中国科学家在番茄与黄瓜的驯化及品质形成的分子机理研究中取得突破性进展

经过长期的人工选择和驯化过程, 番茄(Solanum lycopersicum)和黄瓜(Cucumis sativus)已经成为世界范围内广泛栽培且深受人们喜爱的可口蔬菜。最近, 中国科学家在番茄和黄瓜的人工驯化与品质形成的分子机理研究中取得了突破性进展。     

掌叶复盆子栽培性状的初步研究

经引种栽培,作者观察研究了野生掌叶复盆子(Rubus chingii Hu)的栽培性状,包括植株形态、花果期、产量、果实大小等。通过对11个单株个体性状的统计分析,发现在单株产量、可育花比例、果实大小方面个体间差异极大。认为掌叶复盆子适合驯化栽培,野生种群中有很大的选优潜力。     

桦褐孔菌野生分离菌株的比较与栽培选育

通过菌丝形态比较、ISSR分析鉴定及人工驯化栽培选育,对1株野生分离菌株和4株保藏菌株进行比较。结果显示:5个菌株在菌丝形态和长势上差异显著,1号菌株(野生分离)菌丝洁白,长速最快;ISSR扩增图谱谱带差异明显,1号菌株与5号菌株在遗传相似水平85%时聚为1类,其他菌株各自聚为独立1类。驯化栽培试验结果表明:1号菌株出核较快,菌核大,产量高,较其他菌株产量差异显著。被试菌株为各自独立菌株,1号菌株经驯化适宜高产栽培,是重要珍稀野生种质资源。本研究可为野生桦褐孔菌菌株种质资源收集和为实现大规模栽培育种提供亲本资源。     

茄之物语

正茄子(学名:Solanum melongena L.),茄科茄属植物,重要的夏季蔬菜。它起源于亚洲东南热带地区古印度一带,由一种野生茄科植物丁茄驯化而来。茄子的野生种果实型小而味苦,颜色呈黄色或白色,似一个禽蛋,因此在英语里茄子的单词为eggplant。后来经过长期驯化和栽培,果实变大,风味改善,并逐步传播到世界各地。在中国,茄子已有2 000多年的栽培历史,被看作是茄子的第二起源地。今天,茄子在亚洲栽培数量最多,中国依然是茄子生产大国,收获     

2012年第11期《遗传》封面说明

作物的驯化是人类从开始种植和储存的野生作物中选择优良性状,使之形态特征适应于农业生产方向进化的过程,因此,大部分种子作物驯化后在落粒性、种子休眠和植株形态等方面都出现了相似的变化。水稻是研究谷类作物驯化的良好模式生物。稻属包含2种栽培稻,分别为亚洲栽培稻(Oryza sativa L.)和非洲栽培稻(O. glaberrima Steud.),其中亚洲栽培稻遍布全世界,包含两个主要亚种,粳稻亚种(O. sativa L. ssp. japonica)和籼稻亚种(O. sativa L. ssp. indica)。稻属丰富的近缘种和广泛的地域分布非常有利于研究确定现代栽培稻的驯化地域。此外,水稻基因组较小、具高质量精细图谱,加上功能基因研究上的进展,也为深入开展水稻驯化进程研究奠定了基础。详见本期第XX-XX页区树俊,汪鸿儒,储成才“亚洲栽培稻主要驯化性状研究进展”,对水稻关键驯化性状研究进行的比较全面的综述。封面图中央是选取23株AA基因组的亚洲栽培稻及其近缘野生稻,利用水稻驯化过程中受到选择的控制稻壳颜色基因Bh4上下游各50 kb中的SNP位点所构建的进化树;图外从左下至右下沿顺时针方向,反映的是水稻驯化过程中稻壳颜色、谷粒形状、穗型的变化趋势。 区树俊,汪鸿儒,储成才（绘图：区树俊）     

水稻产量相关性状驯化研究进展

水稻具有悠久的栽培历史,是重要的粮食作物,养育了1/3的世界人口。现代栽培稻(Oryza sativa)由野生稻(O.rufipogon)驯化而来,产量是驯化筛选的关键性状之一。株型、穗型和种子大小是决定水稻产量的重要性状,这些性状在水稻栽培过程中均受到了定向筛选。该文以水稻产量性状为核心,综述了株型、穗型和种子大小等性状的驯化分子机理研究进展,讨论了水稻产量驯化研究中存在的问题,展望了驯化性状和相关基因的研究前景,以期为水稻产量相关性状的驯化机理研究和水稻育种工作提供有价值的线索。     

