采用gfp和rfp基因标记评价大豆根瘤菌竞争结瘤能力

采用二亲本接合方法,将绿色荧光蛋白基因(gfp)或红色荧光蛋白基因(rfp)分别导入与大豆品种中黄13相匹配的快生根瘤菌Sinorhizobium fredii SR25a、S.fredii USDA205、与慢生根瘤菌Bradyrhizobium japonicum 4222、B.japonicum 4230和B.japonicum 4534菌株中,得到6株标记成功的菌株,并检验标记菌株的外源基因在培养条件下和共生条件下的稳定性,以及对菌株结瘤性能的影响.进一步将带有不同荧光蛋白基因的供试菌株按等密度等体积配成9组,通过蛭石盆栽试验评价菌株的竞争结瘤能力.结果表明:外源基因能够遗传稳定,且不影响共生结瘤固氮行为,该标记方法可用于评价菌株竞争结瘤能力;慢生大豆根瘤菌的竞争能力明显高于快生大豆根瘤菌,其中慢生大豆根瘤菌B.japonicum 4534竞争能力最强,其占瘤率比慢生菌株B.japonicum 4230和B.japonicum 4222分别高出35%和90%.结果证明gfp和rfp双标记技术为根瘤菌竞争结瘤能力评价提供了直观、简便、准确的检测手段.     

利用CRISPR-Cas9技术编辑ZmSh2基因创制超甜玉米新种质

选取玉米ZmSh2基因,利用CRISPR-Cas9技术构建基因编辑载体pBUE411-ZmSh2,以玉米C01未成熟的幼胚组织为受体,利用农杆菌介导法将目的基因转入到玉米幼胚中,以草铵膦为选择剂进行筛选获得ZmSh2基因编辑的突变体株系。通过表型观察发现,编辑的纯合突变体材料明显比对照玉米自交系C01褶皱,使用手持式糖度仪检测突变体植株的甜度可达到25%。结果表明,利用CRISPR-Cas9技术能够创制出超甜玉米新种质材料,为CRISPR-Cas9介导玉米其他性状定向遗传改良提供了重要的理论和实践依据。     

大豆黄绿叶突变体NJ9903-5性状表现与基因定位研究

叶色突变体既可用于作物叶绿素合成、降解和光合作用等研究,也可作为标记基因为作物育种利用。本文对一个新发现的大豆黄绿叶自发突变体NJ9903-5进行遗传鉴定。结果表明:从对生真叶开始,该突变体幼嫩叶呈黄色,随着生长叶片逐渐转变为绿色。黄化叶片叶绿体数目下降,基质片层减少且排列疏松,叶绿素a、b、类胡萝卜素含量都极显著下降;其对株高、主茎节数、单株粒数、单株荚数有负效应,但对百粒重、蛋白质含量、油脂含量影响小,杂交后代中上述性状变异大。3个杂交群体遗传分析表明该性状受一对隐性核基因控制,利用F2隐性个体将目标基因ygl定位在SSR标记BARCSOYSSR_02_1445和BARCSOYSSR_02_1477之间约366 kb区段,包含36个候选基因。测序分析发现在突变体中,叶绿体膜转运蛋白相关基因Glyma.02G233700第1个外显子第38个碱基G缺失,移码突变导致蛋白翻译提前终止,结合前人研究结果,推测其为黄绿叶的目的基因ygl。     

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RN...     

