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利用胚挽救技术创制无核葡萄新材料

果树学报 2024年第9期41卷 1705-1715页

作者：王栋岳妙琦包敏王琦俐王西平西北农林科技大学园艺学院·作物抗逆与高效生产全国重点实验室·农业农村部西北园艺作物生物学与种质创制重点实验室陕西杨凌712100

【目的】以无核葡萄为母本进行无核葡萄新材料创制,探明火焰无核、克伦生、红宝石无核等无核葡萄品种为母本胚培养的幼果最佳采样时间,并通过分子标记辅助育种对杂种植株的无核性状进行早期鉴定,筛选杂交F1代无核材料,提高无核葡萄育种... 详细信息

【目的】以无核葡萄为母本进行无核葡萄新材料创制,探明火焰无核、克伦生、红宝石无核等无核葡萄品种为母本胚培养的幼果最佳采样时间,并通过分子标记辅助育种对杂种植株的无核性状进行早期鉴定,筛选杂交F1代无核材料,提高无核葡萄育种效率。【方法】通过胚挽救技术创制无核葡萄新材料,并利用无核分子标记p3-VvAGL11、GLSP1-569、SCF27-2000、SCC8-1018等对杂种植株无核性状进行鉴定。【结果】共获得杂种植株1059株,其中以红宝石无核为母本进行胚挽救的成苗率在12.48%以上,明显高于其他品种为母本的组合;火焰无核、克伦生、红宝石无核为杂交母本时,分别在第一次授粉后38、48、55 d采集幼果的胚挽救效率最高;利用无核分子标记p3-VvAGL11、GLSP1-569、SCF27-2000、SCC8-1018对杂种植株无核性状进行鉴定,所有杂交组合杂种后代的无核率均在58%以上。【结论】红宝石无核更适合作为胚挽救育种的母本材料,火焰无核、克伦生、红宝石无核为杂交母本时,分别在第一次授粉后38、48、55 d进行幼果采集效果较好,无核分子标记p3-VvAGL11、GLSP1-569、SCF27-2000、SCC8-1018可以准确对杂种植株的无核性状进行鉴定,缩短无核葡萄育种时间。

关键词：无核葡萄胚挽救分子标记辅助育种新种质

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Vm-mil RN7调控苹果树腐烂病菌致病的功能及机理

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中国农业科学 2024年第10期57卷 1930-1942页

作者：张健赵彬森冯浩黄丽丽西北农林科技大学植物保护学院/作物抗逆与高效生产全国重点实验室

【背景】microRNA-like RNA(milRNA)是真菌中普遍存在的一类与动植物microRNA具有相似生成和作用机制的调控因子，广泛参与其生长、发育，以及植物病原真菌的侵染致病等生命活动。苹果树腐烂病菌（苹果黑腐皮壳Valsa mali）引起的腐烂... 详细信息

【背景】microRNA-like RNA(milRNA)是真菌中普遍存在的一类与动植物microRNA具有相似生成和作用机制的调控因子，广泛参与其生长、发育，以及植物病原真菌的侵染致病等生命活动。苹果树腐烂病菌（苹果黑腐皮壳Valsa mali）引起的腐烂病是影响苹果生产的最具毁灭性的病害。【目的】探究Vm-milRN7调控苹果树腐烂病菌致病的功能及机理，为苹果树腐烂病的靶向性抗病育种提供理论依据。【方法】以03-8菌株基因组DNA为模板扩增Vm-milRN7前体序列并构建Vm-milRN7前体过表达载体；扩增Vm-milRN7前体上下游序列并利用Double-joint PCR技术构建Vm-milRN7前体敲除盒。利用PEG介导的原生质体转化法构建Vm-milRN7前体过表达及敲除突变体。通过培养皿内生长试验及离体枝条、叶片接种试验分析Vm-milRN7前体过表达及敲除突变体对病菌营养生长及致病的功能。利用qRT-PCR以及烟草共转化试验验证Vm-milRN7对其靶标基因Vm-09496的调控作用；使用生物信息学软件对Vm-09496进行蛋白序列特征和系统发育分析。为解析其功能，创制Vm-09496的敲除突变体以及回补菌株，并鉴定其表型。【结果】利用PEG介导的遗传转化技术获得Vm-milRN7过表达转化株以及敲除突变体。营养生长观察发现，与野生型菌株相比，Vm-milRN7过表达转化株生长表型无明显差异，而敲除突变体营养生长速率显著降低；致病力检测发现，Vm-milRN7过表达转化株对苹果叶片的致病力显著增强，敲除突变体对苹果叶片和枝条的致病力均显著降低。qRT-PCR和烟草共转化试验分析发现，Vm-milRN7能够抑制其候选靶标基因Vm-09496的表达。生物信息学分析发现该基因编码一个假想蛋白，且与梨黑腐皮壳（V. pyri）中的VP1G＿09956进化关系最近。创制Vm-09496的敲除突变体和回补菌株，发现与野生型菌株相比，敲除突变体对枝条和叶片的致病力均显著提高，而回补菌株营养生长速率及致病力恢复至野生型水平。【结论】Vm-milRN7通过调控靶标基因Vm-09496的降解参与苹果树腐烂病菌致病过程。靶标基因Vm-09496是影响腐烂病菌侵染的重要内源基因，在苹果树腐烂病菌内负向调控致病力。

