“绿色革命”新进展:赤霉素与氮营养双重调控的表观修饰助力水稻高产高效育种

以半矮秆育种为代表的“绿色革命”极大地提高了作物产量,但也带来氮营养利用效率降低的严重问题。“绿色革命”主要基于调控赤霉素的代谢和信号转导而实现。前期的研究发现,赤霉素信号转导关键因子DELLA蛋白通过调控GRF4而负调控氮素的吸收利用,为半矮秆品系氮利用效率低的问题提供了解决方案。最近的一项研究进一步揭示了GA信号途径与氮响应交叉互作的新机制。该研究发现水稻(Oryza sativa)NGR5是氮素调控分蘖数目的一个关键基因,其表达受氮诱导。通过招募PRC2,NGR5对D14和OsSPL14等分蘖抑制基因所在位点进行H3K27me3甲基化修饰,从而抑制其表达。而在半矮秆背景下超表达NGR5可以提高低氮水平下的水稻产量。NGR5同时也被发现为赤霉素受体GID1的一个新靶标,受到其负调控。该研究发现了调控赤霉素信号通路的新机制,并对高产高效的新一代“绿色革命”育种实践具有重要启示。     

赤霉素和油菜素内酯信号通路双重调控助力小麦新一轮“绿色革命”

自20世纪60年代以来,半矮秆基因Rht-B1b和Rht-D1b的利用显著提高了小麦(Triticum aestivum)抗倒伏能力和收获指数,使得全世界小麦产量翻了一番,引发了农业第1次“绿色革命”。Rht-B1b和Rht-D1b编码植物生长抑制因子DELLA蛋白,是赤霉素(GA)信号转导途径的负调控因子。DELLA蛋白积累抑制细胞分裂和细胞伸长,导致矮化表型;同时也抑制光合作用并降低氮素利用效率,导致半矮化品种需要较高的化肥投入才能获得高产。如何“减肥增效”是实现低碳绿色农业所面临的重大问题。最近,中国农业大学倪中福团队发现了具有育种应用价值的新型“半矮秆”基因模块,证明通过对赤霉素和油菜素内酯(BR)信号通路的双重调控可实现矮秆高产小麦新品种培育。该团队鉴定并克隆了1个控制小麦株高和粒重的数量性状位点(QTL),该QTL在衡597中存在1个约500 kb的r-e-z大片段缺失,其中包括Rht-B1b基因和1个编码RING E3泛素连接酶的ZnF-B基因。研究发现,ZnF-B蛋白与油菜素内酯信号转导途径的抑制因子TaBKI1相互作用,诱导TaBKI1降解,从而促进BR信号转导。Zn...     

直播旱作水稻的吸氮特征与土壤氮素表观盈亏

水稻旱作是水稻节水栽培中最有效的方式。通过田间试验研究旱作直播条件下水稻对氮素的吸收利用特征以及土壤矿质氮的动态变化 ,并对土壤氮素的表观盈亏量进行了估算。结果表明 ,直播旱作水稻较水作水稻更注重中后期对氮素养分的吸收 ,尤其是对土壤氮素的吸收 ;幼穗分化后水稻的土壤吸氮量占阶段吸氮总量的 6 9.5 % ,比水作水稻多 17.8%。对 0～ 4 0 cm土层土壤矿质氮含量时空变化的研究表明 ,直播旱作水稻生育前期土壤表层矿质态氮大量累积 ,在灌水和降雨的影响下 ,向下层的迁移增加 ,基肥施用后裸地处理 2 0～ 4 0 cm土层的矿质氮高达 10 4 kg N/hm2 。对水稻各生育期土壤氮素盈亏的计算结果表明 ,自分蘖盛期后旱作各处理都表现出土壤氮素不同程度上的表观亏缺 ,然而就全生育期土壤氮素盈余量而言 ,旱作处理平均高达 12 7kg N/hm2 ,生育前期氮肥的大量投入是氮素盈余的主要原因。本试验结果表明 ,直播旱作水稻生育前期对施用的肥料氮吸收很少 ,提高直播旱作水稻氮肥利用效率的关键在于减少生育前期肥料氮的投入     

作物高产与开花前后的氮和钾营养

作物的一生大体可分为营养生长期、生殖生长期和结实成熟期三个阶段。作物从幼苗直至成熟，整个生育期需要从土壤中吸收大量氮、磷、钾及其它营养元素，才能健壮生长、开花、结实。因此一般重视营养生长期和生殖生长期的施肥，而作物结实、成熟阶段的生理及营养需求尚少被人重视。有些人认为“水稻扬花，产量到家”，除了防治病虫害，就不再施肥了，却不知道这个时期仍需要营养供应籽粒，才能使果实饱满而增加产量。作物自开花前（水稻是孕穗后期）和开花后（始穗期）至成熟、收获，这个过程对形成产量是很重要的。对于水稻早熟品种，这个过…     