基于大豆导入系群体结瘤相关性状QTL定位及基因挖掘

氮元素是植物生长所需的重要营养元素之一,生物固氮是大豆生长所需氮元素的重要来源。本实验室以绥农14为母本,野生豆ZYD00006为父本构建一套覆盖野生大豆全基因组的导入系群体。基于大豆导入系群体对结瘤数目和干重进行QTL定位,定位到3个QTL与根瘤干重相关,分布在N、M和D2这3个连锁群上,定位到5个QTL与根瘤数相关,分布在K、F、J和D2这4个连锁群上,在D2连锁群这两个性状有重叠区段(7.20-7.79Mb)。针对这个重叠区段的63个基因进行基因注释,选择到6个与共生、抗病相关的基因作为候选基因进行下一步验证。qRT-PCR分析表明根瘤菌侵染期间Glyma.17G097000基因表达模式与对照相比差异很大。Glyma.17G097000属于GmHIR基因家族,在大豆基因组中发现了11个家族成员。GmHIR家族基因结构相似性很高,基因表达有组织特异性。大豆HIR蛋白有Stomatins和Prohibitin两个结构域,能够参与离子通道调节等生理过程,与植物抗病和细胞周期有关。GmHIR基因来源于四个祖先,进化过程中是高度保守的。对GmHIR基因家族11个成员qRT-PCR检测,结果显示根瘤菌感染期间Glyma.05G029800、Glyma.09G154400和Glyma.17G097000这三个基因与对照相比表达模式差异较大。结果表明这三个基因可能在大豆共生体系建立中起着重要的作用,参与根瘤菌与大豆共生体系建立过程中的离子通道调节和免疫反应。本研究为大豆-根瘤菌共生机制研究奠定基础并提供有效候选基因。     

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...     

大豆细胞质雄性不育系与保持系atp6基因的RNA编辑比较研究

对大豆细胞质雄性不育系NJCMS1A与其保持系NJCMS1B的atp6基因的RNA编辑进行比较研究.结果在不育系NJCMS1A与保持系NJCMS1B的atp6-3基因保守区中均发现2个编辑位点,但互不相同,并且导致了氨基酸的不同变化;mtDNA 序列分析显示,atp6-3基因转录本保守区在不育系NJCMS1A与保持系NJCMS1B间存在1个碱基的差异;另外还发现atp6-1、atp6-2和atp6-3的表达在不育系NJCMS1A与保持系NJCMS1B间存在明显差异.     

利用CRISPR/Cas9基因编辑技术优化作物育种

介绍1项目前应用广泛的基因编辑技术CRISPR/Cas9。CRISPR是细菌有效防止病毒和噬菌体侵入的手段。在sgRNA的指导下,Cas9定点切割DNA,导致双链DNA断开,随即可以直接对细胞进行基因编辑。CRISPR/Cas9是一种创造性的分析和编辑植物基因序列的新技术。其高效性和快捷性对农业生产具有重大的发展意义。科学家可以利用其高度靶向的特点对基因进行定位和编辑,在不改变作物农艺性状的同时优化它们的产量、营养品质和对环境的适应性。     

利用CRISPR/Cas9敲除OsNramp5基因创制低镉籼稻

【目的】为了尝试快速培育低镉籼稻,【方法】选取广泛应用的杂交水稻亲本华占和五丰B以及常规品种五山丝苗和中早35为材料,通过CRISPR/Cas9技术创制OsNramp5基因突变株系,在镉污染及正常土壤中种植并测定突变株系籽粒(糙米)镉含量,其他相关元素含量亦同时在镉污染土壤种植条件下测定,在非镉污染土壤种植条件下考查OsNramp5基因敲除对农艺性状的影响【。结果】成功获得了前述品种的Os Nramp5基因敲除株系;非镉污染条件下种植的4个品种OsNramp5基因敲除株系籽粒镉含量低于0.02 mg/kg,平均较野生型降低85.5%;而在镉污染土壤种植时,不同品种OsNramp5基因敲除株系籽粒镉含量低于0.1 mg/kg,平均比野生型降低94.8%;锰含量也降低52.7%,铬含量增加59.5%,铅含量在华占中增加79.1%,而在其他品种中无变化;铜、铁、锌、钙、硒和砷含量(后4种元素只在华占及衍生品系中检测)受影响较小或不受影响;OsNramp5基因敲除株系株高、结实率和千粒重较野生型小幅降低,而有效分蘖略微增加,产量平均减少6.9%。【结论】通过OsNramp5基因敲除,可以显著降低镉积累,但在某些种植条件下,代价为小幅产量损失;通过本研究获得的低镉OsNramp5基因敲除品系在镉污染地区具有较好利用潜力。     