群体遗传学下动物驯化研究进展

动物驯化是将野生动物改变为能够长期稳定饲养的家养动物的过程。作为新石器时代农业革命的内容,驯化是人类社会文明进步的重要标志之一。由于和人类的密切关系,驯化不仅改变了动物的野生状态,也改变了人类的生活习性和文明进程。动物驯化研究的关键问题包含驯化祖先是谁、驯化所产生的改变及驯化时间地点等。随着高通量基因组技术和对应分析方法的发展,目前研究动物驯化一般基于群体水平,在群体遗传学的框架下研究动物驯化过程中的重要事件。本文总结了群体遗传学下动物驯化研究的相关内容,包括群体动态历史、选择信号、基因交流等,着重介绍了基因选择初始时间和基因交流时间两个新的拓展内容及分析方法,概述了家猪(Sus scrofa f.domestica)、家鸡(Gallus gallus domesticus)、绵羊(Ovis aries)和山羊(Caprine hircus)等几种主要农业动物近期驯化研究的进展,以期为动物驯化研究提供了新的方向和视角。     

多倍体植物及多倍体在农业实践上的意义

人类在很早以前就开始了无意识的选种工作,选取了最能满足人类需要的各种植物。但是在长期的农业生产过程中,人类不是根据多倍体,也不是根据细胞核里的染色体的数目进行人工选择的,而是根据具有大而品质优良的果实、种子、块根、块茎、花等器官选择了许多在品质上产量上都很好的作物和鲜艳而美丽的花卉,因而就无意识的栽培了许多自然发生的多倍体植物,多倍体类型无论在品质上和产量上大致都比二倍体类型要好。但是人类所选择和栽培的并不全都是多倍体。     

新疆产药用植物黑果枸杞有性生殖产出差异的繁殖生态学研究

由于黑果枸杞（Lycium ruthenicum）果实具有重要的保健价值,近年来倍受关注,但其野生资源正遭受着前所未有的采伐压力。目前关于影响黑果枸杞果实产量的有性生殖过程研究较少,本实验对新疆库尔勒地区6个不同生境的野生黑果枸杞居群开展了繁殖生态学观察,并对各居群的访花频率、访花昆虫种类、柱头花粉落置、胚珠数、座果率、结实率和单株果实产量等指标进行了比较分析。结果表明,访花频率与结实率、座果率具有显著正相关关系,说明传粉者是限制黑果枸杞有性生殖的关键因素之一;传粉者种类越丰富的居群其有性生殖产出越高,揭示了传粉昆虫的多样性和丰富度是影响黑果枸杞繁殖成功的重要限制因子。此外,和静县华侨农场和焉耆县霍拉山河沟的黑果枸杞居群生殖产出明显与其传粉成功率相偏离,进一步分析表明,风沙侵蚀和人为采伐对植株的破坏是影响这两个居群果实产量的重要原因。本研究结果对于野生黑果枸杞居群的保护及其人工规模栽培提供了重要的参考依据。     

SlCBL1基因调控番茄果实成熟发育的分子机理

以番茄(Solanum lycopersicum L.)品种‘Micro Tom’为试材,从其果实中克隆得到番茄类钙调磷酸酶B基因(Tomato Calcineurin B-Like gene,SlCBL1),构建其带有报告基因的e-GFP植物表达载体,分析番茄果实中SlCBL1基因超表达与成熟发育进程的相互关系。结果显示:(1)与对照非转基因植株以及转空载植株相比,转SlCBL1基因番茄中SlCBL1基因过量表达,而且能够使番茄果实成熟期提前3~5d,表明SlCBL1基因可促进番茄果实成熟。(2)番茄果实成熟相关基因的表达量也受到不同程度调控,其中番茄成熟过程中的色素合成基因、乙烯路径基因以及果实成熟相关转录因子都受到强烈的调控,与对照相比表达量分别上调5~10倍。研究表明,SlCBL1基因能够促进番茄果实成熟,而且通过影响色素合成基因以及果实成熟相关转录因子来调控番茄果实成熟。     

秦岭黄果悬钩子野生种质资源与引种试验研究

对黄果悬钩子在秦岭山区的分布、习性、果实经济性状、营养成分、产量构成以及引种栽培条件下的物候期、根系特征、发枝习性,繁殖特点等内容的研究结果表明,黄果悬钧子植株矮小,具有较耐旱的根系组成特点;果大,质优、风味好,营养丰富;适应性较强,容易繁殖,是一种优良的栽培树萄果树引种驯化,矮化育种野生种质资源。     

