数据进行分析并开展相关性状的遗传解析。我们共检测到了8个与茎秆直径、5个与茎秆表皮穿刺强度相关的位点，似然函数比数对数值(logarithm of odds， LOD)值在2.65～5.98之间，表型贡献率的变化范围为6.27%～16.75%。其中，与茎秆直径相关的q2SD3-2可以在E2与BLUP中重复检测到，且表型贡献率均大于10%，是一个主效的QTL位点；与茎秆表皮穿刺强度相关的q3RPR3-1与q3RPR5-2均可以在E2与BLUP中重复检测到。本研究将为后续基因挖掘和开展分子标记辅助育种提供重要基础。

关键词：玉米倒伏茎秆直径表皮穿刺强度 QTL定位

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水稻种子休眠遗传调控机制研究进展

扬州大学学报（农业与生命科学版） 2024年第1期45卷 1-9,26页

作者：卢心明牛百晓扬州大学农学院/江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心江苏扬州225009

种子休眠可确保种子在最适宜的条件下萌发,对植物的生存和环境适应具有重要意义。种子休眠的强弱关系到种子穗发芽、萌发率、整齐度及后续生长,对作物的产量和品质十分重要。种子休眠受内源激素、环境和复杂遗传网络等多种因素的调控。... 详细信息

种子休眠可确保种子在最适宜的条件下萌发,对植物的生存和环境适应具有重要意义。种子休眠的强弱关系到种子穗发芽、萌发率、整齐度及后续生长,对作物的产量和品质十分重要。种子休眠受内源激素、环境和复杂遗传网络等多种因素的调控。其中植物激素脱落酸(abscisic acid,ABA)和赤霉素(gibberellic acid,GA)是水稻休眠调控网络中最重要的2个激素,大多数休眠相关基因通过直接或间接调控ABA和GA相关基因来介导种子的休眠。过去几十年,育种家对水稻种子休眠进行了一些数量性状座位(Quantitative trait locus,QTL)定位研究,并结合一系列水稻穗发芽的突变体,初步揭示了种子休眠的分子机制。该研究归纳总结近几年控制水稻休眠的关键基因及其调控机制,以期为该方向的研究以及水稻抗穗发芽分子育种提供帮助。

关键词：水稻种子休眠穗发芽 ABA GA 遗传调控

江苏近30年审定粳稻品种间的遗传多样性分析

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扬州大学学报（农业与生命科学版） 2024年第3期45卷 1-16页

作者：沈雨晴张晨雨纪萌萌陈玘杨华宋锦花冯嘉欣朱虹张亿吕甜冯志明胡珂鸣陈宗祥左示敏扬州大学农学院/江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室/生物育种钟山实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室江苏扬州225009 江苏省种子管理站南京210014 扬州大学江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心/江苏省作物遗传生理重点实验室江苏扬州225009

采用79个SSR标记[包含《水稻真实性SSR鉴定标准》(GB/T 39917-2021)中推荐的48个标记]对江苏1989-2021年间审定和推广的230份粳稻品种进行遗传多样性分析。结果表明:79个SSR标记在供试材料中共扩增出599条多态性片段,单个标记平均检测出... 详细信息

采用79个SSR标记[包含《水稻真实性SSR鉴定标准》(GB/T 39917-2021)中推荐的48个标记]对江苏1989-2021年间审定和推广的230份粳稻品种进行遗传多样性分析。结果表明:79个SSR标记在供试材料中共扩增出599条多态性片段,单个标记平均检测出8个多态性位点(变幅为3~19个), 38个SSR标记在供试品种群体中具有较高多态性信息含量(PIC),平均为0.55 (变幅为0.009~0.813)。供试品种间的遗传相似系数均值为0.605 (变幅为0.330~0.971),显示江苏粳稻品种间的亲缘关系总体较近。对品种标记基因型数据进行聚类分析,供试粳稻品种被分为10个类群,其中第10类群品种数占比80.9%,绝大多数是最近5年育成的,说明江苏当前推广的粳稻品种间遗传多样性更低。中熟中粳品种间的遗传多样性总体上高于迟熟中粳、早熟晚粳和中熟晚粳这3种生态型,中熟晚粳品种与其他3种生态型品种间的遗传相似性最低。品种间遗传相似性随时间的推进呈现明显递增趋势,近5年育成的多数品种间的遗传相似性显著高于之前育成品种,且与10年前品种在遗传组成上已发生明显变化。就不同育成单位而言,嘉兴市农业科学研究院、太湖地区农业科学研究所、连云港市农业科学院、江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所及江苏省农业科学院宿迁农科所育成的品种之间以及与其他9个主要单位育成的品种之间存在较大的遗传差异。这一研究为江苏粳稻育种中亲本的选择及遗传多样性丰富的粳稻新品种选育提供理论参考。

关键词：水稻江苏粳稻 SSR标记遗传多样性生态类型