CRISPR/Cas9介导的多基因编辑系统在大豆中的应用

自CRISPR/Cas9（clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9）基因 组编辑技术发现以来，迅速在作物中得到广泛应用。但是，CRISPR/Cas9多基因编辑系统在大豆中的研究尚待开 发。本文利用CRISPR/Cas9介导的多基因编辑系统，分别构建了两个载体，一个载体含6个靶点，编辑7个大豆基因 （4个Glycine max ASYMMETRIC LEAVES1（GmAS1）同源基因和3个GmAS2 同源基因），另一个载体含8个靶点，编辑 11个G. max AGAMOUS 家族同源基因（4个GmAG 同源基因，2个G. max SEEDSTICK（GmSTK）同源基因和5个G. max SHATTERPROOF1（GmSHP1/2）同源基因）。大豆遗传转化后，经表型鉴定和靶点检测发现，CRISPR/Cas9介导的多 基因编辑系统在大豆中成功实现了多基因编辑。当3个GmAS1 同源基因和3个GmAS2 同源基因同时突变时，导致 大豆叶片向远轴面弯曲、皱缩且叶柄变短的表型。当2个GmSHP1 同源基因和2个GmSTK 同源基因同时突变时，导 致豆荚停止发育的不育表型。     

大豆NIN和NLP基因生物信息学分析及敲除载体构建

为促进大豆NLP家族基因突变大豆材料的获得及大豆NIN和NLP基因功能的研究,本研究对大豆NIN和NLP基因进行生物信息学分析,通过CRISPR/Cas 9基因编辑技术构建基因敲除载体,并且通过大豆毛根转化实验验证靶点的有效性。结果表明：大豆基因组中一共存在4个NIN基因和10个NLP基因家族成员,这些基因都具有RWP-RK和PB1两个保守结构域。亚细胞定位预测表明所有成员都定位在细胞核中,此外GmNIN1b和GmNIN2a还定位于叶绿体。GmNIN1a/b、GmNIN2a/b、GmNLP2a/b及GmNLP3b在根瘤中的表达量相对较高,推测这些基因可能对结瘤过程具有重要的调控功能。成功构建了NLP4和NLP5两个敲除载体,得到可敲除GmNLP4a/b的3个有效靶点和敲除GmNLP5a/b的2个有效靶点。本研究获得了大豆NIN和NLP基因家族的生物信息学依据和创制GmNLP4a/b和GmNLP5a/b基因突变体的技术依据。     

大豆BADH基因的生物信息学、多样性及功能分析

为研究大豆中甜菜碱醛脱氢酶(BADH)在大豆中的分子机理及生物多样性,通过基因序列同源比对搜索到两个与水稻同源的大豆BADH基因,利用Phytozome、Netphosk3.0 Server等网站及数据库对其进行生物信息学分析,结合已有的重测序数据分析1 598份大豆种质中BADH基因序列的多态性,并测定突变体的2AP含量.结果表明:大豆中有两个与水稻BADH基因同源性较高的基因序列Gm06g186300和Gm 05g0330550,基因全长分别为3 959和6 008 bp,编码蛋白均属于稳定蛋白质,二者同源性高达90％.两个蛋白的氨基酸数目、分子量和等电点等非常相似;亲水性和磷酸化位点分布较一致,均无跨膜结构域,在细胞核出现的可能性最大,且二者进化关系极其相近;α螺旋和无规则卷曲是两者的主要成分,BADH1和BADH2有1个共同的结构域Pfam-Aldedh,且分布大致相同.对1 598份大豆种质BADH基因序列突变位点进行分析,有29份材料BADH2基因发生6个碱基序列突变导致了移码突变,这种突变可能与大豆的芳香性表型有关.对BADH1及BADH2在大豆不同部位的基因表达量分析发现各部位的表达量相差很大,均以根部表达量最高,可能与根部较高的抗旱能力有关.     