关键词：苹果黑腐皮壳 milRNA 敲除突变体致病力转录后调控

黄土高原旱地小麦籽粒锌含量及分布对锌肥的响应

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中国农业科学 2024年第11期57卷 2176-2188页

作者：丁玉兰黄翠王星舒张学美徐隽峰黄宁党海燕郭子糠孙蕊卿王朝辉西北农林科技大学资源环境学院/农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室西北农林科技大学作物抗逆与高效生产全国重点实验室

【目的】明确施锌肥引起的土壤有效锌、小麦产量和籽粒锌含量的变化，为优化小麦锌营养强化技术提供重要依据。【方法】基于2017年在黄土高原旱地石灰性土壤上开始的定位试验，于2020—2021年和2021—2022年两个小麦生长期取样，研究锌... 详细信息

【目的】明确施锌肥引起的土壤有效锌、小麦产量和籽粒锌含量的变化，为优化小麦锌营养强化技术提供重要依据。【方法】基于2017年在黄土高原旱地石灰性土壤上开始的定位试验，于2020—2021年和2021—2022年两个小麦生长期取样，研究锌肥用量对土壤有效锌、小麦产量、产量构成、籽粒及其不同部位锌吸收分配的影响。【结果】施用锌肥对小麦产量及产量构成要素无显著影响，但籽粒锌含量提高28.8%—46.0%，在施锌24.9 kg·hm-2时，籽粒锌含量最高达31.1 mg·kg-1；麸皮和面粉锌含量分别提高31.8%—58.8%、26.3%—41.3%，施锌27.3 kg·hm-2时，麸皮锌含量最高，达87.6 mg·kg-1；施锌24.0 kg·hm-2时，面粉锌含量最高，达11.3 mg·kg-1。在籽粒中，锌主要分配在麸皮，占77.7%—80.0%，平均锌含量78.9 mg·kg-1；面粉占20.0%—22.3%，平均锌含量10.8 mg·kg-1。施锌提高了麸皮和面粉的锌含量，麸皮锌含量增幅高于面粉。0—20和20—40 cm土层土壤有效锌含量分别提高235.2%—1233.8%和207.4%—825.9%，在最高施锌量27.3 kg·hm-2时，土壤有效锌含量分别达9.47和2.50 mg·kg-1。0—100 cm不同土层有效锌对小麦锌吸收的贡献存在差异，表层土壤对籽粒锌含量提高的作用显著高于深层土壤。【结论】在黄土高原旱地石灰性土壤上，施锌肥显著提高土壤有效锌含量和小麦籽粒锌含量；进一步改善小麦籽粒锌营养，应将锌肥用量、施锌方式和多种农艺措施，如水分和氮磷肥供应、绿肥种植等综合优化，充分挖掘旱地小麦籽粒锌含量提升的潜力。