综述与专论：表观遗传修饰调控阿尔茨海默病的研究进展

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease,AD）是一种临床上常见的以进行性认知功能障碍和记忆减退为主要特征的神经退行性疾病。近些年研究发现，表观遗传修饰如DNA修饰、组蛋白修饰、RNA修饰及非编码RNA在Aβ沉积、Tau蛋白过度磷酸化、神经再生、突触可塑性和认知功能中发挥不同程度的调控作用，进而改善或加剧AD病理进程。临床数据表明表观遗传修饰的改变与AD风险呈显著相关性，运用药物、物理刺激、si RNA等干预手段在AD动物模型中改变表观遗传修饰水平可改善AD病理和认知能力。本文综述了不同的表观遗传修饰在AD中的调控作用，为进一步理解AD的表观遗传学机制及通过干预表观遗传修饰改善或治疗AD的可行性提供理论依据。     

水稻镉积累的遗传调控及低镉水稻育种的研究进展与展望

稻田重金属镉污染导致生产的稻米有不同程度的镉积累,长期食用镉污染的稻米危害人体健康甚至致病.因此,研究水稻镉积累的遗传调控机制,培育低镉积累水稻品种,具有重要的理论意义和应用价值.水稻吸收、转运和积累镉的特性存在遗传多样性.近年来,有关水稻吸收和转运镉的遗传调控机制研究取得较大进展,人们鉴定出了多个相关的QTLs、转运...     

编者按 解析泛素化修饰调控的“密码”

<正>泛素(ubiquitin)是真核生物中高度保守的一种由76个氨基酸组成的蛋白质,其与底物蛋白的赖氨酸残基共价结合的过程称作泛素化。泛素化作为一种功能多样的翻译后修饰,几乎参与所有细胞生命活动,其调控异常与肿瘤等重大疾病密切相关^[1-3]。泛素化主要由泛素活化酶(E1)、泛素结合酶(E2)、泛素连接酶(E3)和去泛素化酶(DUB)介导的多酶级联反应实现,     

超级早籼稻“中早39”的高产育种研究

利用高产早籼嘉育253和高产抗稻瘟病早籼品种中组3号为亲本,采用分离世代自然病圃鉴定结合稻瘟病混合菌株人工接种抗性筛选方法,通过系谱法和产量比较试验,最终选育获得高产抗稻瘟病早籼稻新品种中早39。对超级早籼稻品种中早39及其系谱亲本嘉育253和中组3号进行产量相关性状、光合特性、叶面积指数和光合色素含量等测定和比较分析,发现中早39的每穗总粒数和结实率优于其系谱亲本,库容优势明显;中早39在齐穗后20天保持最高的净光合速率,其叶面积指数和各光合色素含量也优于系谱亲本;因此,中早39具有超高产光合生理特性。育种初期选用了高产亲本,且在生育后期中早39比其系谱亲本具有更优的光合生理特性,是水稻高产育种中优良性状的整合和后期功能型超级稻特性的体现;中早39超高产优势来自于品种选育过程中源库的优化、株叶形态的改善;中早39的选育研究为水稻高产育种提供了参考信息。     

航天育种:来自太空的“魔力”

航天工程给力航天育种2011年11月17日19时32分,在圆满完成了与"天宫一号"的无人交会对接任务后,"神舟八号"飞船返回舱顺利降落于内蒙古四子王旗主着陆场。人们在欢庆我国载人航天工程取得又一个重大突破的同时,注意到"神舟八号"飞船又一次进行了植物种子的空间搭载试验。     

OsNRT1.1A:解决水稻高氮下“贪青晚熟”的关键基因

正植物通常需要14种矿质元素以维持其正常的生长发育过程。其中,氮元素是植物需求量最大的矿质元素,是蛋白质、核酸、磷脂以及叶绿素和植物激素等有机大分子的基本组成元素,同时也是促进作物增产的重要因素之一。农业生产上一般通过大量施用氮肥来促进农作物生长,从而达到粮食增产的目的。据统计,全世界每年施用氮肥超过1.2亿吨,而我国消耗的氮肥量占世界氮肥总施用量的     

Circulation Research:研究揭示调控器官发育与再生的表观遗传差异机制

正国际杂志《Circulation Research》在线发表了北京大学分子医学所何爱彬研究组题为Divergent requirements for EZH1 in heart development versus regeneration的研究成果。研究揭示同一表观调控因子EZH1在心脏发育和再生过程中,产生不同的组蛋白修饰,导致截然不同的分子机制,调控发育与再生两个关联的生物学过程。该结果为心脏再生的临床治疗策略提供了新的     