橡胶树胶孢炭疽菌T-DNA标记基因Lv1初步分析

通过对实验室已构建的胶孢炭疽菌T-DNA突变体库中各突变体致病力的测定,获得致病力丧失突变菌株T-900,利用TAIL-PCR克隆标记基因侧翼序列,进行比对和序列分析,获取假设基因Lv1的全序列,采用生物信息学方法进行Lv1基因预测及功能分析,最后通过敲除野生型菌株RC178中的基因Lv1进行功能分析。结果表明,获取的假定基因Lv1全序列共4 450 bp,基因预测显示T-DNA侧翼序列位于预测基因的1 727 bp处,正好处于预测基因的第1个外显子内;并且推测该基因为组蛋白H3基因,含有2个内含子,3个外显子;功能验证结果发现敲除突变体△T-900-16与T-900致病力表现一致,推测Lv1基因与RC178的致病力相关。     

大豆TOE基因的进化分析及开花调控功能解析

为了进一步解析大豆中重要植物开花和花器官发育调控转录因子AP2的编码基因TOE的进化规律及其对开花功能的调控作用,为大豆TOE基因的功能解析和大豆纬度适应性研究提供基础,本研究利用生物信息学手段对大豆TOE基因进行聚类分析、序列特征分析、染色体区段共线性分析和组织特异性表达分析,预测关键开花基因启动子区段AP2结合位点,并验证不同单倍型大豆开花时间.结果 显示:从PlantTFDB数据库检索到12个大豆TOE基因,GmTOE6b(Glyma.02G087400)为新发现的大豆TOE基因.GmTOE6a和GmTOE6b均只有1个AP2结构域,其余大豆TOE基因均有两个AP2结构域.6个大豆TOE基因与拟南芥TOE1基因聚为一类;2个与拟南芥TOE2基因聚为一类;4个与拟南芥TOE3、AP2聚为一类.12个大豆TOE基因都有且仅有1个miR172靶位点,且该靶位点序列与拟南芥TOE的miR172靶位点序列高度一致.染色体区段共线性分析显示,大豆12个TOE基因按起源方式可以分为3类,6个随大豆基因组复制而产生;4个起源于大豆物种形成之前且与拟南芥TOE基因有共同祖先;2个起源于大豆物种形成之前且与拟南芥TOE基因无共同祖先.大豆开花关键基因GmFT2a和GmFT5a启动子序列中均含有多个AP2结合位点,GmTOE4b和GmTOE5b两个基因均可影响大豆的开花时间.研究结果说明大豆中12个TOE基因极有可能均是miR172的靶基因,虽然其编码蛋白的氨基酸组成非常相似,但它们的进化规律和组织特异性表达规律存在不同,它们在进化过程中可能存在功能分化.GmTOE4b和GmTOE5b可能通过结合GmFT2a和GmFT5a启动子上的顺式元件来调控其基因转录,从而调控开花.     

大豆中介体亚基基因鉴定及表达特性分析

中介体复合物在真核生物蛋白编码基因和非编码RNA的转录中非常重要。为了分析大豆中介体亚基的序列特征和基因表达模式,应用BLASTp获取与拟南芥中介体亚基同源的蛋白序列,用Clustal Omega、MAFFT、MEGA等方法进行多序列联配和进化分析,同时应用Me V构建了基因的表达量热图。结果表明:共获得118个基因位点(Locus),186个转录本,在大豆20条染色体上均有分布。Med8的N端具有TBP结构域,Med31的C端具有脯氨酸富集区和假定的核定位信号,Med16的C端有C2-C2型锌指结构域(Zinc-finger motif)。栽培大豆与野生大豆的同源蛋白亲缘关系最近,进化分析符合物种进化规律。大豆不同中介体亚基基因的表达量差异很大,但同一基因在不同组织中的表达差异较小,仅有3个基因在根瘤中特异表达,1个基因在豆荚中特异表达。脱水处理后5个中介体亚基基因表达上调明显,Na Cl处理1和6 h后分别有2和3个中介体亚基基因表达显著上调。这为进一步分析中介体亚基在大豆发育和逆境胁迫中的分子功能奠定基础。     