关键词：旱地小麦籽粒面粉锌含量有效锌

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赤霉素诱导葡萄无核形成机理研究进展

园艺学报 2024年第7期51卷 1610-1622页

作者：刘苗苗姚锦包敏楚言言王西平西北农林科技大学园艺学院西北农林科技大学作物抗逆与高效生产全国重点实验室陕西杨凌712100

赤霉素能够有效诱导葡萄胚珠败育,被广泛应用于葡萄的无核化生产。赤霉素诱导葡萄胚囊和花粉发育异常,造成内部生理代谢失调,该过程还受到一些植物激素合成代谢及信号通路相关基因、种子发育时期赤霉素响应基因以及特异microRNA的动态... 详细信息

赤霉素能够有效诱导葡萄胚珠败育,被广泛应用于葡萄的无核化生产。赤霉素诱导葡萄胚囊和花粉发育异常,造成内部生理代谢失调,该过程还受到一些植物激素合成代谢及信号通路相关基因、种子发育时期赤霉素响应基因以及特异microRNA的动态调控。本文中从胚胎学、生理生化和分子机制层面综述了赤霉素诱导葡萄无核的形成机理,以期为进一步揭示赤霉素诱导葡萄单性结实的潜在调控机制和今后利用赤霉素进行优质无核葡萄的生产提供依据。

关键词：葡萄无核赤霉素单性结实调控机理

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胚挽救技术创制无核葡萄新材料的研究

果树学报 2024年

作者：王栋岳妙琦包敏王琦俐王西平西北农林科技大学园艺学院.作物抗逆与高效生产全国重点实验室.农业部西北园艺作物生物学与种质创制重点实验室

【目的】以无核葡萄为母本进行无核葡萄新材料创制，探明火焰无核、克伦生、红宝石无核等无核葡萄品种为母本胚培养的幼果最佳采样时间，并通过分子标记辅助育种对杂种植株的无核性状进行早期鉴定，筛选杂交F1代无核材料，提高无核葡萄... 详细信息

【目的】以无核葡萄为母本进行无核葡萄新材料创制，探明火焰无核、克伦生、红宝石无核等无核葡萄品种为母本胚培养的幼果最佳采样时间，并通过分子标记辅助育种对杂种植株的无核性状进行早期鉴定，筛选杂交F1代无核材料，提高无核葡萄育种效率。【方法】通过胚挽救技术创制无核葡萄新材料，并利用无核分子标记p3-VvAGL11、GLSP1-569、SCF27-2000、SCC8-1018等对杂种植株无核性状进行鉴定。【结果】共获得杂种植株1059株，其中以红宝石无核为母本进行胚挽救的成苗率在12.48%以上，明显高于其他品种为母本的组合；火焰无核、克伦生、红宝石无核为杂交母本时，分别在第一次授粉后38、48、55 d采集幼果的胚挽救效率最高；利用无核分子标记p3-VvAGL11、GLSP1-569、SCF27-2000、SCC8-1018对杂种植株无核性状进行鉴定，所有杂交组合杂种后代的无核率均在58%以上。【结论】红宝石无核更适合作为胚挽救育种的母本材料，火焰无核、克伦生、红宝石无核为杂交母本时，分别在第一次授粉后38、48、55 d进行幼果采集效果较好，无核分子标记p3-VvAGL11、GLSP1-569、SCF27-2000、SCC8-1018可以准确对杂种植株的无核性状进行鉴定，缩短无核葡萄育种时间。

关键词：无核葡萄胚挽救分子标记辅助育种新种质

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真菌几丁质酶研究进展

微生物学报 2024年

作者：庄钰鑫刘慧泉许铭西北农林科技大学植物保护学院作物抗逆与高效生产全国重点实验室

几丁质是一种由N-乙酰葡萄糖胺通过β-1，4糖苷键连接聚合而成的多糖，在全球陆地和水生生态系统中普遍存在，是地球上最丰富的有机大分子多聚物之一。几丁质酶是一类催化几丁质降解的酶类，几丁质酶不仅是基础研究的研究重点，而且在... 详细信息

