基于深度学习的作物基因组学和遗传改良

随着世界人口的不断增长、食物需求量的不断增加,以及气候的不断变化,如何提高农作物产量已成为人类面临的一个巨大挑战。传统设计育种耗时长、效率低,已经不能满足新时代的育种需求。随着基因型和表型数据成本的不断降低,以及各种组学数据的爆炸式增长,人工智能技术作为能够在大数据中高效率挖掘信息的工具,在生物学领域受到了广泛关注。人工智能指导的设计育种将大大加快育种的效率,给育种带来革命性的变化。介绍了人工智能特别是深度学习在作物基因组学和遗传改良中的应用,并进行了总结与展望,以期为智能设计育种提供新的思路。     

60Co-γ射线辐照种子对牛至形态与挥发性成分的影响

牛至精油中的主要成分香芹酚和百里香酚具有较强的抑菌活性和替代抗生素的良好潜力。为了筛选有价值的遗传变异, 构建了牛至(Origanum vulgare)的⁶⁰Co-γ射线育种体系, 利用固相微萃取联合气相色谱-质谱方法进行挥发性成分测定, 并通过主成分分析和层次聚类等多元分析法, 深入探讨⁶⁰Co-γ射线对牛至M₁代形态特征、腺毛密度和腺毛大小以及挥发性成分的影响。结果表明, 牛至种子的半致死剂量为16.39 Gy; 辐照M₁代植株的株高、茎粗、分枝数、叶长和叶宽均发生变化, 筛选到多株形态突变体; 同时, 腺毛密度和腺毛大小发生多种变化, 从163株存活株中筛选出25株腺毛密度与大小均显著增大的单株;⁶⁰Co-γ射线处理对牛至挥发性成分的种类影响相对较小, 主要影响挥发性成分的含量, 并可诱导5种化学型, 即香芹酚型、百里香酚型、γ-萜品烯型、β-石竹烯型和大根香叶烯型; 最终筛选获得6株香芹酚和百里香酚含量升高的突变单株。研究证实了⁶⁰Co-γ射线辐照可作为牛至育种的一种有效诱变手段, 适宜辐照剂量为20 Gy。研究为牛至优良种质资源的选育提供了基础数据和新途径。     

禾本科三倍体: 形成、鉴定与利用

禾本科三倍体的形成途径包括2n配子融合、倍性间杂交、多精受精和胚乳培养。其中, 2n配子融合和倍性间杂交分别为自然界和人工合成三倍体的主要途径。该文介绍了形态学观测、染色体分析、流式细胞术和分子标记等倍性鉴定方法在禾本科三倍体中的应用及其优缺点。目前, 三倍体在禾谷类作物中无直接应用价值, 但可作为通往多倍体、非整倍体和转移异源基因的遗传桥梁。多年生禾本科三倍体(特别是异源三倍体)在饲草或能源作物中已得到广泛应用, 在该类型禾本科作物中均可直接尝试三倍体育种。多倍体的三倍体育种和无融合生殖三倍体育种可作为未来禾本科三倍体的研究方向。三倍性胚乳培养可以一步合成三倍体, 多精受精可以实现遗传上3个不同基因组的一步融合, 在三倍体研究中应予以重视。鉴于2n配子融合、多精受精的稀有特性和倍性间杂交、胚乳培养频繁的染色体变异, 高通量三倍体鉴定技术的发展将是三倍体研究实现突破的关键。     

《遗传》两位编委研究成果同时入选“2020年度中国生命科学十大进展”

2021年1月13日,中国科协生命科学学会联合体正式发布了"2020年度中国生命科学十大进展"研究成果。《遗传》副主编孔令让教授关于"小麦抗赤霉病基因Fhb7的克隆、机理解析及育种利用"的研究成果和编委王晓群研究员关于"人脑发育关键细胞与调控网络"的研究成果同时入选。特此祝贺!     

微生物源农用抗生素的研发与高产策略

开发高效、低毒、低残留的绿色农药是农药研发的发展趋势,其中微生物源农药抗生素占据了重要地位。随着基因组学、代谢工程、高通量筛选等技术的发展,新型微生物源农用抗生素的研究进入了新的阶段。文中简要总结了近10年来研发的新型微生物源农用抗生素的种类、农用抗生素产生菌株的高产育种与发酵研究策略等,为未来农用抗生素的研发提供参考。     

航天诱变白桦生长性状分析

对15年生白桦航天搭载家系(HT-1、HT-2、HT-3、HT-4)及地面对照(CK-1、CK-2、CK-3、CK-4)的生长性状进行分析,并利用2年生、5年生及15年生的生长性状拟合生长曲线。结果表明:15年生HT-1和HT-4的树高分别与地面对照家系间差异达到了极显著水平和显著水平。其中,HT-1树高高于地面对照,而HT-4树高则低于地面对照。其余2个航天搭载家系的树高也高于对照家系,但未达到显著水平。随树龄的增长,航天搭载家系与地面对照的部分性状由差异显著变为差异不显著,但整体差异趋势依旧与苗期保持一致。航天搭载白桦家系及地面对照重复力除98-3家系外都属于高重复力水准(>0.5),HT-1树高性状的突变增益最高,为7.31%。以-x+S为标准在HT-1内选择了4株优良单株,最优单株树高比地面对照家系提高了35.29%。通过拟合树高生长曲线预测了树高生长的趋势。     