杧果炭疽病菌漆酶基因Cglac3序列特征及其在两个侵染相关基因突变体中的表达分析

本研究运用同源克隆技术克隆了杧果炭疽病菌（Colletotrichum gloeosporioides）的Cglac3漆酶基因,并采用实时荧光定量PCR分析了该基因在侵染过程、漆酶基因LAC1突变体、外切葡聚糖酶基因CgCBH1突变体中的差异表达情况。结果表明,杧果炭疽病菌漆酶Cglac3基因大小为1842 bp,含3个内含子,大小分别为56、51、58 bp。Cglac3开放读码框编码558个氨基酸,蛋白分子量为61.38 kDa,等电点（PI）为4.50。与未侵染对照0 h的表达量相比,Cglac3在6 h孢子萌发形成附着胞时表达量迅速升高,在12 h侵入寄主后达到最高,之后在菌丝扩展、叶片显症过程中出现波动,但均远高于0 h的表达量,显示Cglac3在侵染的不同阶段均发挥着重要的作用,可能是胶孢炭疽菌的重要致病因子之一。与野生型相比,Cglac3表达量在杧果炭疽病菌漆酶基因LAC1敲除突变体中下降了74%,在外切葡聚糖酶基因CgCBH1敲除突变体中下降了56%;在CgCBH1缺失敲除突变体中,LAC1的表达下降了68%,与Cglac3的表现趋势一致,说明Cglac3的表达受LAC1调控,外切葡聚糖酶基因CgCBH1也会影响Cglac3和LAC1的表达。     

大豆BBX32基因生物信息学分析及基因编辑靶点设计

BBX32基因是一种含锌指结构的转录因子,广泛的参与植物生长和发育过程,但在大豆中,BBX32基因的具体生物学功能还尚未被解析.为研究大豆BBX32基因在大豆中的分子机理和生物学功能,本研究通过同源比对分析发现,大豆中含有两个与拟南芥BBX32同源的基因,分别命名为GmBBX32a和GmBBX32b.同时,通过检索RNA-seq数据库,对GmBBX32a和GmBBX32b在大豆中不同组织的表达部位进行分析,结果发现GmBBX32a在花、叶和豆荚中具有较高的表达量,而GmBBX32b在豆荚和花中具有较高的表达量,说明GmBBX32a和GmBBX32b可能参与大豆的开花和籽粒大小形成.此外,利用CRISPR/Cas9技术,构建GmBBX32a和GmBBX32b基因的敲除载体,并转化到大豆毛根中进行靶点检测,最终获得了有编辑效率的基因编辑载体,为接下来获得稳定转基因材料提供有效编辑靶点信息.     

甘蓝型油菜Δ9硬脂酰ACP脱氢酶（SAD)基因的克隆与表达分析

为改良甘蓝型油菜菜籽油脂肪酸的组分,根据拟南芥Δ9硬脂酰ACP脱氢酶（SAD)核酸序列特征,检索白菜全基因组SAD基因和cDNA的可能序列,通过同源序列法克隆获得6个甘蓝型油菜SAD基因。比对结果显示,这6个基因编码的氨基酸序列同源性达53.2%~96.3%。系统进化分析显示,甘蓝型油菜SAD基因与蓖麻、大豆、芝麻、葵花等6个油料作物SAD基因的序列相似性很高,甘蓝型油菜与这些高等植物的SAD基因在进化上具有较高的保守性。本文还对4个甘蓝型油菜SAD基因BnSAD1:1、BnSAD2:1、BnSAD2:2和BnSAD2:3进行了表达模式分析,发现它们在种子发育过程中表达,并且都在40d的种子中表达量达到最高值,推测这4个基因均参与了硬脂酰ACP (C18:0-ACP)脱氢生成油酰基ACP(Δ9C18:1-ACP)的过程,尤其是BnSAD2:3可能为种子特异表达基因。     