几丁质是一种由N-乙酰葡萄糖胺通过β-1，4糖苷键连接聚合而成的多糖，在全球陆地和水生生态系统中普遍存在，是地球上最丰富的有机大分子多聚物之一。几丁质酶是一类催化几丁质降解的酶类，几丁质酶不仅是基础研究的研究重点，而且在农业、医药和环境科学等多个领域展现出广泛的应用潜力。本文系统地概括了真菌几丁质酶的分类体系，探讨了它们在不同真菌类群中的分布特征，以及在酵母和丝状真菌等中的生物学功能。本文还详细分析了几丁质酶的酶学特性，并介绍了其在农业病虫害防治、疾病治疗和几丁质寡糖生产等方面的应用，并讨论了未来真菌几丁质酶研究方向。本文将为真菌几丁质酶的研究提供新的视角。

关键词：几丁质酶 GH18 多糖基因功能

ICARDA引进-小麦苗期抗旱性的全基因组关联分析

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中国农业科学 2024年第9期57卷 1658-1681页

作者：张颖石婷瑞曹瑞潘文秋宋卫宁王利聂小军西北农林科技大学农学院/作物抗逆与高效生产全国重点实验室山东省农业科学院农业资源与环境研究所/养分资源高效利用全国重点实验室

【目的】干旱是限制小麦生产最主要的逆境因子之一。挖掘、鉴定优异抗旱新种质、克隆抗旱新基因，以期丰富我国小麦抗旱遗传基础，为小麦抗旱遗传改良提供材料。【方法】以198份从国际干旱地区农业研究中心（ICARDA）引进的抗旱种质为... 详细信息

【目的】干旱是限制小麦生产最主要的逆境因子之一。挖掘、鉴定优异抗旱新种质、克隆抗旱新基因，以期丰富我国小麦抗旱遗传基础，为小麦抗旱遗传改良提供材料。【方法】以198份从国际干旱地区农业研究中心（ICARDA）引进的抗旱种质为材料，采用PEG-6000模拟干旱方法，通过调查苗期干旱和正常条件下的地上部鲜重、地下部鲜重、生物量和根冠比4个性状，鉴定、评价其抗旱性，结合660K SNP芯片对其抗旱性进行全基因组关联分析，发掘抗旱性相关染色体区间及关联位点，结合干旱胁迫下根等多组织的表达量数据，筛选抗旱性相关基因，最后以强抗旱性品系IR214和干旱敏感品系IR36为材料，利用qRT-PCR方法对候选基因进行验证，并分析关键候选基因的优异单倍型。【结果】干旱胁迫下，小麦的生长发育受到显著抑制，各性状表型均显著低于正常对照，不同小麦品系间也表现出显著差异，4个性状在2种处理下均呈现正态分布，变异系数为0.363—0.760，多样性指数为0.310—0.400；基于加权隶属函数值（D值）综合评价各个品种的抗旱性，发现品系IR214的D值最大，为0.851，其次为IR92、IR213、IR235和IR218等，它们可作为新的优异抗旱种质；在此基础上，通过全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS），共检测到102个与4个性状抗旱系数显著关联的SNP位点，表型变异解释率范围为1.07%—38.70%，其中，与地上部鲜重相关的位点60个、地下部鲜重相关位点1个、生物量相关位点36个以及根冠比相关位点5个；基于基因组注释信息，筛选到31个抗旱相关基因，结合根等不同组织的RNA-seq数据，筛选出4个抗旱候选基因，对差异表达的候选基因进行qRT-PCR验证，鉴定到2个关键抗旱候选基因；最后，分析候选基因的单倍型效应，发现TraesCS6A02G048600的AX-86174509位点，2种基因型在抗旱性状上具有显著差异，是潜在的功能位点。【结论】共检测到102个与苗期抗旱性显著关联的位点，筛选出TraesCS5B02G053500和TraesCS6A02G048600 2个关键候选基因，TraesCS6A02G048600的AX-86174509位点是潜在的抗旱性功能位点。

关键词：小麦干旱胁迫 660K SNP芯片全基因组关联分析候选基因

基于时间序列植被指数的小麦条锈病抗性等级鉴定方法

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农业工程学报 2024年第4期40卷 155-165页

作者：苏宝峰刘砥柱陈启帆韩德俊吴建辉西北农林科技大学机械与电子工程学院杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室杨凌712100 陕西省农业信息感知与智能服务重点实验室杨凌712100 西北农林科技大学农学院杨凌712100 西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室杨凌712100

