摘要:

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摘要:植物细胞基因表达的异质性是造成组织功能差异的关键因素。近年来，利用空间转录组测序技术研究植物特定生物学问题已取得较大突破，现已成功应用于细胞发育、细胞鉴定和抗逆应激等方面。为探究空间转录组测序技术在植物中的应用，本文对空间转录组测序技术的发展、在植物中的应用以及未来研究方向3个方面进行综述，系统阐述了空间转录组测序技术的发展进程，重点分析其在植物细胞生长和分化、植物细胞鉴定、抗逆应激的应用中所取得的进展。此外，总结空间转录组测序技术在植物应用中存在的挑战，提出未来在植物研究中的方向以及结合其他组学技术的优势，以期利用空间转录组测序技术解决更多植物领域的科学问题。

摘要:CRISPR/Cas9基因编辑系统是一项通用的基因修饰技术，是植物、动物、真菌以及微生物的功能基因和遗传育种研究的重要技术。本文介绍了该技术在食用真菌的基因研究和遗传育种中的应用现状，包括Cas9和sgRNA的递送和表达策略、遗传转化方法、突变体筛选以及DNA双链断裂后的靶位点的修复策略。同时总结了该技术在食用菌中应用所面临的主要问题及其优化策略，并结合个人研究背景展望了其未来在食用菌研究中的应用价值。

摘要:半纤维素作为植物细胞壁的主要成分，约占其干物质量的1/3，是自然界中除纤维素以外含量最丰富的再生生物质资源。半纤维素在植物细胞壁中与纤维素、木质素等组分紧密交联，形成了顽固的抗降解屏障。通过精准遗传改良植物细胞壁结构与特性，可以在保证植物正常生长发育的前提下，大幅提高木质纤维素降解效率。本文主要综述了半纤维素在植物细胞壁中的结构分布、半纤维素与细胞壁其他组分的交联方式，以及半纤维素合成修饰对细胞壁降解效率的影响，为能源作物的遗传改良提供了参考。

摘要:芥菜(Brassica juncea)是十字花科芸薹属的蔬菜作物，在我国广泛种植。茎用芥菜主要以膨大的变态茎为食用器官，其产量和品质很大程度上取决于营养生长到生殖生长的过渡，即开花。WRKY转录因子家族在高等植物中普遍存在，其成员参与调控许多生长发育进程，包括生物/非生物胁迫响应、开花调控等。WRKY71是WRKY家族中的一个重要成员，但它在芥菜中的功能及作用机制还未见报道。本研究克隆得到芥菜BjuWRKY71-1基因，对其进行生物信息学分析和系统进化树分析表明，其蛋白具有一个保守的WRKY结构域，属于Ⅱ类WRKY蛋白，与白菜BraWRKY71-1亲缘关系较近。BjuWRKY71-1在叶和花中表达丰度显著高于根和茎，且随着植株的发育表达量逐渐增多。烟草亚细胞定位显示BjuWRKY71-1位于细胞核中。过表达BjuWRKY71-1的转基因拟南芥开花时间较野生型显著提前。酵母单杂交和双荧光素酶试验结果显示，其能够结合到开花整合子BjuSOC1的启动子上并促进相应基因的表达。综上表明，BjuWRKY71-1蛋白能够直接靶向BjuSOC1从而促进植株开花。这一发现为深入研究芥菜BjuWRKY71-1开花调控的分子机制及其耐抽薹开花新种质创制等奠定了基础。

