高等植物的基因转移及其在作物改良上的潜力

本文从植物基因工程的一个侧面,简述了近年来高等植物基因转移技术的一些进展及其在作物改良上的潜力。     

Restriction fragment length polymorphisms associated with water use efficiency in tomato

Improvement of crop water use efficiency (WUE) has not been successful because evaluation for this component of drought resistance is unreliable in field-grown plants. The composition of stable isotopes of plant carbon (delta(13)C) was earlier shown to be an excellent indicator of WUE in tomato and other species. It is now reported that delta(13)C can be satisfactorily predicted from three restriction fragment length polymorphisms (RFLPs), which are genetic markers for discrete DNA sequences within the genome. An additive type of gene action was observed for all three RFLP markers, and for one of them there also was a significant nonadditive component. Combining the delta(13)C and RFLP technologies may aid in identifying genes associated with WUE and in studying mechanisms contributing to WUE. These technologies will also be useful for crop improvement.     

Contributions of conventional plant breeding to food production

Within a relatively short geological time frame, Neolithic man, or more probably woman, domesticated all the major cereal grains, legumes, and root crops that the world's people depend on for most of their calories and protein. Until very recently, crop improvement was in the hands of farmers. The cornerstones of modern plant breeding were laid by Darwin and Mendel in the late 19th century. As the knowledge of genetics, plant pathology, and entomology have grown during the 20th century, plant breeders have made enormous contributions to increased food production throughout the world. There have been major plant breeding break-throughs for maize and wheat, and promising research activities to raise yields in marginal production environments are ongoing. Since it is doubtful that significant production benefits will soon be forthcoming from the use of genetic engineering techniques with higher plants, especially polyploid species, most research funds for crop improvement should continue to be allocated for conventional plant breeding research.     

CRISPR/Cas9技术在农作物应用中的局限及改进

基因编辑技术是一种可直接对DNA序列进行稳定、精准改造的技术,其中CRISPR/Cas9技术以简便、高效、经济等优势脱颖而出。在农作物中,CRISPR/Cas9技术被广泛应用于作物遗传育种、植物基因改造、农作物品种改良等多个方面,给农作物领域带来巨大机遇。但机遇与挑战并存,该技术在实际应用中亦遇到一些困难。因此,本文围绕CRISPR/Cas9技术的原理、局限及改进方案进行综合阐述,以期为CRISPR/Cas9技术在农作物中的进一步应用提供理论基础。     

Plant genetics: increasing crop yield

Cell cultures of crop plants provide new opportunities to recover induced mutations likely to increase crop yield. Approaches include regulating respiration to conserve carbon fixed by photosynthesis, and increasing the nutritive value of seed protein. They depend on devising selecting conditions which only desired mutant cells can survive. Protoplast fusion offers some promise of tapping sources of genetic variation now unavailable because of sterility barriers between species and genera. Difficulties in regenerating cell lines from protoplasts, and plants from cells, still hamper progress but are becoming less severe. Recombinant DNA techniques may allow detection and selection of bacterial cell lines carrying specific DNA sequences. Isolation and amplification of crop plant genes could then lead to ways of transforming plants that will be useful to breeders.     

TALENs：植物基因组定点剪辑的分子剪

随着高通量DNA测序技术的发展,获取生物全基因组序列已不再困难。结构基因组学和功能基因组学的巨大进展,使人类全面解码生物基因组的梦想正在逐步实现。接下来的问题是：如何按照人们的意愿对生物基因组进行定点改造？科学家早在1988年就开始探索植物基因组的定点改造技术,但进展十分缓慢。2009年,关于黄单胞菌效应子蛋白TAL effector与寄主靶基因DNA特异性识别分子密码的破解,使植物基因组定点改造呈现出新的曙光,目前已研发出可以对生物基因组进行定点剪辑的新技术--TALENs（TAL effector nucleases）。由于TAL effector识别DNA碱基的模式具有高度的专一性,而且可以简便地组装出特异性结合任意DNA序列的模块化蛋白,因此,TALENs成为目前最有发展前景的基因组修饰技术。本文综述了TALENs研发的背景、结构、工作原理和技术特点,重点介绍了利用TALENs定点改造植物基因组的一般策略和技术方案,最后对TALENs定点改造植物基因组的应用前景进行了讨论。     