利用CRISPR/Cas9敲除OsNramp5基因创制低镉籼稻

【目的】为了尝试快速培育低镉籼稻，【方法】选取广泛应用的杂交水稻亲本华占和五丰B以及常规品种五山丝苗和中早35为材料，通过CRISPR/Cas9技术创制OsNramp5基因突变株系，在镉污染及正常土壤中种植并测定突变株系籽粒（糙米）镉含量，其他相关元素含量亦同时在镉污染土壤种植条件下测定，在非镉污染土壤种植条件下考查OsNramp5基因敲除对农艺性状的影响。【结果】成功获得了前述品种的OsNramp5基因敲除株系；非镉污染条件下种植的4个品种OsNramp5基因敲除株系籽粒镉含量低于0.02 mg/kg，平均较野生型降低85.5%；而在镉污染土壤种植时，不同品种OsNramp5基因敲除株系籽粒镉含量低于0.1 mg/kg，平均比野生型降低94.8%；锰含量也降低52.7%，铬含量增加59.5%，铅含量在华占中增加79.1%，而在其他品种中无变化；铜、铁、锌、钙、硒和砷含量（后4种元素只在华占及衍生品系中检测）受影响较小或不受影响；OsNramp5基因敲除株系株高、结实率和千粒重较野生型小幅降低，而有效分蘖略微增加，产量平均减少6.9%。【结论】通过OsNramp5基因敲除，可以显著降低镉积累，但在某些种植条件下，代价为小幅产量损失；通过本研究获得的低镉OsNramp5基因敲除品系在镉污染地区具有较好利用潜力。     

大豆突变体库构建研究进展

大豆突变体库是大豆农艺性状变异的重要来源,可以作为选育新品种资源和大豆基因功能研究的基础。综述了几种常用大豆突变体库的构建方法及其构建特点和应用范围,介绍了一些突变体库构建的新方法及其优缺点,并对这些新方法在大豆突变体库构建应用中进行了展望,为大豆育种实践和基因功能研究拓宽思路和提供参考。     

Progress of CRISPR/Cas9 technology in breeding of Brassica napus

Gene editing technology provides important technical basics for the research in plant functional genes and crop genetic improvement. CRISPR/Cas9-mediated gene editing is an effective experimental tool for crop genome directed editing in recent years, which has been widely used in many crops as rice, wheat and other crops. CRISPR/Cas9 system was expected to be a powerful experimental tool in genetic improvement and molecular design breeding of rapeseed. This paper, which based on the development history and the latest research of CRISPR/Cas9-mediated gene editing technology in rapeseed, summarized the progress of CRISPR/Cas9 including plant type improvement, yield traits, quality improvement, disease and stress resistance improvement, yellow seed creation and other utilizes at present. The application scope, development direction and target analysis method of this technology in rape were focused. The problems of CRISPR/cas9 system in rapeseed breeding were analyzed and the improvement strategies were discussed. Finally, views on direction of rapeseed breeding by gene editing were emphasized.     

Gene targeting using the Agrobacterium tumefaciens-mediated CRISPR-Cas system in rice

Background

The type II clustered, regularly interspaced, short palindromic repeat (CRISPR)/ CRISPR-associated protein 9 (Cas9) system is a novel molecular tool for site-specific genome modification. The CRISPR-Cas9 system was recently introduced into plants by transient or stable transformation.

Findings

Here, we report gene targeting in rice via the Agrobacterium tumefaciens-mediated CRISPR-Cas9 system. Three 20-nt CRISPR RNAs were designed to pair with diverse sites followed by the protospacer adjacent motif (PAM) of the rice herbicide resistance gene BEL. After integrating the single-guide RNA (sgRNA) and Cas9 cassette in a single binary vector, transgenic rice plants harboring sgRNA:Cas9 were generated by A. tumefaciens-mediated stable transformation. By analyzing the targeting site on the genome of corresponding transgenic plants, the mutations were determined. The mutagenesis efficiency was varied from ~2% to ~16%. Furthermore, phenotypic analysis revealed that the biallelic mutated transgenic plant was sensitive to bentazon.

Conclusions

Our results indicate that the agricultural trait could be purposely modified by sgRNA:Cas9-induced gene targeting. CRISPR-Cas9 system could be exploited as a powerful tool for trait improvements in crop breeding.     