摘要:本研究旨在实现番茄线粒体形态特征和动态变化的可视化，以便于研究番茄线粒体功能。通过农杆菌(Agrobacterium)介导的遗传转化技术，获得具有线粒体定位功能的绿色荧光蛋白(mitochondria-green fluorescent protein, Mt-GFP)的转基因番茄，测定转基因Mt-GFP番茄果实在绿熟期、破色期和破色后3 d、6 d、9 d时的色差、硬度、可溶性固形物、酸度、呼吸速率和乙烯释放量，并以野生型番茄果实为对照。结果显示，Mt-GFP蛋白不影响番茄果实正常成熟，但使番茄果实酸度升高。用蛋白免疫印迹成功验证了番茄叶片和果实中Mt-GFP蛋白的表达，并在激光共聚焦显微镜下清晰地观察到花、叶片和果实细胞中线粒体的形态特征以及花细胞中线粒体的动态变化。转基因Mt-GFP番茄植株的培育实现了番茄线粒体可视化，为研究番茄发育及果实成熟过程中的线粒体功能提供了良好的研究材料。

摘要:水稻白叶枯病是水稻主要的病害之一，对水稻生产具有重要的意义。本研究以国外引进粳稻品种Maybelle与地方籼稻品种白叶秋为亲本构建而成的加倍单倍体(doubled haploid, DH)群体为材料，调查了4个白叶枯病致病小种的致病性。结果表明，各小种的致病性在DH群体间呈现连续分布，并伴有一定的超亲变异。而且，各个致病小种的致病性具有一定的相关性，相关系数处在0.3与0.6之间。数量性状位点(quantitative trait locus, QTL)分析共检测到12个QTL，分别位于水稻第1、2、3、5、6、7、9和12号染色体，贡献率介于4.95%-16.05%之间，其中位于5号染色体上的RM6024-RM163区间在3个致病小种中均检测到，并且是效应最大的主效QTL。另外，QTL座位的聚合进一步表明，通过不同的QTL座位的聚合能够显著提高水稻白叶枯病的抗性。该研究对拓宽我国白叶枯病抗性基因资源具有重要的意义。

摘要:由Gα、Gβ和Gγ这3个亚基组成的异源三聚体GTP结合蛋白(简称G蛋白)在真核生物的信号转导中起着重要作用。拟南芥基因组中仅有1个Gβ亚基编码基因AGB1，在免疫反应中起着正调控作用，然而AGB1在大豆防御中的作用尚不清楚。鉴于大豆是四倍体植物，存在基因功能冗余，本研究利用菜豆豆荚斑驳病毒诱导的基因沉默技术同时沉默大豆基因组中同源性高达86%-97%的4个GmAGB1同源基因，以探究其在大豆免疫中的作用。沉默GmAGB1导致大豆植株出现矮化表型，暗示GmAGB1可能参与大豆的生长发育；抗病性分析表明沉默GmAGB1导致大豆对大豆斑疹病菌的抗性降低，而该抗性的降低与GmAGB1沉默植株叶片中病原菌侵染诱导的活性氧的积累量的显著下降以及细菌中保守的鞭毛蛋白N端22个氨基酸小肽flg22诱导的GmMPK3激活程度的显著降低相关联。此外，酵母双杂交实验证明大豆中的GmAGB1可能与GmAGG1存在互作关系。综上所述，GmAGB1是大豆防御反应中的正调控因子，且大豆中G蛋白也可能以进化上保守的异源三聚体的形式发挥作用。

摘要:自噬在生物体细胞内物质循环利用及适应各种胁迫方面起着重要作用。然而，对大豆自噬途径的研究鲜有报道。本研究利用大豆豆荚斑驳病毒(bean pod mottle virus, BPMV)介导的基因沉默技术，对大豆自噬相关基因5 (autophagy-related gene 5, ATG5)同源基因进行沉默。结果发现，经暗处理的GmATG5沉默植株叶片上积累过量的ATG8蛋白，说明自噬降解途径受损；与自噬途径受损相一致，暗处理的GmATG5沉默植株叶片出现明显的衰老加速的表型；另外，GmATG5沉默植株叶片中活性氧(reactive oxygen species, ROS)的积累量以及水杨酸含量显著增加，说明沉默GmATG5激活了免疫反应；抗病性分析表明，GmATG5沉默植株对大豆斑点病菌(Pseudomonas syringae pv. glycinea, Psg)的抗性较空载体对照植株显著增强，但该抗病性的增强并不依赖于丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)途径的激活。

