植物耐盐基因工程研究进展

盐害是农作物减产的主要因素,提高作物的耐盐性是提高全球粮食产量的基础。文章较系统地概述了植物盐胁迫信号传导通路研究现状,植物耐盐基因的挖掘,包括基于EST数据库的基因挖掘、通过转录谱确定胁迫响应基因以及应用转基因手段确定基因在胁迫耐受机制中的功能。同时系统阐述了各类耐盐基因的应用,包括渗透调节物质合成酶基因、氧胁迫相关基因、离子转运相关基因、编码转录因子的调节基因、感应和传导胁迫信号的蛋白激酶基因和其他调控序列。文章还对植物耐盐基因工程研究的现状进行了分析和提出建议,对进行植物基因工程研究工作具有参考价值和指导意义。     

植物耐盐基因研究及其在棉花上的应用

盐害会对植物生长造成严重的危害、对农作物的产品品质和产量造成很大的损失。通过调控耐盐相关基因的表达,能提高转基因植物的耐盐能力。近年来,人们克隆了许多与耐盐相关的基因,主要包括渗透调节物合成基因、耐盐相关蛋白类基因、保护酶相关基因、转录因子的调控基因。主要综述了近年来植物耐盐相关基因的克隆及其在棉花基因工程中的研究应用等方面的一些进展,并对棉花耐盐基因工程的研究应用提出了对策和展望。     

玉米耐盐碱转基因研究进展

土壤盐渍化正威胁着人类赖以生存的有限的土地资源,已经成为制约农业生产的一个全球性问题。提高作物的耐盐碱能力是植物育种工作急需解决的关键问题。随着现代分子生物技术的飞速发展,人们寄希望于基因工程培育耐盐碱品种。科研工作者已经鉴定和克隆出一批耐盐碱相关基因,并已通过耐盐碱相关基因遗传转化,获得了一些耐盐碱性提高的转基因玉米。该研究就植物耐盐机理、耐盐碱相关基因的克隆及玉米耐盐碱基因的遗传转化等几个方面进行了综述,并对该领域的前景进行了展望。     

抗旱耐盐基因与作物的改良及其在荒漠化治理中的前景

粮食与环境是人类生存的主题。随着全球人口的增长,粮食和环境问题日益突出。改善环境,有效地利用土地提高作物产量,迫在眉睫。近年来,一大批与植物抗旱、耐盐有关的基因相继得到克隆,植物转基因技术有了重大突破,这为有效利用旱地及盐碱地提高作物产量,治理盐渍化及荒漠化土地提供了新的思路和方法。文章综述了影响植物抗旱、耐盐性的各相关功能基因的研究进展及其在利用基因工程技术改良植物,改善生态环境方面的应用前景。     

植物盐胁迫及耐盐机制研究进展

盐胁迫是影响农作物产量的主要逆境因素之一,对近年来植物盐害和耐盐机制的报道进行了综述,并对目前植物盐胁迫研究存在的问题进行了展望。     

土壤盐渍化修复技术研究进展

土壤盐渍化不但会阻碍植物根系对水分的吸收,而且严重影响植物生长发育和产量,还会导致土壤的理化性质变差。对土壤盐渍化进行有效治理及开发利用有助于提高耕后备耕地的储备量等。通过梳理近年来国内外土壤盐渍化修复技术相关研究进展,总结现有盐渍土改良技术的研究成果,并得出(1)农艺措施改良盐渍土主要研究方向是优化灌溉模式与完善灌溉技术,阻止地下水位升高,减少土壤返盐;(2)水利工程改良技术目前研究比较成熟,其主要研究方向是通过完善排水设施来降低地下水位,进而减少土壤中盐分含量,改良盐渍土;(3)物理改良技术目前研究比较成熟,研究方向是改善土壤结构、打破犁地层、提高土壤的持水性能,进而降低土壤中的含盐量;(4)化学改良技术目前主要的研究方向是将化学物质直接或间接施入盐渍土中,并测定其对于土壤理化性质的影响;(5)目前生物改良主要的研究方向是选择、培育和种植耐盐碱作物以及筛选耐盐碱促生菌,运用耐盐碱植物与耐盐碱促生菌相配合的方式改良盐渍土。目前对于盐渍土多选择两种或多种技术结合的方法进行改良,改良技术的选择还需要依据盐渍区的具体情况而综合选定。     

