芸薹属植物比较基因组学研究进展

芸薹属(Brassica)植物是双子叶植物比较基因组学研究的重点对象。经过十几年的研究, 芸薹属植物比较基因组学研究已取得很大进展。宏观共线性和微观共线性两个层次的研究均发现, 芸薹属植物之间以及芸薹属和拟南芥之间都存在广泛的共线性, 表明拟南芥信息在芸薹属中具有重要应用价值。芸薹属作物基因组内存在着多个拷贝的共线性区域, 支持二倍体芸薹属作物起源于多倍体祖先的假设。     

芸薹属植物比较基因组学研究进展

芸薹（Brassica）植物是双子叶植物比较基因组学研究的重点对象。经过十几年的研究,芸薹属植物比较基因组学研究已取得很大进膜。宏观共线性和微观共线性两个层次的研究均发现,芸薹属植物之间以及芸薹属和拟南芥之间都存在广泛的共线性,表明拟南芥信息在芸薹属中具有重要应用价值。芸薹属作物基因组内存在着多个拷贝的共线性区域,支持二倍体芸薹属作物起源于多倍体祖先的假设。     

芸薹属植物基因组学研究进展

芸薹属是十字花科植物300多个属中最为重要的一个属,是我国栽培面积最大的蔬菜作物。拟南芥和芸薹属在十字花科中两者的亲缘关系最近,通过它们之间的比较作图,两者之间的共线性被大量发现。模式植物拟南芥全基因组测序已经完成,这为芸薹属作物的基因组研究提供了便利条件。芸薹属作物的功能基因组学能够进一步明确不同发育时期基因的功能,为解释芸薹属的进化提供基因证据。就芸薹属植物在比较基因组学、功能基因组学最新进展,特别是芸薹属与模式植物拟南芥在基因组之间的相互关系进行了综述。     

转Bt基因抗虫作物培育现状及Bt蛋白的改造和聚合策略的利用

Bt基因是目前世界上应用最为广泛的抗虫基因,已经被转入多种作物中。其中,棉花、玉米、马铃薯等转Bt基因抗虫作物已经商品化生产,创造了可观的经济效益。结合作者的资料收集和研究结果,综述了Bt基因以及转Bt基因抗虫作物的培育现状,同时对提高Bt蛋白杀虫活力的方法和Bt基因聚合策略的利用进行了深入的探讨。     

十字花科多肽激素类基因RALF的同源基因克隆及进化分析

多肽激素类基因是对植物生长发育起重要作用的一类基因,RALF是其中的重要一员,而十字花科在中国蔬菜作物中是重要的一大类群。为了摸清十字花科多种蔬菜作物的RALF同源基因信息,该文根据前期研究从油菜中扩增到的多肽激素类基因RALFbn的序列设计引物,从提取的十字花科芸薹属、萝卜属、蔊菜属、山芥属的7份重要蔬菜作物的基因组DNA中分别克隆到了RALF的同源序列。结果表明:7种蔬菜作物的RALF同源基因编码区均在300 bp左右,且无内含子,编码的蛋白质由79个氨基酸组成,说明RALF在十字花科4个属内的保守性较强;对RALF同源基因在十字花科4个属中的表达分析表明,该类基因在根、茎、叶、花序轴等营养器官中不表达或弱表达,但主要在生殖器官中表达,其中在总花蕾和开放花中的表达量普遍高于嫩角果中的表达量,表明该类基因在十字花科中的生理活跃期是花发育时期。同时,构建了十字花科4个属中RALF同源基因的系统树,芸薹属的油菜、甘蓝和芥蓝形成一个分支,而茎瘤芥和分蘖芥形成另外一个分支,且与萝卜属、山芥属、蔊菜属的材料聚在一支,该基因的进化途径在一定程度上也反映出这几种作物的遗传背景关系。该研究结果丰富了RALF家族信息,增添了十字花科植物的分子进化数据。     

转基因抗除草剂油菜对近缘作物的基因漂移

以转基因抗除草剂油菜 Q3和 HCN- 19为花粉供体材料 ,油菜近缘作物为花粉受体材料 ,在自然授粉条件下研究甘蓝型油菜与芸薹属近缘作物间的基因漂移频率。结果表明 ,油菜对芸薹属 6个种甘蓝、黑芥、埃芥、芥菜型油菜、白菜型油菜和甘蓝型油菜的基因漂移率分别为 0、0 .0 2 4 %～ 0 .2 4 3%、 0 .0 2 8%～ 0 .0 92 %、 0 .10 9%～ 0 .95 1%、 0 .4 79%～ 0 .879%、 1.2 5 2 %～2 .191%。且基因漂移频率受多种因素影响 ,其中与杂交亲和性、花期同步率、种植面积等高度相关。通过花粉将抗除草剂基因漂移给近缘作物 ,油菜是需要特别关注的作物     