摘要:黄素单氧化酶(flavin-containing monooxygenase, FMO)是CSOs生物合成途径中的关键酶，具有硫氧化功能。为了探讨FMO在洋葱CSOs合成中的功能，本研究基于转录组数据库和系统发育分析获得了一个可能参与蒜氨酸合成的AcFMO基因，该基因的cDNA为1 374 bp，编码457个氨基酸，在进化上与大蒜的AsFMO亲缘关系最近。实时荧光定量PCR (real-time fluorescence quantitative polymerase chain reaction, qRT-PCR)表明AcFMO在洋葱的花中表达量最高，在叶鞘中表达量最低。亚细胞定位结果显示AcFMO基因产物广泛分布于整个细胞。构建了酵母表达载体，转化酵母后进行体外酶功能分析，确定通过酵母真核表达的AcFMO蛋白在体外具有催化活性，能够催化S-烯丙基-l-半胱氨酸合成蒜氨酸。总之，AcFMO的克隆和功能鉴定对了解洋葱中CSOs的生物合成具有重要的参考价值。

摘要:维生素C在植物抗氧化作用、光合作用、生长发育和代谢过程中发挥重要作用。本研究从花生中克隆了维生素C合成相关基因AhPMM，该基因对低温、氯化钠(NaCl)、聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)和脱落酸(abscisic acid, ABA)等处理均有明显的响应。构建了AhPMM过表达载体，并利用花粉管注射法转入花生品种莒南小红种，对T₃代拟转基因花生植株进行PCR检验，结果显示转基因阳性率为42.3%。利用HPLC测定转基因植株叶片还原性维生素C (reducing vitamin C, AsA)和总维生素C含量，结果表明部分株系还原性维生素C含量显著增加，最高可比对照增加1.90倍；总维生素C含量最高可比对照增加1.63倍。对转基因种子进行了氯化钠和脱落酸耐性试验，结果表明与未转基因对照相比，转基因种子对氯化钠耐性明显增强，对脱落酸敏感性减弱；转基因植株比未转基因对照的耐盐性明显增强。上述结果表明AhPMM基因既可提高花生维生素C含量，又可增加转基因花生种子和植株的耐盐性。本研究可为花生耐盐分子育种提供基因源。

摘要:HSP70蛋白作为热激蛋白(heat shock protein, HSP)家族重要成员之一，在植物的生长发育、逆境胁迫等过程中发挥着重要作用。为探究荔枝(Litchi chinensis) HSP70基因家族成员在应对低温、高温、干旱及盐胁迫环境时的作用，利用生物信息学方法鉴定荔枝全基因组中的HSP70基因家族，并通过实时荧光定量PCR (quantitative real-time PCR, qRT-PCR)技术检测HSP70家族成员在不同非生物胁迫处理下的表达模式。结果显示，LcHSP70基因家族共包含18个成员，不均匀地分布在荔枝的10条染色体上，其蛋白包含479-851个不等的氨基酸，等电点介于5.07-6.95之间，分子质量为52.44-94.07 kDa。LcHSP70蛋白在细胞核、细胞质、内质网、线粒体和叶绿体中有分布。系统进化分析发现LcHSP70蛋白分布在5个亚族，分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅵ亚族。LcHSP70s启动子区域拥有多种与植物生长发育、激素响应及逆境响应相关的顺式作用元件。转录组数据分析显示，LcHSP70s存在明显的组织表达特异性，总体上可分为普遍性表达和特异性表达。非生物胁迫表达分析显示，该基因家族成员均可以对低温、高温、干旱和盐胁迫作出不同程度的反应，且在不同时间表达差异显著。上述研究结果为进一步探究荔枝HSP70基因家族的功能奠定了基础。

