科研产出
利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术定向降低水稻落粒性
《中国农业科学 》 2018 北大核心 CSCD
摘要：【目的】易落粒既不利于稻谷收获,也不适宜于水稻机械化生产。利用现阶段前沿的分子育种手段——CRISPR/Cas9技术对水稻落粒性主效基因qSH1进行定点编辑,并调查分析易落粒性状的改良效果,为创制稳产和适合机械化生产的水稻新种质奠定材料基础和探索新途径。【方法】以qSH1为靶标基因,根据CRISPR/Cas9技术原理设计靶标位点。将所设计的靶点序列在水稻参考基因组中比对分析以排除非特异性靶位点,最终筛选出qSH1-T1和qSH1-T5靶标位点。化学合成靶位点寡核苷酸序列,退火后分别与pYLg RNA-U3、pYLg RNA-U6a载体连接构建U3-qSH1T5-g RNA、U6a-qSH1T1-g RNA表达盒,最后将2个g RNA表达盒同时连接至pYLCRISPR/Cas9表达载体中,构建pYLCRISPR/Cas9-qSH1-T51表达载体。利用农杆菌介导转化易落粒的籼稻品种HR1128,以潮霉素抗性为筛选标记筛选获得T0代转基因阳性植株。利用靶位点扩增测序法判断T0代转基因植株在预期靶标位点是否发生突变,并进一步分析突变类型及基因型。将靶点序列在水稻参考基因组中比对,选择与靶点序列匹配度大于或等于15 bp且3′端具有NGG的位点作为潜在脱靶位点进行脱靶效应评估。利用潮霉素基因及靶点检测进一步筛选无T-DNA成分的qsh1突变植株并进一步构建qsh1突变系,并分析qsh1突变系的落粒性、qSH1的表达量及预测编码氨基酸序列。【结果】pYLCRISPR/Cas9-qSH1-T51载体成功地实现了对qSH1靶标位点的定点编辑。在T0代转基因阳性植株中获得7个突变单株,其中qSH1-T1和qSH1-T5靶点的突变频率分别为54.55%和63.64%,突变基因型包括纯合突变、杂合突变、双等位突变和嵌合突变,突变类型包括碱基插入、碱基缺失及碱基突变。通过对T1代植株进行潮霉素基因筛选、靶位点扩增测序,结果表明,在T1代植株中Cas9载体骨架和qSH1突变位点都发生了分离,获得2种不含T-DNA成分的qsh1纯合突变株,并以此构建2个T2代qsh1纯合突变系群体(17SZ01和17SZ02)。对46株转基因阳性植株进行脱靶效应分析,发现3个潜在脱靶位点均未发生突变,表明所设计的靶标位点具有较高的特异性。通过落粒性测定分析表明,与野生型对照相比,2个qsh1纯合突变系的落粒性显著降低。进一步分析发现,2个突变系氨基酸翻译均发生改变并提前终止,同时17SZ01突变系qSH1的表达量显著降低。【结论】利用CRISPR/Cas9技术对水稻基因组进行定点编辑定向改良水稻品种落粒性,是一条高效、安全的分子改良育种策略。
关键词： CRISPR/Cas9 基因编辑 水稻 qSH1 落粒性
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镉胁迫下西瓜的转录组测序分析
《湖南农业大学学报(自然科学版) 》 2018 北大核心 CSCD
摘要：以西瓜品种和欣(HX)和黑媚娘(HMN)的幼苗叶片为材料,经60 mg/kg氯化镉溶液处理(以未经氯化镉溶液处理的为对照)后,采用Illumina测序技术对转录组进行高通量测序,探讨西瓜镉胁迫的分子机理。结果表明:在黑媚娘处理组(HMN)和对照组(HMNCK)中共检测到8 579条差异基因,其中有4 297条基因表达显著上调,4 282条基因表达明显下调;在和欣处理组(HX)和对照组(HXCK)中共检测到7 108条差异基因,其中有3 662条基因表达显著上调,3 446条基因表达显著下调;不同组间差异基因的维恩图表明,HMN和HX组间有5 656条差异基因;根据不同数据库的注释信息,发现西瓜体内与镉胁迫相关的差异表达基因主要包括响应光合作用、信号转导、次生物质代谢、转录因子等相关基因;转录因子MYB、AP2/EREBP、bHLH、NAC和WRKY家族可能在西瓜响应镉胁迫中具有重要作用。用q RT–PCR技术对随机挑选的7条基因进行荧光定量验证,结果与Illumina测序数据一致,证实了差异表达基因数据的有效性。