后基因组时代发展抗除草剂作物的机遇及挑战

全球农业正在面临着严峻的挑战，育种技术是种业发展的基础和关键。基因编辑技术是指对目标基因进行定点修饰，实现对特定靶标基片段的删除、插入和替换。利用基因编辑技术可以精准修改目标基因或将某种优良基因引入到作物中产生优良农艺性状，在分子设计育种中具有巨大潜力，对保障粮食安全具有重大意义。杂草危害对作物的产量和品质影响巨大，如何高效、安全、可持续地防治草害一直是研究的热点。目前，全球市场已经出现超过200种的化学除草剂，利用化学方法来防治草害已成为现代化农业的重要组成部分，抗除草剂作物的推广也显著降低了杂草防治成本，但随着抗除草剂作物的大面积推广和长期使用单一除草剂，杂草抗/耐药性和抗性基因逃逸等环境安全问题逐渐被发现。目前，功能基因组学、生物信息学、基因工程技术的发展（特别是基因编辑技术在植物中的广泛应用），为创制抗除草剂作物和新型高效的除草剂系统创造了条件。本文首先介绍抑制植物氨基酸生物合成、植物脂类代谢、植物类胡萝卜素、质体醌和生育酚生物合成途径除草剂的主要作用靶标基因及其作用机制。其次，介绍2种挖掘新型抗除草剂基因与除草剂系统的方法，包括基于CRISPR/Cas系统对作物内源的除草剂抗...     

水稻生长发育与产量性状基因克隆研究进展

全球面临人口膨胀和资源缺乏的双重压力,急需通过改良农作物品种来增加粮食产量。水稻是重要的粮食作物,具有基因组小、与其他谷类作物共线性高等特点,是禾本科作物的模式植物。植物的生长发育是获得产量的物质基础,目前已经克隆了一些水稻重要农艺性状基因,涉及的性状包括株高、分蘖、花期、育性、产量、稻米品质及抗逆性等。控制水稻生长发育的基因和产量性状基因的克隆,加深了对水稻生长发育的分子机制的理解,深化了对水稻产量形成的生物学机制的认识,并为今后利用这些基因进行品种分子改良提供了物质基础。     

转基因作物在农业生产中的应用及发展趋势

将外源基因定向引入植物细胞，创造转基因作物新品种，已广泛应用于农业生产，产生了巨大的社会经济效益；在提高作物产量、改良作物品质、提高其抗旱、耐盐碱能力等方面将具有新的突破。     

作物持绿性的遗传、生理基础及其应用前景

随着温室效应的加剧,形成了全球气候变暖的趋势,干旱对作物产量的影响也日趋严重,选育抗旱的品种已成为育种家们努力的目标.持绿性是植物的重要抗旱机制,在多种植物中被发现,引起了作物育种家们的极大兴趣.作物持绿性状的遗传及生理基础研究已经取得很大进展.许多作物持绿性基因数量性状位点(QTL)标记及连锁图构建已经实现.研究表明:在生理基础上持绿性决定于籽粒灌浆期氮素供求关系的平衡,即持绿型品种叶片氮浓度高于非持绿型品种.持绿型品种在干旱条件下,表现出高的蒸腾效率和光合能力,最终获得较高的籽粒产量.大量对持绿基因QTL及其标记的研究和定位,为持绿基因克隆、分子标记辅助育种及转基因育种打下坚实基础,将加快持绿性品种的选育与利用.高粱具有典型的持绿型种质资源,是持绿性研究的样板作物.在高粱上鉴定和分离克隆到的基因也可以直接转化到其他作物中去,为作物改良提供一个很好的变异来源.通过利用高粱的持绿性状来改良高梁、玉米、小麦及其他禾本科作物的抗旱性将是切实可行的.     