大豆耐胁迫相关蛋白编码基因GmSAMDC1的克隆及表达分析

S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶(S-adenosine methionine decarboxylase,SAMDC)是亚精胺和精胺合成的关键酶,更是多胺生物合成的限速酶之一,在植物耐胁迫反应中发挥重要调控作用。为研究大豆SAMDC编码基因的结构和表达特性,本研究从抗病大豆品种科丰1号中克隆了位于大豆基因组2号染色体上的GmSAMDC1(Glyma. 02G128000)基因,分析结果表明:其完整ORF长度为1 068 bp,编码一个由355个氨基酸组成的包含1个SAM_decarbox结构域的蛋白; GmSAMDC1基因所编码蛋白的理论等电点为4. 86,相对分子质量为38 987. 13 Da,为亲水性蛋白,不含跨膜区;大豆中共有8个GmSAMDC1的同源基因,GmSAMDC1与红车轴草(PNY09439. 1,82. 64%)和拟南芥(At SAMDC3,67. 22%)中的SAMDC蛋白编码基因亲缘关系最近; GmSAMDC1启动子序列包含防卫和胁迫响应元件、植物激素应答元件、光应答元件等许多顺式作用元件; GmSAMDC1在花中的表达量最高,与其大豆同源基因Glyma. 01G071300(序列相似性为94. 6%)、Glyma. 18G278800(66. 8%)和Glyma. 08G25580(66. 5%)的组织特异性表达模式比较相似; Glyma. 02G128000-GFP融合蛋白在细胞膜和细胞质上表达。本研究结果为进一步阐明大豆GmSAMDC1基因在大豆耐胁迫过程中的作用提供了理论依据。     

稻麦双晚对病虫草发生的影响及解决措施

随着早熟晚粳、中熟晚粳广泛种植,水稻轻型省力栽培方式旱直播的推广,病虫也发生了变化,成熟期显著推迟,下茬无法在适宜播期种植,影响粮食丰产稳产。提出筛选早熟当家品种、大力推广机插秧、加大粮食烘干设备的投入、合理施肥、精准植保等对策。     

Sorghum and millet phenols and antioxidants

Sorghum is a good source of phenolic compounds with a variety of genetically dependent types and levels including phenolic acids, flavonoids, and condensed tannins. Most sorghums do not contain condensed tannins, but all contain phenolic acids. Pigmented sorghums contain unique anthocyanins that could be potential food colorants. Some sorghums have a prominent pigmented testa that contains condensed tannins composed of flavan-3-ols with variable length. Flavan-3-ols of up to 8–10 units have been separated and quantitatively analyzed. These tannin sorghums are excellent antioxidants, which slow hydrolysis in foods, produce naturally dark-colored products and increase the dietary fiber levels of food products. Sorghums have high concentration of 3-deoxyanthocyanins (i.e. luteolinidin and apigenidin) that give stable pigments at high pH. Pigmented and tannin sorghum varieties have high antioxidant levels that are comparable to fruits and vegetables. Finger millet has tannins in some varieties that contain a red testa. There are limited data on the phenolic compounds in millets; only phenolic acids and flavones have been identified.     

Sorghum and millet phenols and antioxidants

Sorghum is a good source of phenolic compounds with a variety of genetically dependent types and levels including phenolic acids, flavonoids, and condensed tannins. Most sorghums do not contain condensed tannins, but all contain phenolic acids. Pigmented sorghums contain unique anthocyanins that could be potential food colorants. Some sorghums have a prominent pigmented testa that contains condensed tannins composed of flavan-3-ols with variable length. Flavan-3-ols of up to 8–10 units have been separated and quantitatively analyzed. These tannin sorghums are excellent antioxidants, which slow hydrolysis in foods, produce naturally dark-colored products and increase the dietary fiber levels of food products. Sorghums have high concentration of 3-deoxyanthocyanins (i.e. luteolinidin and apigenidin) that give stable pigments at high pH. Pigmented and tannin sorghum varieties have high antioxidant levels that are comparable to fruits and vegetables. Finger millet has tannins in some varieties that contain a red testa. There are limited data on the phenolic compounds in millets; only phenolic acids and flavones have been identified.     