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施氮量对杂交水稻叶片光谱特征、SPAD值和光能拦截率关系的影响
《核农学报 》 2018 北大核心 CSCD
摘要：为探究不同氮肥处理对两系杂交稻叶片光谱特征、叶绿素含量(SPAD)、光能拦截率之间关系的影响,本试验以全两优1号和全两优681杂交稻品种为供试材料,设置N0(0 kg·hm~(-2))、N1(150kg·hm~(-2))和N2(250 kg·hm~(-2))3个氮肥处理,研究不同氮肥施用量下杂交稻群体的光能截获率(IPAR)、SPAD和叶片光谱特性。结果表明,不同氮肥处理下水稻叶片光谱特征差异明显,全两优1号和全两优681的光谱反射率随氮肥施用量的增加在可见光范围内降低,在近红外区域增高。施氮量的增加能够提高叶片SPAD值以及光化学植被指数值(PRI),PRI与IPAR相关系数达到0.64。齐穗期的光谱参数中的差值植被指数(DVI)、垂直植被指数(PVI)与2个杂交稻品种的实际产量均呈极显著正相关,相关系数分别为0.82和0.86。综上,齐穗期水稻群体高光谱指数能够预测水稻群体IPAR以及实际产量,本研究利用高光谱数据反演水稻关键生育期内的氮素营养信息,为氮肥精确化管理,提高氮肥利用率,实现水稻高产高效提供了理论指导。
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葡萄果肉组织的能量水平和细胞壁代谢对其自溶软化的影响
《食品科学 》 2018 EI 北大核心 CSCD
摘要：为研究葡萄采后贮藏过程中自溶软化与能量水平及细胞壁代谢的关系,比较贮藏初期和末期果皮超微结构的变化。采后葡萄经钙联合涂膜和热处理后,低温((4.0±0.5)℃)贮藏,定期测定果肉自溶指数、硬度、腐烂率、膜透性、能量物质(三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)、二磷酸腺苷(adenosine diphosphate,ADP)、单磷酸腺苷(adenosine monophosphate,AMP))含量及能荷(energy charge,EC)、细胞壁降解酶活力和细胞壁成分的变化,扫描电子显微镜观察贮藏初期和末期不同处理果实内果皮的超微结构,以未处理组为对照。结果显示:随贮藏时间的延长,果实自溶指数、腐烂率和膜透性升高,硬度和能量物质下降,多聚半乳糖醛酸酶(polygalacturonase,PG)、果胶甲酯酶(pectinesterase,PE)和纤维素酶(cellulase,Cx)活力上升,β-半乳糖苷酶(β-galactosidase,β-Gal)活力在贮藏30 d内下降,之后急剧升高。细胞壁组分原果胶、纤维素和半纤维素含量下降,水溶性果胶含量前期上升,后期下降;葡萄内果皮的超微结构破坏,出现了大的孔洞。葡萄果实自溶指数与能量水平、细胞壁降解酶活力和细胞壁组分紧密相关,果实自溶指数与ATP、ADP含量极显著负相关(P<0.01),和AMP显著负相关(P<0.05),与EC无明显相关性(P>0.05);与PG、PE、Cx活力极显著正相关(P<0.01),与β-Gal活力无明显相关性(P>0.05);与原果胶、水溶性果胶、纤维素和半纤维素含量极显著负相关(P<0.01)。钙联合涂膜和热处理能够维持组织的高能量状态和致密的超微结构,抑制PG、PE和Cx活力的升高,延缓细胞壁降解,延缓自溶软化,其中涂膜显著优于热处理(P<0.05)。
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柑橘果实柠檬酸积累调控基因研究进展
《果树学报 》 2018 北大核心 CSCD