高雄山虫草生物学特性及人工驯化条件优化

高雄山虫草Cordyceps tenuipes是一种重要的珍稀野生虫草,无性型为细脚棒束孢Isaria tenuipes。对采集的野生无性型高雄山虫草生物学特性进行了研究,采用小麦和大米为栽培基质,通过添加不同营养成分进行人工驯化和栽培条件优化,对后续提高其孢梗束产量和商业化栽培具有重要意义。试验结果表明,该虫草菌丝在固体和液体培养条件下生长所需的最佳营养组成一致,通过单因素和多因素正交试验得出菌丝在固体和液体条件下生长的最佳培养基配方为蔗糖30g/L、酵母粉15g/L、磷酸二氢钾2g/L、七水硫酸镁2g/L,最佳培养条件为温度25℃,pH 7。以小麦为培养基栽培的孢梗束生物学效率介于(45.750±6.062)%-(67.820±6.018)%,总体优于大米培养基(23.410±5.242)%-(36.880±8.812)%。以添加蚕蛹粉的小麦培养基栽培的孢梗束生物转化率最高,达67.820%,高于已有的报道。通过生物学特性分析和人工驯化条件的优化,为高雄山虫草的规模化人工栽培提供参考。     

番茄生物学研究的相关网络资源

番茄(Solanum lycopersicum)是一种重要的蔬菜作物, 也是研究茄科作物的模式植物。互联网上有丰富的与番茄相关的生物信息学资源, 对其生物学研究带来极大便利。该文介绍了目前网络上与番茄生物学研究相关的资源, 利用这些资源将会加快对番茄遗传学和基因组学及对茄科植物多样性的研究。     

番茄抗青枯病种苗选育初步研究

通过大量收集野生茄科植物作为栽培番茄的嫁接砧木 ,进行嫁接试验并观察嫁接成活率。栽植各砧木苗、番茄实生苗及嫁接成活率较高的嫁接苗 ,观察比较它们在自然条件下青枯病的发病率 (如果自然条件下青枯病发病率低的地块 ,可考虑人工接种病原 )、植株生长情况、产量和品质等 ,筛选出 2种嫁接成活率高 ,抗青枯病能力强 ,并能保持或提高接穗果产量和品质的番茄嫁接砧木。为深入进行番茄抗青枯病种苗选育研究和生产实践奠定了基础。     

绵羊遗传进化史的一次全新解析

<正>动物驯化是人类活动与自然环境互作的重要事件,也是人类文明发展的先决条件之一.绵羊(Ovis aries)作为最早被驯化的动物之一,早期的研究证据显示,现代家养绵羊驯化自亚洲摩弗伦羊(O.orientalis)[1],其驯化约在8000~11000年以前的新月沃土(fertile crescent)地区完成.驯化后的绵羊随着人类活动扩散至世界各地,在不断扩散过程中经过长期的自然选择与高强度的人工选择,形成多达1400余个绵羊品种.而在此过程中,人类活动对于品种内、种群间的遗传模式与基因交流起到了决定性作用[2].因此,对于整个欧亚大陆范围内地方绵羊品种     

利用多组学手段解析番茄育种过程中代谢物变化的机制

番茄(Solanum lycopersicum)在育种过程中经历了驯化、改良、分化和渐渗等不同阶段, 在这一选择过程中番茄的果重和风味等均发生了显著改变, 但是目前对于番茄育种过程中代谢物的变化及其遗传基础却不是十分清楚。近期, 中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文研究组与华中农业大学罗杰研究组利用多组学(变异组、转录组及代谢组)手段系统解析了番茄育种过程中代谢物的变化。结果表明, 在番茄驯化过程中有46个甾醇糖基生物碱类物质(SGAs)含量逐渐降低, 并获得了7个与其中44个物质显著相关的遗传位点。因此, 在番茄育种过程中通过优异等位位点的组合可以显著降低SGAs的含量; 同时发现在番茄以果重为目标的选择过程中, 控制果重基因周围其它基因的“搭车效应”是引起许多代谢物变化的重要遗传因素, 及在育种过程中对某一性状的选择会对其它性状产生重要影响。该研究首次利用多组学手段系统解析了选择对作物代谢物的影响, 为番茄品质改良奠定了良好的理论基础。     