加强闽台科技合作交流发展我省甘蔗业

概述了海峡两岸农业交流与合作的现状,提出了应该共同呼吁尽快实现两岸“三通”,开放农业生物技术图书期刊资料交流以及开放生物学科方面网络的思路,以便为农业交流与合作的顺畅开展打好基础,并寄希望能够就糖蔗、果蔗以及甘蔗笋等方面的研究与开发到台湾学习取经,开展学术交流或与台湾同行共同开展研究,为我省甘蔗业的发展作出贡献。     

种子加工、检验理论与技术现状及思考

种子加工及检验是种子向市场流通的关键，是商业化育种中赋予种子商品属性不可或缺的环节。种子加工、检验理论与技术的研究是完善种业产业链、实现规模化商业育种、夯实“育繁推一体化”种业科学的重要一环。中国的种业科学技术体系正在形成与完善之中，受制于行业发展水平，种子加工及检验理论与技术相对薄弱。本文回顾了种子加工及检验理论与技术研究发展历程，提出了完善中国种业科学发展的策略与建议。围绕种业发展的需要，在做好品种优质化繁育的基础上，分析种子加工及检验理论与技术的新方向和新需求，加强种业应用性研究，建立先进的种子质量检验体系，研制适合现代种业发展需求的种子加工设备，打造种子加工产业标准化生产体系，完善种业科学技术学科建设，促进种业产业持续健康发展。     

Tuber and starch quality of wild and cultivated potato species and cultivars

Summary Between 1993 and 1998 205 different potato cultivars and 1220 accessions/genotypes of wild and cultivated potato species from the IPK Genebank Gatersleben were evaluated. Parameters interesting for starch isolation and especially for the use of starch were determined. Altogether, there was a higher variability in wild potato species than in cultivated potatoes for all characteristics investigated: dry matter content, starch content, protein content, amylose content and mean particle diameter of starch granules.     

种子加工、检验理论与技术现状及思考

种子加工及检验是种子向市场流通的关键,是商业化育种中赋予种子商品属性不可或缺的环节。种子加工、检验理论与技术的研究是完善种业产业链、实现规模化商业育种、夯实"育繁推一体化"种业科学的重要一环。中国的种业科学技术体系正在形成与完善之中,受制于行业发展水平,种子加工及检验理论与技术相对薄弱。本文回顾了种子加工及检验理论与技术研究发展历程,提出了完善中国种业科学发展的策略与建议。围绕种业发展的需要,在做好品种优质化繁育的基础上,分析种子加工及检验理论与技术的新方向和新需求,加强种业应用性研究,建立先进的种子质量检验体系,研制适合现代种业发展需求的种子加工设备,打造种子加工产业标准化生产体系,完善种业科学技术学科建设,促进种业产业持续健康发展。     

Present Situation and Consideration of Seed Processing and Testing Theory and Technology

Seed processing and testing hold the key to the market circulation of seeds, and are an indispensable link in commercial breeding to endow seeds with commodity attributes. The research of seed processing and testing theory and technology is an important link in improving the seed industry chain, realizing large-scale commercial breeding and consolidating the seed industry science of ‘integration of breeding, propagation and promotion’. The scientific and technological system of seed industry in China is being formed and perfected, which is subject to the development level of the industry. The theory and technology of seed processing and testing are relatively weak. We reviewed the development of seed processing and testing theory and technology, and put forward strategies and suggestions to improve the sound development of China’s seed industry. In order to meet the needs of seed industry development and on the basis of high quality breeding of varieties, the new directions and demands of seed processing and testing theory and technology were analyzed. We will work to strengthen the applied research of seed industry, establish advanced seed quality inspection system, improve seed processing equipment suitable for the development needs of modern seed industry, establish standardized production system of seed processing industry, develop the scientific and technological disciplines of seed industry, and promote the sustainable and healthy development of seed industry.     

大豆几种常见病虫草害的诊断与防治

1大豆花叶病毒病 大豆病毒病（Soybean Mosaic Virus,SMV）是世界性病害之一。我国东北地区已鉴定的有5种,即大豆花叶病、顶枯病、蚕豆萎蔫病、南方菜豆花叶病、花生条纹病毒。其中大豆花叶病在全国大豆主要产区都有发生,十分常见。