摘要：有机酸是果实主要的品质组分物质之一,直接影响柑橘果实的口感和风味。多数柑橘果实的柠檬酸占总酸含量的70%以上,是主要的有机酸类型。介绍了柑橘果实柠檬酸的代谢途径和国内外柑橘果实柠檬酸研究涉及的果实类型及有机酸特点,综述了参与调控柑橘果实柠檬酸积累的相关基因,指出了柠檬酸合成相关基因CS在不同报道中的功能差异,整理了目前报道的柠檬酸降解相关的Aco、IDH、ACL、GAD、GS基因以及贮藏相关的PH、AHA基因在影响柑橘果实柠檬酸含量中的作用;特别指出了近年来报道的调控柑橘果实柠檬酸积累的相关转录因子研究。柑橘果实柠檬酸积累是一个复杂的过程,受多种因素影响,与其他果实性状研究相比其研究还处于起步阶段。为此,笔者对调控柑橘果实柠檬酸积累的重要基因研究进行了综述,分析了研究现状和存在的不足并展望了今后的研究方向,旨在为柑橘果实柠檬酸代谢研究提供参考。
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氮肥配施生化抑制剂对黄泥田土壤钾素淋溶特征的影响
《中国生态农业学报 》 2018 北大核心 CSCD
摘要：中国南方黄泥田土壤中养分淋失严重,尤其是氮(N)和钾(K),不仅造成资源浪费和潜在环境威胁,还严重制约作物的可持续生产。采用室内土柱模拟培养,研究尿素(U)和尿素硝铵(UAN)中单独添加脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)和硝化抑制剂2-氯-6-(三氯甲基)吡啶(CP),及两者配合施用对黄泥田土壤中K素淋溶特征的影响,探讨提高黄泥田供钾能力的施肥技术。不同氮肥种类淋溶液中,K~+平均浓度大小表现为UAN处理(103.0 mg·kg~(-1))高于U处理(93.9 mg·kg~(-1)),且抑制剂处理间存在明显差异。培养结束时(第72 d),UAN处理K~+淋失量较U处理高6.7%。U各处理淋溶液中K~+累积量大小表现为U>U+NBPT>U+NBPT+CP>U+CP>CK,其中U+NBPT、U+CP和U+NBPT+CP处理较U处理分别降低8.7%、20.2%和14.9%;UAN各处理淋溶液中K~+累积量表现为UAN>UAN+NBPT>UAN+NBPT+CP>UAN+CP>CK,其中UAN+NBPT、UAN+CP和UAN+NBPT+CP处理较UAN处理分别降低6.0%、13.8%和9.2%。不同施肥处理K~+淋溶率表现为UAN>UAN+NBPT>U>UAN+NBPT+CP>UAN+CP>U+NBPT>U+NBPT+CP>U+CP。培养中期(第36 d),U和UAN处理肥际微域中土壤速效钾含量显著降低,而添加CP处理有效维持土壤中较高的速效钾含量。与单施NBPT相比,配施CP可以减少黄泥田土壤中NO_3~-淋溶,增加土壤晶格对K~+的固定,减轻K~+淋溶风险,有效时间超过72 d。对各处理淋溶液中K~+累积量(y)随NO_3~-累积量(x)的变化进行拟合,其中以线性方程(y=ax+b)和Elovich方程(y=alnx+b)的拟合度最高,且抑制剂处理间a、b值均存在明显差异。总之,在黄泥田土壤中单施CP,或与NBPT配施可以有效增加K~+吸附,降低土壤中K~+淋溶损失,减轻养分淋失风险,提高肥料利用率。
关键词： 钾淋溶 黄泥田土壤 脲酶抑制剂 硝化抑制剂 尿素 尿素硝铵
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光合细菌PSB06浸种对水稻促生作用研究
《杂交水稻 》 2018 北大核心 CSCD
摘要：光合细菌作为一种微生物肥料和菌剂,在农业生产应用上越来越广泛。探讨光合细菌对植物的促生作用将为光合细菌的进一步应用推广提供理论依据。使用光合细菌中的沼泽红假单胞菌PSB06菌剂对水稻种子浸种,结果表明,光合细菌PSB06菌剂处理能促进种子萌发。与对照(蒸馏水浸种)相比,其种子发芽率提高5个百分点,萌发种子的芽长和根长分别增加250%和249%;同时,光合细菌处理也能促进苗期生长。水稻茎秆比对照高36.0%,叶片体内叶绿素a、b含量分别提高27.5%和18.0%。在干旱胁迫下,光合细菌浸种过的苗期水稻SOD值和POD值比对照分别提高72.0%和38.5%,能更有效维持植物体内自由基的平衡。因此,光合细菌PSB06浸种可提高种子活力、促进苗期生长和增强耐胁迫能力,是一种高效的浸种剂,对水稻具有良好促生作用。