黄颡鱼母本的肠系膜脂肪沉积对繁育性能的影响

为探索肠系膜脂肪堆积对黄颡鱼母本繁育性能的影响, 选择了4个母本群体来评价肠系膜脂肪沉积与黄颡鱼繁育性能的关联: group 1, 野生黄颡鱼群体[肠系膜脂肪指数(0.56±0.17)%]; group 2, 肠系膜脂肪较少的黄颡鱼养殖群体[肠系膜脂肪指数(1.97±0.40) %]; group 3和4, 肠系膜脂肪较多的2个黄颡鱼养殖群体[肠系膜脂肪指数(5.92±1.85)%和(9.62±1.01)%]。研究结果显示肠系膜脂肪体重比与性腺指数总体上呈负相关。人工繁殖结果表明, group 1和group 2的产卵率、受精率和单尾母鱼出苗量无显著性差异, 但显著高于group 3和group 4; group 1和2的苗种畸形率显著低于group 3和4。黄颡鱼雌鱼血清中促黄体生成素(LH)和卵黄蛋白原(VTG)的水平随着肠系膜脂肪沉积量的增大而降低; 相反, 肝脏和卵子中的油脂和糖原含量随着肠系膜脂肪沉积量的增大而升高。研究发现, 肠系膜脂肪过度沉积的黄颡鱼母本的生理指标和繁殖性能明显下降, 生产出来的苗种质量欠佳; 建立完善的亲本培育模式并减少肠系膜脂肪沉积能够显著改善繁殖性能, 文章为提高鱼类苗种质量提供了思路。     

6个粤糖甘蔗亲本及其杂交组合的育种价值评价

为了解粤糖系列甘蔗(Saccharum officinarum)亲本的遗传特点和组合选配效果,采用家系评价方法,对以6个粤糖系列亲本(‘粤糖00-236’、‘粤糖03-373’、‘粤糖93-159’、‘粤糖94-128’、‘粤糖99-66’、‘粤糖08-1966’)为核心配置的55个组合F1群体的6个主要性状的遗传效应、经济育种值等参数进行估算。结果表明,6个性状中茎径受母本、父本加性基因效应和非加性基因效应影响,株高、锤度、含糖量和蔗茎产量受父本加性基因效应和非加性基因效应影响,而有效茎数受父本加性基因效应影响。6个亲本中,‘粤糖94-128’作为母本的蔗茎产量的一般配合力效应值和经济育种值最高,适宜做高产的母本,而‘粤糖93-159’作为父本的含糖量的一般配合力效应值最高,经济育种值也较高,适宜做高糖父本。55个组合中,‘粤糖94-128’×桂糖02-761’、‘粤糖00-236’ב桂糖94-119’和‘桂糖02-467’ב粤糖93-159’等的特殊配合力效应值和组合经济育种值均较优,可作为重点生产性家系。这为应用粤糖亲本进行杂交组合配置提供了依据。     

山黧豆属作物在土耳其的栽培与利用状况北大核心CSCD

众所周知,山黧豆起源于巴尔干半岛并传播到世界各地。在土耳其,山黧豆属作物有73个分类群(约1/3为地方特有种),在全国各地均有分布种植,但主要集中在黑海中部、东南部和安纳托利亚东部地区。该文介绍了山黧豆属作物在土耳其全国的分布和在局部地区的食用、观赏等资源利用和保存情况。通常,不同国家人民会因为文化差异形成不同的饮食习惯,但山黧豆大多被用于制作汤、面包或其他咸点。山黧豆的栽培技术则因地制宜,土耳其在边缘土地上进行旱作种植,中国和印度部分地区多采用轮作种植方法等。作为一种极“小众”的作物,山黧豆研究工作的从业人员极少,而且缺乏大型联合研究项目。因此,需要联合化学、表型和分子分析等方法,以保护世界各地包括土耳其在内的地方种质资源,尤其是培育适合土耳其、中国等世界各国的食饲兼用型低β-ODAP品种。总之,选育低β-ODAP或不含β-ODAP的山黧豆品种将有助于丰富人类在食用、饲用和观赏等方面的物种资源利用。     

跨国种企作物育种专利布局及对我国的启示*

当前全球种业基本形成“两超、四强、差异化发展”新格局,种业巨头主导着全球作物育种技术研发和产业发展。通过深入分析和挖掘跨国种企作物育种专利,洞察其技术研发布局,为我国合理部署作物育种技术研发、改善知识产权布局与保护具有借鉴意义。基于Derwent Innovation(DI)专利数据库,以“两超四强”跨国种企2015~2019年申请的作物生物育种专利为研究对象,通过文本聚类法全面分析了“两超四强”跨国种企的生物育种研发布局,通过计量指标结合专家咨询遴选出其重点专利,厘清其技术研发重点。据此提出我国应当瞄准生物育种核心领域加强新兴前沿技术原始创新与集成开发,加强新型抗虫基因挖掘与抗虫新机制研发,强化生物育种核心技术链、产业链知识产权协同保护与布局,提升知识产权保护水平及全球化结合重点布局的知识产权战略意识的建议。