表观“阅读器”BET蛋白家族对哺乳动物发育和iPSC重编程的调控

溴结构域和超末端结构域(bromodomain and extra-terminal, BET)蛋白家族作为表观“阅读器”,在哺乳动物发育过程中起着至关重要的作用。其家族内的各成员通过识别各种表观修饰并募集相应的功能复合物,对相关基因进行精密调控,促使早期胚胎向特定方向分化和发育。另外,随着诱导性多潜能干细胞(induced pluripotent stem cell, iPSC)重编程技术发展,越来越多的研究发现BET蛋白家族在体细胞重编程中可能也占据着核心地位。本文总结了BET蛋白家族在哺乳动物发育和iPSC重编程中的作用,并对BET家族调控重编程的新机制进行了展望。     

“杂交育种与诱变育种”的教学设计

在“杂交育种与诱变育种”一节教学中,以粮食问题为主题,以育种技术的发展历程为主线展开教学活动,通过创设情境、设置探究活动、分析资料,引导学生自主学习,合作探究,实现意义建构;体会育种技术在发展生产力、推动社会进步方面的巨大作用;认同育种技术的改进对解决粮食危机的重要性。     

H3K9me3修饰的两面性:克隆胚胎的“路障”与“路标”

<正>体细胞核移植(somatic cell nuclear transfer, SCNT)技术可以通过把已分化的体细胞核移入去核卵母细胞的方式,将供体细胞核重置为类似于胚胎的状态.然而,尽管SCNT已在动物保护、育种以及疾病研究和治疗等方面展现出广泛的应用前景,但是严重的胚胎发育缺陷和极低的出生率却阻碍了SCNT的进一步发展^[1～3].     

龙眼的成花逆转与“冲梢”调控

龙眼的成花逆转以部分开花和／或花序逆转两种类型出现,其逆转是以“冲梢”形成而发生的,“冲梢”导致龙眼“大小年”结果。文章就60年代以来龙其是近10来年龙眼花芽分化和成花逆转,与成花逆转有关的因素,以及成花转调控等方面的研究进展作介绍。     

“基因与性状的关系”单元教学中“表观遗传”一节教学设计

“表观遗传”一节是新课程标准、新教材增加的教学内容,对学生全面理解基因与性状间的复杂关系,丰富对遗传与进化观的认识,理解生物学概念的发展性具有重要作用。本文将“表观遗传”一节的教学定位于“基因与性状的关系”单元之中,通过设计一系列教学活动,落实本节的教学内容,达成单元教学目标。     

科技助力这朵菇香飘全国——记国家奖“香菇育种新技术的建立与新品种的选育”

<正>中国是香菇人工栽培的发源地,有着悠久的栽培历史。香菇以其优良的菌类蛋白对改善人民的膳食结构起到了重要作用。栽培香菇是我国很多地区农民脱贫致富的主要途径,香菇产业已经成为我国农业结构中一个重要的具有很强竞争力的支撑产业。传统的香菇栽培模式为段木栽培：适时砍伐适于种菇的树木,将其适当干燥后锯成段木,将人工培养的纯菌丝接种到段木上,然后将其集中堆放、适当遮阳、调温调湿、加强管理,     

水稻育种史 中国的骄傲——以人教版“从杂交育种到基因工程”为例

水稻育种起源于古代中国长江流域。进入20世纪以来,中国科学家进行的杂交育种、诱变育种为世界粮食增产作出了巨大贡献。21世纪新兴的转基因育种和多倍体育种也取得突破性进展。将堪称中国骄傲的水稻育种史,贯穿于人教版必修2第6章的遗传育种课堂教学中,既有完整的知识体系铺陈,也不乏价值认同的爱国主义教育资源。     

水稻籼粳亚种杂交“花时不遇”研究取得新突破——水稻花时调控基因DFOT1的克隆与利用

<正>自第二次绿色革命以来,随着杂种优势理论的不断完善和杂交水稻持续的推广利用,我国杂交水稻已占水稻总种植面积的50%以上,占水稻总产的60%以上.杂交水稻为解决我国粮食安全问题作出了巨大贡献[1].目前我国杂交稻主要是籼稻亚种内籼籼交品种(组合)为主,但同一亚种内遗传多样性不足,严重限制了杂交水稻产业的拓展空间和粮食总产突破.     

辨析生态伦理促进“知识与情感目标”的双重实现

概述了生态伦理并结合与之相关问题的辨析,提出了“生态知识与情感目标”双重实现的基本策略,同时,对教材中与生态学相关的伦理问题进行了具体的分析与归纳,以求教书育人,相得益彰.