芸薹属作物的遗传转化

本文论述了用于芸薹作物转化的各种受体组织的优缺点,转化筛选标记,转化方法的特点以及转化的基因在转基因芸薹作物农艺性状改良中所发挥的作用,在此基础上,综述了芸薹属作物遗传转化的研究成果与进展。     

绿豆抗豆象研究进展

绿豆象是豇豆属食用豆类作物重要的仓储害虫,严重影响其产量和品质。选育和利用抗虫品种是防治豆象最有效的途径。本文就绿豆抗豆象基因资源的发掘与利用及抗豆象特性的遗传机理与分离规律进行了总结与分析,对抗豆象的生化基础研究和分子标记进行了综述,探讨了抗豆象育种的重要性及尚需解决的问题,提出进行不同抗源的基因等位性鉴定、高效地利用抗源、培育多价抗豆象绿豆品种的重要性。     

基因编辑领域专家访谈：谷峰教授——记首个基因编辑安全证书获批

《生物工程学报》:我国首个基因编辑生物安全证书落地,您认为有什么意义?对其他作物育种、食品动物(畜禽)育种、微生物育种和疾病生物治疗是否也有促进作用?谷峰:基因编辑生物安全证书的落地,首先标志着政府层面对基因编辑技术的认可。这个重大进展可喜可贺!这次批准的作物品种是大豆,我认为也将极大地促进其他作物的分子育种。同时,其对动物/微生物分子育种也有参考和促进作用。农业学科应用的数据将对其在医学领域的应用有一定的参考和借鉴作用。     

作物抗虫种质资源的研究与应用

农业害虫给农作物产量和品质造成了重大经济损失,利用农作物抗虫特性,选育和种植抗虫品种是防治虫害最经济、有效的措施。抗虫种质资源是进行农作物抗虫育种的基础。目前,作物抗虫资源的研究涉及抗虫材料的收集、鉴定、评价、保存、利用以及抗虫种质资源创新等方面,对农作物抗虫基因的发掘与应用、抗虫品种的培育产生了积极促进作用。     

转Bt基因抗虫作物对非靶标害虫的影响

转基因作物的长期大面积种植, 在为农业生产带来惠益的同时, 对农业生态系统的健康和稳定可能会产生潜在的影响。转基因作物表达的Bt蛋白对靶标害虫起到较好的控制效果, 而对Bt蛋白不敏感的非靶标害虫种群可能会迅速发展起来, 对作物造成为害。随着抗虫转基因作物的连续多年种植, 科学家们对于田间杀虫剂施用量的增减看法不尽一致。通过总结已有的研究报道, 本文以Bt玉米和Bt棉花为例, 分析了大田中非靶标害虫暴发的现状, 以及暴发的主要原因(如杀虫剂的使用、害虫天敌减少和物种替代)。在生产实践中, 抗虫作物的长期大面积释放导致广谱杀虫剂施用量减少, 田间非靶标害虫数量上升。因此今后需要继续开展更多的研究来综合评估种植转Bt基因作物产生的长期潜在影响, 优化害虫防治措施, 避免非靶标害虫暴发。     

Risk assessment and ecological effects of transgenic Bacillus thuringiensis crops on non-target organisms

The application of recombinant DNA technology has resulted in many insect-resistant varieties by genetic engineering (GE). Crops expressing Cry toxins derived from Bacillus thuringiensis (Bt) have been planted worldwide, and are an effective tool for pest control. However, one ecological concern regarding the potential effects of insect-resistant GE plants on non-target organisms (NTOs) has been continually debated. In the present study, we briefly summarize the data regarding the development and commercial use of transgenic Bt varieties, elaborate on the procedure and methods for assessing the non-target effects of insect-resistant GE plants, and synthetically analyze the related research results, mostly those published between 2005 and 2010. A mass of laboratory and field studies have shown that the currently available Bt crops have no direct detrimental effects on NTOs due to their narrow spectrum of activity, and Bt crops are increasing the abundance of some beneficial insects and improving the natural control of specific pests. The use of Bt crops, such as Bt maize and Bt cotton, results in significant reductions of insecticide application and clear benefits on the environment and farmer health. Consequently, Bt crops can be a useful component of integrated pest management systems to protect the crop from targeted pests.     