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辣椒不同紫色程度叶片的光合特性及光响应模型拟合研究
《园艺学报 》 2018 北大核心 CSCD
摘要：以紫色叶片辣椒‘CS3’与绿色叶片辣椒‘LS1’杂交F_2代分离群体为试验材料,比较研究了从浓紫到纯绿(Z-1、Z-2、Z-3、Z-4、Z-5、Z-6、Z-7)7个不同紫色程度辣椒的光合特性,同时运用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数方程模型和直角双曲线修正模型等4种模型进行光响应拟合,并通过比较拟合优度决定系数(R~2)、表观量子效率(α)、最大净光合速率(P_(n,max))、光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)及暗呼吸速率(R_d)等参数,分析了4个模型的差异。结果表明:(1)当光合有效辐射(PAR)达到1 200μmol·m~(-2)·s~(-1)以后,紫色程度较高的辣椒(Z-1、Z-2、Z-3、Z-4、Z-5)的净光合速率—光响应曲线(P_n–PAR)仍然保持着上升趋势,没有出现光饱和或光抑制现象,且气孔导度(G_s)和蒸腾速率(T_r)迅速增大,胞间CO_2浓度(C_i)和水分利用效率(WUE)均维持在较高的水平;在PAR为2 000μmol·m~(-2)·s~(-1)时,Z-4的P_n最高,为(20.16±0.58)μmol·m~(-2)·s~(-1),Z-5的WUE(CO_2/H_2O)最高,为(2.02±0.01)μmol·μmol~(-1)。(2)4种模型均能较好地拟合不同紫色程度辣椒叶片P_n的光响应曲线,决定系数(R~2)在0.964~1.000之间。比较R~2得出,拟合效果优劣顺序为,直角双曲线修正模型>非直角双曲线模型>直角双曲线模型>指数方程模型,仅直角双曲线修正模型获得了Z-2、Z-4、Z-5、Z-6、Z-7辣椒的LSP。根据直角双曲线修正模型,Z-4的LSP最大,为(2 958.41±923.48)μmol·m~(-2)·s~(-1)。得出结论,(1)紫色辣椒弱光利用能力属于中上水平,对强光具有一定的适应能力,不容易出现光饱和或光抑制现象,光合潜力较大,且暗呼吸消耗较小,有利于积累有机物,在选育耐强光的高产品种方面具有潜在的利用价值;(2)叶片紫色程度浅的辣椒有利于筛选节水型材料;(3)直角双曲线修正模型的拟合结果与实测值更为接近,且能获得更多的光合参数信息,较适用于拟合紫色辣椒光响应曲线。
关键词： 辣椒 紫色叶片 光合作用 光响应曲线 光响应模型 曲线拟合
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辣椒6421子叶外植体离体培养
《分子植物育种 》 2018 北大核心 CSCD
摘要：以辣椒自交系6421子叶外植体为实验材料,通过筛选6-BA浸泡预处理浓度、优化不定芽诱导培养基、芽伸长培养基和生根培养基配方来提高辣椒子叶离体培养效率。结果表明:6-BA浸泡预处理子叶外植体最佳浓度为50 mg/L,最佳不定芽诱导培养基为MS+4.0 mg/L 6-BA,外植体浸泡处理1 min后接种至该培养基中,培养15 d后不定芽诱导率达93.21%;最佳不定芽伸长培养基为MS+6.0 mg/L 6-BA+0.1 mg/L IAA,培养20 d后芽伸长率可达23.21%;最佳生根培养基为1/2 MS+0.25 mg/L IAA+0.25 mg/L IBA,培养30 d后生根率可达90.12%。
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