摘要:本研究旨在以短葶山麦冬的叶与根为研究对象进行高通量Illumina转录组测序，并结合生物信息学分析参与调控短葶山麦冬主要活性成分甾体皂苷类化合物积累的相关酶基因及关键转录因子，为研究短葶山麦冬甾体皂苷积累的分子机制提供理论基础。通过转录组测序，鉴定到AACT、CAS、DXS与DXR等31个参与甾体皂苷类化合物合成的代谢酶，其中萜类化合物骨架合成阶段有16个，倍半萜和三萜生物合成阶段有3个，甾体化合物合成阶段有12个。基因差异表达显示，在叶与根之间具有34条差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs)，分别编码甾体皂苷合成有关的15个代谢酶，通过基因共表达模式进一步分析，编码其中14个代谢酶的31条DEGs呈现共表达模式。此外，还通过共表达分析及PlantTFDB的转录因子分析工具预测到8个转录因子GAI、PIF4、PIL6、ERF8、SVP、LHCA4、NF-YB3和DOF2.4可能参与调节6个代谢酶DXS、DXR、HMGR、DHCR7、DHCR24和CAS。通过启动子分析预测这些转录因子表明，其主要调控机制涉及脱落酸响应、干旱诱导胁迫响应及光响应等过程，特别是脱落酸响应元件(abscisic acid responsive elements, ABRE)与干旱诱导胁迫响应元件(MYB binding site involved in drought-inducibility, MBS)响应途径；并通过qRT-PCR分析这8个关键转录因子和代谢酶基因，结果表明它们在叶与根中差异表达与测序结果一致。

摘要:锰是植物必需元素，参与多种代谢过程，然而，锰过量会对植物造成毒害。为探究植物在锰胁迫和恢复期的各种生理生化活动规律，本研究以拟南芥(Arabidopsis)为实验对象，将在MS培养基上生长5 d的幼苗，分别置于含1 mmol/L MnCl₂的MS培养基上1 d和3 d，随后将锰处理3 d的幼苗转移到MS培养基上恢复1 d进行各种生理指标检测及转录组分析。结果显示，拟南芥在恢复阶段叶片出现轻微变黄症状，叶绿素和类胡萝卜素浓度显著减少，而丙二醛(malondialdehyde, MDA)和可溶性糖含量在恢复阶段增加。转录组测序数据显示，差异基因的表达模式呈现三大类型：早期响应、晚期响应和恢复期响应。京都基因与基因组百科全书(Kyoto encylopaedia of genes and genomes, KEGG)通路富集分析发现，差异代谢通路包括植物激素信号传导(plant hormone signal transduction)、丝裂原活化蛋白激酶(mitosolysis activates protein kinase, MAPK)信号通路、苯丙烷合成代谢途径(phenylpropanoid biosynthesis)、ABC转运蛋白(ATP binding cassette transporters)和甘油磷脂代谢(glycosphingolipid biosynthesis)等。在锰胁迫及恢复阶段，筛选到了与苯丙烷合成代谢途径、ABC转运蛋白和甘油磷脂代谢相关的差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs)，随机选取16个差异基因进行qRT-PCR验证，结果与RNA-seq数据表达趋势一致。结果表明，植物可能通过调节苯丙烷类合成代谢途径，促进多酚类物质的积累以清除在恢复阶段产生的过氧化物；激活ABC转运蛋白，提高锰离子在植物体内的运输，减轻锰离子对植物的毒害作用；通过启动甘油磷脂代谢，调整细胞膜脂组成和含量，以适应锰胁迫。本研究结果为拟南芥应对锰胁迫并恢复时作出反应的分子机理提供了新见解，也为植物耐锰新品种培育提供了参考。