转基因抗虫水稻对生物多样性的影响

水稻是我国最重要的粮食作物,然而虫害造成的产量损失每年高达一千万吨以上。研究表明,转基因抗虫水稻对二化螟、三化螟和稻纵卷叶螟等水稻主要鳞翅目害虫具有高抗性,可以大幅度减少化学杀虫剂的使用。在不使用农药的情况下,在抗虫转基因水稻田中的害虫密度大幅度减少的同时,可以显著地增加中性昆虫及捕食性天敌数量和种类,显示出稻田生态系统和生物多样性的向良性发展的趋势。转基因水稻花粉向非转基因水稻品种的基因飘流实验表明,随着栽种距离的增大而显著减小,到间隔6.2 m时基因飘流频率已低于0.01%。转基因抗虫水稻的应用,对于保障我国粮食安全,保持农业可持续发展,保护生物多样性和生态环境尤其是在大幅度减少农药使用量方面具有重要意义。文章综述了转基因抗虫水稻研制进展及其对生物多样性的影响,并对农作物害虫防治的未来研究方向和发展趋势进行展望,以期为转基因抗虫水稻更好的应用提供借鉴。     

基于微生物源的抗虫基因发掘

植物转基因抗虫技术在害虫控制方面取得了巨大成功。商业化运用的抗虫基因目前全部来源于苏云金杆菌（Bacillus thuringiensis,Bt）的杀虫晶体蛋白基因,存在抗虫谱较窄及害虫逐渐产生抗性等问题,表明新型抗虫基因的筛选尤为重要。已有的文献研究表明,除了继续发掘Bt来源的新型杀虫蛋白基因以外,非Bt杀虫细菌及杀虫真菌也具有重要的发掘价值。     

Fees or refuges: which is better for the sustainable management of insect resistance to transgenic Bt corn?

The evolution of resistance in insect pests will imperil the efficiency of transgenic insect-resistant crops. The currently advised strategy to delay resistance evolution is to plant non-toxic crops (refuges) in close proximity to plants engineered to express the toxic protein of the bacterium Bacillus thuringiensis (Bt). We seek answers to the question of how to induce growers to plant non-toxic crops. A first strategy, applied in the United States, is to require Bt growers to plant non-Bt refuges and control their compliance with requirements. We suggest that an alternative strategy is to make Bt seed more expensive by instituting a user fee, and we compare both strategies by integrating economic processes into a spatially explicit, population genetics model. Our results indicate that although both strategies may allow the sustainable management of the common pool of Bt-susceptibility alleles in pest populations, for the European corn borer (Ostrinia nubilalis) one of the most serious pests in the US corn belt, the fee strategy is less efficient than refuge requirements.     

褐飞虱致害性变异机制研究进展

褐飞虱Nilaparvata lugens Stal是危害水稻Oryza sativa L.的毁灭性害虫。种植抗虫水稻品种可以控制褐飞虱危害,技术手段绿色、经济且可持续。但是,褐飞虱致害性变异速度快且程度高,常导致抗虫水稻品种使用年限缩短。目前,针对褐飞虱致害性个体表型及分子标记、产生原因与机制、功能基因研究等已开展了大量研究。本文围绕褐飞虱致害性变异产生的遗传基础、分子标记、变异的主动机制和被动机制等方面进行综述,并对该领域未来方向进行展望。为更好地利用抗虫品种控制虫害,做好害虫的致害性监测及制定防治策略提供参考。     

Insect-resistant transgenic plants in a multi-trophic context

So far, genetic engineering of plants in the context of insect pest control has involved insertion of genes that code for toxins, and may be characterized as the incorporation of biopesticides into classical plant breeding. In the context of pesticide usage in pest control, natural enemies of herbivores have received increasing attention, because carnivorous arthropods are an important component of insect pest control. However, in plant breeding programmes, natural enemies of herbivores have largely been ignored, although there are many examples that show that plant breeding affects the effectiveness of biological control. Negative influences of modified plant characteristics on carnivorous arthropods may induce population growth of new, even more harmful pest species that had no pest status prior to the pesticide treatment. Sustainable pest management will only be possible when negative effects on non-target, beneficial arthropods are minimized. In this review, we summarize the effects of insect-resistant crops and insect-resistant transgenic crops, especially Bt crops, from a food web perspective. As food web components, we distinguish target herbivores, non-target herbivores, pollinators, parasitoids and predators. Below-ground organisms such as Collembola, nematodes and earthworms should also be included in risk assessment studies, but have received little attention. The toxins produced in Bt plants retain their toxicity when bound to the soil, so accumulation of these toxins is likely to occur. Earthworms ingest the bound toxins but are not affected by them. However, earthworms may function as intermediaries through which the toxins are passed on to other trophic levels. In studies where effects of insect-resistant (Bt) plants on natural enemies were considered, positive, negative and no effects have been found. So far, most studies have concentrated on natural enemies of target herbivores. However, Bt toxins are structurally rearranged when they bind to midgut receptors, so that they are likely to lose their toxicity inside target herbivores. What happens to the toxins in non-target herbivores, and whether these herbivores may act as intermediaries through which the toxins may be passed on to the natural enemies, remains to be studied.