植物染色体重排在作物遗传改良中的应用研究进展

染色体重排是一种可能导致DNA片段丢失、重复、易位和倒位的机制,从而改变基因组结构,为创造新的变异性状提供可能。植物染色体重排事件的准确鉴定有助于更深入地理解植物基因组的结构、功能及它们在植物演化和作物育种中的作用。该文深入探讨了植物染色体重排的基本概念,介绍了植物染色体重排的自然发生和人工诱导的技术方法,阐述了植物染色体重排的细胞生物学、分子遗传学和高通量测序鉴定方法。同时,系统总结了植物染色体重排技术在作物遗传育种中的应用,结合具体实践,着重强调了染色体重排技术在提高农作物的遗传多样性、改良农作物的重要性状、增强农作物的环境适应性等方面极具优越性。然而,目前染色体重排的发生概率较低,技术上仍存在挑战,需要更多精准的工具和策略来实现染色体片段的精准定位和重排。通过全面了解染色体重排及其相关技术,研究人员和育种家可以更好地利用植物基因组,为全球粮食安全和环境可持续发展提供创新解决方案。相关研究不仅为深入认识植物基因组提供新途径,也为未来创新作物育种奠定坚实基础。通过挖掘植物基因组的多样性和可塑性,染色体重排技术有望为培育高产、优质、多抗的农作物新品种提供更多可能性,对解决全球日益严峻的...     

单核苷酸多态性(SNP)分子标记在小麦遗传育种中的研究进展

为了了解单核苷酸多态性(SNP)标记在小麦遗传育种中的研究进展并为下一步在面粉制品中的应用奠定基础，本研究归纳了SNP分子标记所具有的特点以及应用比较普遍的检测方法，包括DNA构象法、高分辨溶解曲线法及直接测序法等检测方法；总结了近几年SNP标记在小麦遗传图谱的构建、作物育种、全基因组关联分析、遗传多样性和物种进化等方面的研究进展；最后提出可开发不同作物的高通量SNP芯片使SNP的研究向高通量化、全基因组发展，以及培育具有良好面制品感官特性的小麦新品种。     

质体基因工程在植物育种中的应用研究进展

与传统的核转化相比,质体遗传转化作为外源基因表达更精确、安全和高效的新一代转基因技术对作物品质改良和产量提高做出了极大的贡献,也给人们提供了植物育种的新思路。综述了质体遗传转化技术、筛选标记(体系)及其在植物抗性性状改良、产量提高、品质改良、杂种优势利用中的应用研究进展,以期为质体基因工程在植物遗传改良,尤其是在单子叶植物遗传改良中的应用提供理论依据。     

植物激素对铝毒胁迫反应调控的研究进展

铝是地壳中含量最丰富的金属元素,土壤酸化会导致其中铝的溶解度大幅增加,产生大量对植物有毒害作用的离子态Al3+,抑制根系生长,对养分吸收及众多生理生化代谢过程都会产生影响,进而降低作物产量。铝毒胁迫已经成为占全球耕地面积40%酸性土壤中作物生长的最主要限制因子。植物激素是调控植物应对各种环境胁迫反应的关键内源因子,对植物提升抗逆性和应对胁迫适应性生长、生存至关重要。脱落酸、生长素、乙烯、细胞分裂素和茉莉酸等主要植物激素在调控植物应对铝毒胁迫反应过程中发挥重要作用。大量研究表明,植物激素还可以通过调控细胞壁修饰酶活性、活性氧代谢和有机酸分泌来提升植物对铝毒胁迫的适应性。此外,不同植物激素信号间也存在复杂的交互作用,共同介导和调控植物应对铝毒胁迫适应性反应。为全面了解植物激素在铝毒胁迫反应中的作用机制,为植物铝毒耐性分子遗传改良提供新的思路,对植物激素信号在参与植物响应铝毒胁迫反应过程中的信号转导和调控作用进行综述,并对铝毒胁迫下植物激素的研究方向进行展望。     