摘要:细胞分裂素响应因子(cytokinin response factors, CRFs)作为植物特有的转录因子，在生长发育调控、激素信号通路以及胁迫应答过程中发挥着重要作用。本研究以拟南芥12个AtCRF蛋白序列为基础，通过BLAST比对，从水稻基因组中鉴定出9个CRF基因，分布于7条染色体上。利用各种在线网站和本地软件，对水稻CRF家族蛋白的保守结构域、理化性质、二级结构以及系统进化关系进行全面的解析。同时，也分析了OsCRF基因的外显子-内含子结构和启动子区顺式作用元件。结果发现，水稻CRF基因的启动子中含有大量与植物激素响应和非生物胁迫应答相关的元件。时空表达模式分析显示，4个OsCRF基因在各器官中表达量均比较低，而另外5个则高表达于水稻的叶片、花序或种子等部位。基因芯片数据表明，OsCRFs不同程度地受到脱落酸(abscisic acid, ABA)、生长素(auxin)、细胞分裂素(cytokinin, CK)以及茉莉酸(jasmonic acid, JA)的调控作用。通过分析转录组测序数据，研究还发现，OsCRF基因主要参与水稻的温度(低温及高温)胁迫应答，部分基因还参与了干旱胁迫响应，但几乎所有的基因都不响应盐胁迫。本研究为进一步解析水稻CRF家族基因的生物学功能提供了依据。

摘要:高粱蚜(Melanaphis sacchari)和丝轴黑粉菌(Sporisorium reilianum)侵染高粱，导致其生长发育受阻、产量和品质下降。采用生物信息学分析和分子生物学方法，研究高粱发育过程及病虫发生下的MYC基因表达模式变化与自然等位DNA变异，为选育抗逆、高产和优质高粱品种提供参考。结果表明，高粱基因组含28个MYC基因，不均匀分布在10条染色体上，基本螺旋-环-螺旋_MYC_N (basic helix-loop-helix_MYC_N, bHLH_MYC_N)与螺旋-环-螺旋(helix-loop-helix, HLH)结构域是高粱MYC基因的保守结构域。基因表达分析显示，SbbHLH35.7g在叶片中表达水平最高；SbAbaIn在早期籽粒中表达强；SbMYC2.1g在成熟花粉中表达水平高。在抗、感蚜品系5叶期叶片中，显著诱导表达的是SbAbaIn、SbLHW.4g和SbLHW.2g。SbbHLH35.7g在穗组织表达水平最高，且受丝轴黑粉菌侵染显著诱导表达。SbMYCs启动子区包含脱落酸、水杨酸、茉莉酸甲酯和干旱诱导等相关元件，使其更好地响应逆境胁迫。通过分析全基因组重测序数据，鉴定到SbMYCs关键的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)或插入缺失标记(insertion-deletion, INDEL)变异。SbAbaIn与TIFY结构域蛋白等互作，SbbHLH35.7g与多药剂外泵蛋白(multidrug efflux transporter, MDR)和核转运蛋白(imporin)等互作。高粱蚜和丝轴黑粉菌侵染分别诱导SbAbaIn和SbbHLH35.7g表达，SbAbaIn通过茉莉酸(jasmonic acid, JA)途径诱导相关基因表达，增强抗虫性；SbbHLH35.7g可能通过解毒途径提高抗病性。

摘要:为研究铁皮石斛(Dendrobium officinale)应激活化蛋白激酶(stress-activated protein kinase, SAPK)基因家族的功能，综合多种生物信息学技术鉴定铁皮石斛SAPK (DoSAPK)家族成员，分析它们的理化特性、染色体定位、系统进化树、基因结构和启动子顺式作用元件等，并通过荧光定量PCR技术检测它们在不同组织、低温处理及盐胁迫处理后的表达量。结果表明，铁皮石斛有8个SAPK家族成员，分为group I、group II和group III亚家族，分布在7条染色体上，且2对基因间存在复制关系。在同一亚族中的家族成员具有类似的基因结构、保守基序和蛋白质二级结构。DoSAPK家族基因的启动子区域富含大量激素响应和胁迫应答相关的调控元件。不同DoSAPK成员在铁皮石斛各组织中均有不同程度的表达，具有组织表达特异性。在低温和盐胁迫处理下呈现差异化表达，可能受到低温和盐胁迫的调控，特别是DoSAPK1在铁皮石斛逆境应答过程中可能起着重要的作用。本研究为铁皮石斛DoSAPK家族基因及其功能的深入研究提供了参考。