Advances in salinity tolerance of soybean: Genetic diversity,heredity, and gene identification contribute to improving salinity tolerance

Salt stress is one of the major abiotic stresses affecting soybean growth. Genetic improvement for salt tolerance is an effective way to protect soybean yield under salt stress conditions. Successful improvement of salt tolerance in soybean relies on identifying genetic variation that confers tolerance in soybean germplasm and subsequently incorporating these genetic resources into cultivars. In this review, we summarize the progress in genetic diversity and genetics of salt tolerance in soybean, which includes identifying genetic diversity for salt tolerant germplasm; mapping QTLs conferring salt tolerance; map-based cloning; and conducting genome-wide association study (GWAS) analysis in soybean. Future research avenues are also discussed, including high throughput phenotyping technology, the CRISPR/Cas9 Genome-Editing System, and genomic selection technology for molecular breeding of salt tolerance.     

光敏色素基因与作物改良利用

基因克隆、基因功能研究、作物转基因以及遗传育种的有效结合,对棉花等作物新品种的选育具有推动作用。在作物改良利用的基因中,光敏色素基因是一类重要的光信号传递基因,是主要的红光和远红光的光信号受体,与植物的整个生长发育过程紧密相关。详述了近年来光敏色素基因的功能、结构等方面的研究进展,对深刻研究了解植物光信号转导途径所调控的植物发育具有积极意义。     

水稻耐盐分子机制研究进展

水稻是世界上重要的粮食作物之一，对盐胁迫比较敏感，土壤盐碱化对水稻的安全生产造成潜在风险。盐胁迫会引起水稻的渗透胁迫和离子毒害，还会在植株中引起氧化胁迫，导致水稻品质和产量下降。由于水稻根系能吸收盐分分泌有机酸，同时具有田间持水和排水晒田的生长特性，因此水稻也是一种改良盐渍土的优良作物。因此培育耐盐水稻新品种，提高水稻耐盐性，可有效提高盐渍化耕地的生产潜力，对保障我国乃至全球粮食安全具有重要意义。近年来，数量遗传学和分子标记技术不断发展，通过遗传、生化及分子生物学等手段，挖掘出大量耐盐相关 QTL 和基因，对于解析水稻耐盐分子机制，利用分子标记辅助选择、基因编辑等提高耐盐水稻育种效率，均具有非常重要的意义。但目前克隆的耐盐相关基因大多采用反向遗传学方法获得，且大多是在过表达条件下表现出耐盐性，或者耐盐基因为隐性，难以在耐盐水稻育种中应用。总结近年来水稻耐盐相关基因的鉴定和挖掘研究中所取得的进展，从有机物渗透调节、离子吸收转运调节、抗氧化系统清除活性氧调节、激素调节 4 个方面综述水稻耐盐分子机制的研究进展，并探讨未来水稻耐盐性研究面临的挑战，为开展水稻耐盐分子育种提供建议。     

Research progress on plant tolerance to soil salinity and alkalinity in sorghum

Sorghum is an important source of food, feed and raw material for brewing, and is expected to be a promising bioenergy crop. Sorghum is well known for its strong resistance to abiotic stress and wide adaptability, and salt tolerance is one of its main characteristics. Increasing sorghum planting acreage on saline-alkalien land is one way to effectively use this kind of marginal soil. In this paper, domestic and overseas research on plant tolerance to soil salinity and alkalinity in sorghum, including salt-tolerant genetics and breeding, physiology, cultivation, and identification of tolerant germplasms, are reviewed. Suggestions for further studies on salinity and alkalinity tolerance in sorghum are given, and the prospects for sorghum production in saline-alkalien land are discussed.     

高粱重要抗性性状的基因定位研究进展

抗病性是高粱遗传改良的主要目标,是高粱高产、优质的重要保证。近年来,随着分子生物技术的进步,高粱基因组研究得到迅速发展,大量重要的抗性性状基因被定位于相应的高粱遗传连锁图上,这为高粱抗性机制的生理研究、抗性基因的克隆、分子标记辅助选择、有利基因的定向转移及基因聚合奠定了基础。本文综述了高粱抗旱性QTL、抗病性基因、抗虫性基因、抗寄生草及耐寒性基因定位的研究进展,探讨抗性基因定位存在的问题及其有效利用,展望了高粱抗性基因定位在高粱遗传育种研究中的应用前景。     