条锈病严重影响小麦产量,培育抗条锈病的小麦品种至关重要。针对传统育种中抗性鉴定手段单一、效率低的问题,该研究提出了一种通过小麦冠层植被指数的时间序列实现对条锈病不同抗性等级的高效鉴定方法。该方法利用无人机采集自然发病的... 详细信息

条锈病严重影响小麦产量,培育抗条锈病的小麦品种至关重要。针对传统育种中抗性鉴定手段单一、效率低的问题,该研究提出了一种通过小麦冠层植被指数的时间序列实现对条锈病不同抗性等级的高效鉴定方法。该方法利用无人机采集自然发病的育种群体小麦(共600个样本,516个基因型)冠层多时相的光谱图像,使用随机蛙跳算法和ReliefF算法筛选出6个条锈病病害严重度的敏感特征:归一化色素叶绿素指数(normalized pigment chlorophyll index,NPCI)、沃尔贝克指数(woebbecke index,WI)、叶绿素红边指数(chlorophyll index rededge,CIrededge)、绿大气抵抗植被指数(green atmospherically resistant index,GARI)、归一化差分植被指数(normalized difference vi,NDVI)、叶绿素绿指数(chlorophyll index green,CIgreen),这些敏感特征在试验群体中的时间序列符合条锈病的发病规律,验证了其作为条锈病发病严重度敏感特征的有效性;基于支持向量机(support vector machine,SVM)算法使用上述敏感特征建立条锈病病害严重度等级分类模型,在测试集的表现中,与使用未经过筛选的原始特征所建立的模型相比在精度、平均准确率、平均召回率和F1分数上分别仅下降6.2%、3.3%、2.7%、4.0%,证明了所筛选敏感特征的有效性;针对一般机器学习算法难以捕捉不同抗性等级样本之间较小的特征变化差异的问题,提出了一种从植被指数时间序列转化生成的二维图像中提取特征实现条锈病抗性等级分类的方法。将敏感特征中能够较好区分不同抗病等级的4个时间序列植被指数(NPCI、GARI、NDVI、WI),通过格拉姆角场方法生成格拉姆角和场图像,并制作成数据集,使用DenseNet121网络进行训练,以实现不同条锈病抗病等级的分类。建立的条锈病抗性等级分类模型中,由NPCI时间序列图像建立的分类模型测试效果最佳,其准确率为0.837,召回率为0.834,F1分数可达0.833,能够较好地实现对群体小麦不同品种(系)的条锈病抗性等级差异的区分,表明基于光谱植被指数时间序列的小麦条锈病抗性等级识别方法可以用于小麦抗病育种中抗性等级的鉴定,并可为其他作物的病害抗性等级鉴定提供一定的参考。

关键词：无人机遥感机器学习深度学习小麦条锈病多光谱成像 DenseNet121

玉米WRKY转录因子IIc亚家族分析及其在干旱胁迫下的表达分析

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作物杂志 2024年第1期 80-89页

作者：毋莹胡蝶李婷段乾元韦宁宁张兴华徐淑兔薛吉全西北农林科技大学农学院陕西杨凌712100 农业农村部西北旱区玉米生物学与遗传育种重点实验室陕西杨凌712100

利用生物信息学方法鉴定了玉米WRKY IIc亚族成员,系统全面地分析其理化性质、染色体定位、基因结构、蛋白保守结构域和启动子顺式作用元件;利用已发表的RNA-seq数据,分析ZmWRKY IIc亚家族基因在不同组织部位和不同生长发育时期干旱处理... 详细信息

利用生物信息学方法鉴定了玉米WRKY IIc亚族成员,系统全面地分析其理化性质、染色体定位、基因结构、蛋白保守结构域和启动子顺式作用元件;利用已发表的RNA-seq数据,分析ZmWRKY IIc亚家族基因在不同组织部位和不同生长发育时期干旱处理下的表达;同时预测IIc亚家族ZmWRKY蛋白质的互作网络。结果表明,玉米WRKY IIc亚家族有25个成员,其进化相对保守,可在玉米不同组织和不同生长发育时期参与干旱胁迫响应,并且可能在响应干旱胁迫的过程中与MYB、bHLH转录因子以及生长素调节因子存在一定的互作。

关键词：玉米 WRKY IIc 家族分析干旱表达分析