大豆优良脂肪酸组成品系的低代选择

将正常亚麻酸含量品种合丰25与亚麻酸含量仅为2.76%的突变品系C-14杂交,利用亲本以及杂交后代群体进行5种脂肪酸含量的遗传力分析和株系间差异显著性测验。结果表明:5种脂肪酸的遗传力均较大,株系间脂肪酸含量存在极显著差异,株系内差异不显著,这就使在低世代初步筛选出优良脂肪酸组成的大豆品系成为可能;同时筛选出农艺性状和品质性状皆优良的稳定F4代品系05037,其亚麻酸含量仅为2.598%,亚油酸含量高达63.702%,农艺性状及品质性状优良,百粒重21.62 g,生育期126 d。     

应用化学诱变法筛选抗草甘膦大豆突变株系

利用化学诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)和叠氮化钠,对黑龙江省大面积推广的6个农艺性状优良的大豆品种进行种子处理.不同品种按不同处理剂量分区种植,按常规法单株选择收获.不同浓度诱变剂处理大豆种子的M1代成活率均高于半致死浓度处理;对M3代35518个植株于3叶期进行喷洒1.31ai.kg·hm2草甘膦浓度鉴定,其中40株生长正常,所获抗性植株是经5 mmol·L-1叠氮化钠诱变处理的绥农10和黑农44.2008年继续对M4代进行鉴定,抗草甘膦特性可以稳定遗传.应用化学诱变法可以在后代群体中筛选到具有抗草甘膦特性的突变株系.     

大豆花叶病毒株系鉴定与分子生物学研究进展

大豆花叶病毒(Soybean Mosaic Virus,SMV)病是世界范围内最主要的大豆病害之一,在我国各大豆产区均有发生,严重影响大豆的产量和品质。近几年,国内外在大豆花叶病毒株系划分及分子生物学方面进行了广泛研究并取得较大进展。该文主要综述了大豆花叶病毒的性质与危害、株系划分及SMV基因组结构和其编码11个蛋白的功能、SMV基因间的作用及寄主(大豆)基因与大豆花叶病毒基因间的互作、大豆花叶病毒流行的影响因素以及对大豆花叶病毒的综合防控措施,以期为我国从事相关研究人员提供参考。     

航天诱变对大豆品种光合性状的影响

为明确航天诱变对大豆品种(系)及后代光合性状的影响,于2006年秋太空搭载黑农48、黑农44、哈2291 -Y大豆品种(系),对航天诱变的各世代材料进行光合速率等性状的跟踪研究.结果表明:航天诱变对大豆的光合性状产生影响,各品种后代的光合速率(Pn),气孔导度(Cond),胞间CO2浓度(Ci),气孔阻力(Rs)有不同...     

甲基磺酸乙酯诱变技术在大豆育种上的应用

从甲基磺酸乙酯（EMs）诱变育种的作用原理出发,介绍了EMS诱变育种的特点．包括简便易行、突变频率高与缩短育种年限等。论述了EMS诱变育种的关键技术,详细阐述了EMS诱变在大豆育种上的应用,并对大豆EMS诱变育种的目标和前景进行了探讨。     

大豆突变体NJS-1H核雄性不育性的细胞学与遗传学分析

利用化学诱变剂叠氮化钠(NaN3)处理大豆品种南农86-4,获得雄性不育突变体NJS-1H。细胞学观察发现,该突变体不育株NJS-1H(s)的小孢子在减数分裂前期I染色体联会异常,出现单价体;减数分裂过程中出现染色体落后、不对称或不同步分裂等现象;在四分体阶段,出现各种畸形多分体及大量微核;所形成单核小孢子细胞核消失,细胞质变稀薄,最后成熟花粉粒无内容物,完全不育。从减数分裂到花粉粒发育成熟都有败育发生,但大量败育主要发生在减数分裂阶段。人工平行杂交试验表明其雌性育性不正常。对突变体后代育性分离株系及株系群的遗传分析,发现NJS-1H的雄性不育性受1对隐性核基因控制。     

大豆过氧化物酶基因随机突变文库的构建

为提高大豆过氧化物酶(soybean peroxidase,SBP)的活性及研究该酶一级结构与酶活性间的关系,采用连续易错PCR方法对大豆过氧化物酶基因(sbp)进行了2轮随机突变,将第二轮易错PCR产物与质粒载体pPICZα-A分别进行双酶切,经T4DNA连接酶催化连接后,CaCl2法转化重组质粒pPICZα-A-s...