SlCBL1基因在番茄抗灰霉病中的作用

以番茄(Solanum lycopersicum L.)品种‘Micro Tom’为试材,分析番茄叶片和果实的灰霉病发病规律,及番茄类钙调磷酸酶B基因(tomato calcineurin B-like gene,SlCBL1)在叶片和果实中的表达变化;比较转SlCBL1基因番茄与对照的叶片和果实的灰霉病发病过程,分析转基因番茄抗病相关转录因子表达变化。结果表明:(1)非转基因番茄中,不同叶龄的叶片均在接种灰霉病4d开始发病;不同发育阶段的果实接种灰霉病后发病时间也不同,其中绿果(花后16~18d)接种5d还未发病,白果(花后34~36d)接种11d开始发病,红果(花后40~42d)接种5d开始发病;SlCBL1基因表达量在番茄叶片中较低,在绿果期和白果期的果实中表达量最高,红果期果实中表达量最低。(2)转SlCBL1基因后,SlCBL1基因的过量表达能够抑制番茄叶片和果实灰霉病发生;同时番茄叶片和果实中几乎所有的抗病转录因子的表达量都上调,其中WRKY转录因子家族基因SlWRKY33和SlWRKY70受到强烈调控。研究说明,SlCBL1基因过量表达能够提高番茄的抗灰霉能力,其主要机理是通过影响抗病相关转录因子进而调控番茄抗灰霉病的能力。     

外源5-氨基乙酰丙酸对设施番茄果实发育及糖酸品质的影响北大核心CSCD

番茄果实糖酸类物质的含量及比例直接影响其风味品质,前期研究表明,适宜浓度的外源5-氨基乙酰丙酸(ALA)能够促进果实的成熟并提高其芳香品质。该试验为探究外源ALA对番茄果实发育及其糖酸品质的影响,以番茄‘原味1号’(Solanum lycopersicum cv.Yuanwei No.1)品种为试材,于第4穗果授粉后10 d果实表面喷施0、100和200 mg·L^(-1)的ALA溶液,分析ALA对番茄果实形态、果皮色泽及果实不同部位组织中糖、酸类物质组分及含量的影响。结果表明:(1)外源ALA溶液能显著促进番茄果实横径、纵径的增加,提高果实单果重,还显著降低果实硬度,促进果实软化,提升果实口感,并提高了果实V_(C)和可溶性固形物含量。(2)果实不同部位组织(包括果肉、小柱和隔膜)糖类物质组分含量测定结果显示,外源ALA处理能够显著提高果实可溶性总糖含量(包括果糖、葡萄糖和蔗糖),并有利于糖类物质向果肉中积累。(3)在有机酸类物质中,除酒石酸含量增加外,外源ALA处理均能不同程度地降低果实各部位组织中酸类物质含量,从而显著提高番茄果实果肉部位糖酸比,提升果实糖酸品质。研究发现,在番茄果实发育过程中外源施用200 mg·L^(-1) ALA不仅能够促进果实发育及着色,提高单果重,提升果实的外观品质,还有利于果实糖酸品质的形成。     

不同微生物菌剂对基质酶活性和番茄产量及品质的影响

以鸡粪配方基质(腐熟鸡粪:腐熟玉米秸秆:河沙体积为3:4:3)和牛粪配方基质(腐熟牛粪:腐熟玉米秸秆:河沙体积为3:4:3)为试材,研究了基质中分别添加地福来、酵素菌、EM菌、枯草芽孢杆菌和农用微生物菌剂对基质酶活性和番茄产量及品质的影响.结果表明: 两种配方基质添加微生物菌剂40和60 d时根际基质的脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性均显著提高,番茄植株生长量、果实产量及维生素C含量显著高于对照.鸡粪和牛粪配方基质均以添加地福来效果最好,番茄单株产量分别较各自对照增加14.7%和40.0%,果实维生素C含量分别提高22.2%和39.7%.在不添加微生物菌剂的情况下,鸡粪配方基质栽培的番茄单株产量和果实维生素C含量高于牛粪配方基质;分别添加地福来后,两种基质栽培的番茄单株产量和果实维生素C含量无显著差异.     

四倍体野生稻快速驯化: 启动人类新农业文明

通过人工选择优良遗传变异, 将野生植物驯化为栽培作物, 以满足人类对食物的需求, 是人类发展历史中的重要事件, 推动了人类文明的持续发展。随着世界人口持续增加, 耕地面积不断减少, 灾害性天气频发, 全球粮食安全问题日趋严峻。基于作物驯化的分子机理及重要农艺性状的遗传基础, 结合高通量基因组测序和高效基因组编辑技术, 从头驯化野生植物, 创造新型作物, 将是应对这一挑战的有效策略之一。近日, 中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋团队联合国内外多家单位, 通过组装异源四倍体高秆野生稻(Oryza alta)基因组, 优化遗传转化体系, 利用基因组编辑技术, 使其落粒性、芒性、株型、籽粒大小及抽穗期等决定作物驯化成功与否的重要性状发生改变, 成功实现了异源四倍体高秆野生稻的从头定向驯化。该突破性研究成果证明了通过从头驯化将异源四倍体野生稻培育成未来的主粮作物, 是确保粮食安全的可行策略, 同时也为从头驯化野生和半野生植物、创制新型作物提供了重要参考。