不同耐盐性高粱在盐逆境下的比较转录组分析

【目的】土壤盐渍化是制约作物生产的重要非生物胁迫因子之一,高粱耐盐性强,进行高粱耐盐基因挖掘及分子机制研究是开发和利用盐渍土壤的有效途径,通过转录组测序分析与高粱耐盐相关的基因调控机制和代谢通路,挖掘高粱耐盐潜力。【方法】 通过以筛选出的极耐盐品种八叶齐和盐极敏感品种PL212为试验材料,采用盆栽沙培,在播种后20 d（5叶期）采用180 mmol·L ^-1的 NaCl 溶液漫灌模拟盐逆境,盐胁迫48 h后取幼叶,并连同对照（未经过盐处理）的同期幼苗共4个样品提取RNA,进行转录组测序,采用qRT-PCR方法对测序结果进行验证。 【结果】 耐盐和盐敏感材料分别在盐渍和非盐渍处理下的4个样品间共检测到1 338个差异表达基因,包括819个上调基因和519个下调基因。聚类分析发现在应答盐渍胁迫逆境时,5个依赖性氧合酶超家族蛋白、4个富含半胱氨酸的激酶、3个谷胱甘肽S-转移酶和3个重金属运输/解毒超家族蛋白相关基因表现出明显的上调表达和下调表达,还发现1个K ⁺转运蛋白基因在耐盐调节中起着重要作用。GO分析发现在15 418个基因中获得4 528个有效GO注释条目,同时耐盐和盐敏感材料在遭受盐逆境时的生物过程、细胞组分和分子功能3个方面均存在较大差异。生物过程中代谢过程、细胞过程耐盐材料明显高于盐敏感材料,耐盐材料的生理过程中较盐敏感材料增加了多生物过程和定位这两个过程,很可能与耐盐材料盐抗性较强密切相关。差异基因KEGG分析结果显示耐盐和盐敏感材料在对照和盐渍胁迫条件下的苯丙烷类生物合成、苯丙氨酸代谢、类黄酮生物合成3个途径中差异基因表达较多,可能是造成耐盐和盐敏感材料耐盐性差异较大的重要原因。 【结论】 高粱耐盐调控基因表达涉及生物过程、细胞组分和分子功能多个方面,生物过程和定位这两个过程是提高高粱耐盐性的关键;苯丙烷类生物合成、苯丙氨酸代谢、类黄酮生物合成3个途径的基因表达很可能是造成盐害的重要原因。     

过表达谷子SiANT1对水稻耐盐性的影响

【目的】高盐胁迫是影响作物产量的主要因素之一,谷子(Setaria italica L.)具有耐逆性强的特点,从谷子中筛选耐盐基因对于利用基因工程的手段培育耐盐作物新品种具有重要意义。【方法】分析谷子AP2/ERF类转录因子类基因SiANT1在豫谷一号幼苗期在高盐、低氮、PEG模拟干旱处理条件下的表达模式;进而利用农杆菌转化法将SiANT1转入模式作物水稻品种Kitaake;分别用0.9%盐水和自来水浸泡过表达SiANT1水稻和野生型Kitaake的种子,观察其萌芽期的表型并统计发芽率;用含0.9%Na Cl的Hogland营养液室内处理水稻幼苗10 d,65℃烘48 h之后称量干重;同时将其种植在大田,在水稻孕穗前用0.9%盐水灌溉一次,统计成熟后过表达SiANT1水稻各株系和野生型的单株籽粒重、株高、单株分蘖数,对其耐盐性进行评价;利用定量Real time-PCR方法,验证分析转基因水稻株系中SiANT1及其可能的下游基因的相对表达情况。【结果】谷子SiANT1蛋白(XP004985124.1,SiANT1)属于AP2亚族,与高粱(XP021318293.1,Sb ANT1)和玉米(XP008658933.1,Zm AP2)亲缘关系较近;豫谷一号中SiANT1的表达受高盐胁迫(100 mmol·L-1 Na Cl)诱导;将SiANT1和LP0471118-Bar-ubi-EDLL载体连接,利用农杆菌转化法将SiANT1转入到水稻基因组中,筛选得阳性T0植株,繁殖两代得T3代种子;自来水浸泡下,过表达SiANT1水稻种子萌发率和野生型相差不大,萌芽率为90%以上;0.9%盐水浸泡下,过表达SiANT1水稻种子萌发明显受到抑制,与野生型相比,过表达SiANT1水稻种子露白推迟,但最终(处理120 h)萌芽率达到80%以上;室内水稻苗期用0.9%Na Cl处理后,过表达SiANT1水稻的单株干重较受体Kitaake增重14.11%—37.42%,在1%水平上呈显著差异;大田水稻成熟后过表达SiANT1株系单株籽粒重较受体Kitaake增产56.12%—76.58%,在5%水平上呈显著差异,单株分蘖数增多、株高增加,但与野生型无显著差异;半定量RT-PCR分析表明,过表达SiANT1的3个水稻株系都在RNA水平上表达SiANT1;定量Real time-PCR结果表明,过表达SiANT1的3个水稻株系间SiANT1的相对表达量有所差异,但较受体而言,都极显著增加,并且其内源耐盐相关基因Os SOS1和Os ZFP182的相对表达量分别较受体提高1.1—1.7倍和1.6—2.3倍。【结论】Os SOS1和Os ZFP182是耐盐相关基因已被证实,SiANT1具有一定的耐盐性,过表达SiANT1水稻可能是通过增加下游基因Os SOS1和Os ZFP182的表达从而提高耐盐性。     