摘要:为研究百合(Lilium spp.)种质资源的遗传背景，精准评价和筛选优异种质用于百合的遗传改良，本研究采用简单序列重复(simple sequence repeat, SSR)分子标记技术对来自我国11个省份的62份百合种质资源进行了遗传背景分析。结果表明，83对百合SSR引物中有15对引物具有多态性，共扩增出157个等位基因位点，每个位点的等位基因数为5-19个，平均每个位点有效等位基因数(number of effective alleles, Ne)为4.162 8，平均观测杂合度(observed heterozygosity, Ho)和平均期望杂合度(expected heterozygosity, He)分别为0.228 2和0.694 1，平均多态性信息含量(polymorphism information content, PIC)为0.678 8，平均Nei’s多样性指数(Nei’s diversity index, H)和平均Shannon信息指数(Shannon’s information index, I)分别为0.694 1和1.594 9，说明供试百合种质遗传多样性丰富。利用非加权配对算术平均法(unweighted pair group method with arithmetic mean, UPGMA)进行聚类分析，可将62份种质分为5大类，主成分分析将材料分为3个类群，结合两种分析发现各类群存在一定地理相关性，绝大数来源相同的百合种质可聚为一类。群体结构分析将百合群体划分为4个类群和1个混合类群。上述研究结果为百合种质资源的精准鉴定和育种利用提供了一定的理论依据和基因资源。

摘要:磷脂酶A2 (phospholipase A2, PLA2)广泛分布于动物、植物和微生物，参与许多生理活动。本实验室先前鉴定和研究了1个家蚕分泌型PLA2 (Bombyx mori sPLA2-1-1)基因功能。最近，从家蚕基因组鉴定到4个新的sPLA2基因(BmsPLA2-1-2、BmsPLA2-2、BmsPLA2-3、BmsPLA2-4)，预测的氨基酸都具有sPLA2超家族结构域、金属离子结合位点和高度保守的催化位点等sPLA2的典型特征。本研究完成了BmsPLA2-4基因的克隆、体外表达和表达模式分析。BmsPLA2-4全长为585 bp，体外表达经Ni纯化获得重组蛋白大小约25 kDa。qRT-PCR分析表明，BmsPLA2-4在5龄第1天的表达量最高。组织表达谱分析表明，BmsPLA2-4在中肠的表达量最高，其次是体壁和脂肪体。Western blotting分析结果与qRT-PCR一致。用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌感染5龄第1天幼虫后，BmsPLA2-4基因的表达量在24 h显著升高。本研究为后续研究提供了理论基础和有价值的实验数据。

摘要:CRISPR/Cas9基因编辑技术在作物育种中已具有重要的应用价值，理解与掌握该项技术能够为生物学、农学等专业的学生从事相关科研工作打好基础。为了将CRISPR/Cas9技术融入高校的实验教学中，设计开发了一个创新性教学实验“利用CRISPR/Cas9技术提高水稻植株的白叶枯病抗性”。该实验有助于学生更好地理解CRISPR/Cas9技术原理，掌握其操作流程和方法，学习应用该技术对水稻进行定向分子育种改良。在拓展学生知识和技能的同时，推进实验教学的改革与创新。

摘要:为了满足国家在农业领域高质量发展的战略需求，教育部把握经济社会和农业高质量发展趋势，在涉农优势高校布局建设生物育种工程硕博士专业。该专业将首次开设农业合成生物学课程，培养研究生解决生物育种的关键科学与技术问题，引领国家农业创新发展，服务现代农业强国建设。农业合成生物学研究生课程将注重多学科交叉、创新引领、产学研协同发展，培养具有扎实的多学科基础、自主的创新能力及务实的产业化理念的研究生，满足国内外未来农业发展需求，深入开展现代农业科学研究和产业化的未来农业科技人才。