云南作物遗传资源多样性与农业可持续发展

 云南作物遗传资源十分丰富,主要植物有500余种,已整理于中国作物种质资源信息系统的有10 819份,占全国的5.65%。云南省农业科学院已收集、保存各类作物种质资源2万余份,并开展了大量的相关研究工作,为充分利用作物遗传资源,实现云南农业可持续发展探明了道路。最大限度地保护作物遗传多样性,大力开发新的作物种类和优良品种,并努力拓宽作物品种的遗传基础,使农业生产的良种多样化,是实现云南省农业的可持续发展的关键。     

植物单倍体材料创制方法及其应用

单倍体在作物育种、遗传分析、基因克隆等领域已得到广泛应用,并发现和创造了获得单倍体材料的多种途径。从雄核发育、雌核发育等途径介绍了植物单倍体创制的各种方法,并对单倍体在作物育种、种质资源创新、遗传分析、基因工程等方面的应用及其价值进行了概述。     

利用花粉管通道法将外源DNA导入水稻之研究进展

外源DNA直接导入技术以DNA片断杂交假说为理论基础,直接将目的基因或带有目的性状供体遗传物质(总DNA)通过花粉管通道法导入水稻植株,创造大量的变异材料,通过筛选获得目的性状的后代和新品种。由于简单、易行、不受受体植物种类的限制,已被越多的育种者所接受,在水稻的抗病、米质、丰产性上等各方面广为应用。介绍了外源DNA导入方法、外源基因导入类型、后代遗传变异特点及影响花粉管通道法导入的因素,优点、局限性进行了分析,同时提出了问题和展望。     

适于SSR-PCR的农作物基因组总DNA高通量提取方法的建立

[目的]建立一种新的、通用、快速的农作物基因组总DNA提取方法,为应用分子标记技术研究遗传多样性及变异提供方便.[方法]分别从甘蔗、水稻、玉米、花生和大豆5种作物中提取基因组DNA,用琼脂糖凝胶电泳对所提取的DNA质量进行检测,然后每种作物分别选取两对SSR引物进行PCR扩增,用聚丙烯酰胺凝胶电泳检测扩增结果.[结果]采用该提取方法,不同作物产生的纯DNA在100.0~160.0 g/g,提取DNA的A260/A280比率在1.80~1.95.此外,电泳凝胶未出现可见的RNA污染,每个作物基因组DNA单一条带非常清晰,DNA结构完整,质量较高,适用于分子标记的研究.应用SSR分子标记进行PCR扩增,重复性、稳定性好,经琼脂糖凝胶电泳检测,条带清晰且分辨率较高.[结论]建立的DNA提取方法为直接将叶片剪碎后装入EP管中,加入提取缓冲液进行DNA提取,省去了用液氮研磨的过程.与传统的DNA分离方法相比,新建立的DNA提取方法具有高通量、简单、快速、经济效益高等优点.     

模糊聚类在作物遗传差异分析中的应用研究

本文就模糊聚类在植物遗传差异分析中的应用问题进行了初步探讨,并将其与常用的作物遗传聚类分析方法进行了比较。认为,在应用多个性状计算品种间的相似系数(隶属函数)前,应当将各性状构成的相关指标转换成非相关指标,再参加相似系数计算。本文以玉米和水稻为例进行了说明。     