高粱苗期耐盐性转录组分析和基因挖掘

【目的】探究高粱耐盐胁迫响应机制,挖掘高粱耐盐胁迫基因,为高粱耐盐育种提供理论基础。【方法】 以高粱感盐品种L甜和耐盐品种石红137为供试材料,采用水培试验。待高粱植株长至三叶一心期,使用2%NaCl溶液对幼苗进行盐胁迫,分别设置0（对照）、1和24 h处理,每个处理3次重复。测定不同处理样品株高、根长、干物重、Na ⁺含量和叶绿素相对含量（SPAD值）,并依托Illumina HiSeq 2000平台进行转录组测序分析。利用FPKM方法计算基因表达量,在差异表达基因检测过程中,将差异表达倍数（fold change）≥2且FDR<0.001作为筛选标准。通过Gene Ontology和KEGG Pathway数据库对参与高粱不同时间盐胁迫差异表达基因进行分析注释。 【结果】 盐胁迫处理对高粱株高、根长、干物重等性状无显著影响,对钠离子含量和SPAD值影响显著。石红137株高、根长、钠离子含量和SPAD值均高于L甜。转录组测序结果鉴定得到已知基因26 628个,新基因866个。石红137中的差异基因数目高于L甜。石红137中,0 h VS 1 h、0 h VS 24 h、1 h VS 24 h三组的差异基因数目分别为375、4 206和3 750个。感盐品种L甜中,0 h VS 1 h、0 h VS 24 h、1 h VS 24 h三组的差异基因数目分别为167、2 534和1 612个。GO分析共获得25个功能注释,分别为光合作用、细胞物质代谢、翻译过程以及激素合成等与盐胁迫相关的差异表达基因。KEGG分析发现盐胁迫1 h表达差异基因富集在植物激素信号转导途径,涉及脱落酸（abscisic acid,ABA）、生长素（auxin,AUX）、细胞分裂素（cytokinin,CTK）、赤霉素（gibberellins,GS）、乙烯（ethylene,ETH）过程等共71个基因。盐胁迫24 h表达差异基因富集于光合作用相关途径,涉及Lhca、Lhcb、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（phosphoenolpyruvate carboxylase,PPC）、磷酸核酮糖激酶（phosphorylribonucleic kinase,PRK）等20个基因。类黄酮生物合成代谢途径差异可能是引起石红137和L甜的耐盐能力差异的原因之一,花青素还原酶（anthocyanidin reductase,ANR）和黄酮醇合成酶（flavonol synthase,FLS）参与类黄酮生物合成途径。【结论】 高粱的盐胁迫过程是一个复杂的生物过程,依赖于多个基因在复杂网络中的平衡表达。盐胁迫条件下,高粱应对环境刺激受到激素信号转导和光合作用的控制。类黄酮生物合成途径在耐盐品种中起到了重要作用。