MYB转录因子在植物耐盐基因工程中的应用进展

盐胁迫是影响植物生长、发育及作物产量的重要环境因子。耐盐育种是保障农业生产的重要措施,利用基因工程技术提高植物耐盐性是优于传统育种的有效途径。MYB转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,在包括盐胁迫在内的植物非生物胁迫调控中有重要作用。本文系统阐述了MYB转录因子的基本结构及其在拟南芥、烟草及水稻、大豆、番茄等植物耐盐基因工程中应用的研究进展,为MYB转录因子的利用及植物耐盐遗传改良及育种提供参考。     

CRISPR/Cas9基因组定向编辑技术的发展与在作物遗传育种中的应用

CRISPR/Cas9系统是近年发展起来的、由导向RNA介导的基因组定向编辑技术。总结了CRISPR/ Cas9基因组定向编辑技术的发展历程,并综述了其在作物遗传育种研究中的多方面应用。CRISPR/Cas系统是存在于大多数细菌与所有古生菌中的一种后天免疫系统,以消灭外来质体或者噬菌体。 根据Cas蛋白组分及氨基酸序列不同,已发现的CRISPR/Cas系统可以分为3种不同类型,Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。其中,Ⅱ型是以Cas9蛋白及导向RNA为核心组份,组成较为简单,是目前经过改造用于开发基因组定向编辑技术的主要类型。自CRISPR/Cas9技术体系首先在人类与动物细胞系中建立后,经过改造的CRISPR/Cas9系统被迅速地应用于拟南芥、烟草、高粱、水稻、小麦、玉米等不同植物基因组的定向编辑研究中。CRISPR/Cas9与ZFNs或TALENs一样都是通过自身的核酸内切酶活性引起靶位点DNA序列双链断裂,然后通过非同源末端连接或同源重组介导的修复2种方式引入突变。至今,在多种作物中已实现诱导产生多种定点突变（包括插入、缺失或修饰等）,并可获得较高的突变诱导率和可稳定遗传的基因组编辑后代植株。与ZFNs或TALENs技术相比,CRISPR/Cas9技术可以实现对基因组中多个靶基因同时进行编辑,从而可以用来修饰同一基因家族中的不同成员或同一代谢途径中的不同调控基因,为其一大优势。由于CRISPR/Cas9技术具有突变诱导率高、成本低、易于操作及可以多重基因编辑等特点,已成为具有广阔应用前景的作物遗传改良与育种研究的分子操作系统。CRISPR技术除了可以对基因组中不同靶基因进行定向编辑以外,还可以广泛地应用于基因表达调控研究、细胞定位运输系统研究及新型RNA沉默系统构建等方面。基因组编辑技术是继转基因技术之后人类对生物进行遗传操作的又一个革命性技术。但是,与转基因技术相比,CRISPR/Cas9基因组编辑技术操作更加简单、快捷。应用CRISPR/Cas9基因组编辑技术进行育种可以不引入外源基因,在进行基因组编辑之后可以不留下转基因的痕迹,从而导致定义转基因生物的不明确性,因此,政府监管部门是否应该按照转基因的管理办法来监管CRISPR/Cas9技术的应用尚有待决定。     

植物DNA甲基化与体细胞无性系变异的研究进展

为更好地理解植物DNA甲基化在植物体细胞无性系变异中表观遗传的调控作用,为体细胞无性系变异研究及作物遗传改良提供理论参照,对DNA甲基化的产生及维持机制、生物学作用以及体细胞无性系变异中DNA甲基化模式重建进行了综述。     

单核苷酸多态性在大豆育种中的应用

单核苷酸多态性 (singlenucleotidepolymorphism ,SNP)是指DNA序列上的单个碱基变异 ,它具有分布广、多态信息量大、易于检测和统计分析等优点 ,被称为继RFLP和微卫星标记后的第三代基因遗传标记。单核苷酸多态性是等位基因间序列差异最为普遍的类型 ,可作为一种高通量的遗传标记。已建立PCR扩增目标序列及其产物测序和电子SNP(eSNP)等多种发现和检测SNP的方法。大豆等作物也已开展了SNP分析。