A biotechnology‐based male‐sterility system for hybrid seed production in tomato

Incorporating male sterility into hybrid seed production reduces its cost and ensures high varietal purity. Despite these advantages, male‐sterile lines have not been widely used to produce tomato (Solanum lycopersicum) hybrid seeds. We describe the development of a biotechnology‐based breeding platform that utilized genic male sterility to produce hybrid seeds. In this platform, we generated a novel male‐sterile tomato line by clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR)/CRISPR‐associated protein 9 (Cas9)‐mediated mutagenesis of a stamen‐specific gene SlSTR1 and devised a transgenic maintainer by transforming male‐sterile plants with a fertility‐restoration gene linked to a seedling‐colour gene. Offspring of crosses between a hemizygous maintainer and the homozygous male‐sterile plant segregated into 50% non‐transgenic male‐sterile plants and 50% male‐fertile maintainer plants, which could be easily distinguished by seedling colour. This system has great practical potential for hybrid seed breeding and production as it overcomes the problems intrinsic to other male‐sterility systems and can be easily adapted for a range of tomato cultivars and diverse vegetable crops.     

Mapping and characterization of major QTL for spike traits in common wheat

Physiology and Molecular Biology of Plants - The spike traits of wheat can directly affect yield. F2 and F2:3 lines derived from the cross of the multi-spikelet female 10-A and the uni-spikelet...     

右归丸对大鼠膝骨关节炎的干预作用及其机制*

目的: 探讨右归丸对膝骨关节炎(KOA)模型鼠关节软骨组织骨诱导因子(OGN)、骨黏连蛋白(ON)和纤维蛋白原2(FBN2)的影响。方法: 将大鼠随机分为假手术组,模型组,硫酸氨基葡萄糖组(硫酸氨基葡萄糖),右归丸(高、中、低剂量)组,每组10只。采用改良Hulth法制备大鼠KOA模型,假手术组和模型组给予等体积生理盐水灌胃,右归丸高、中、低剂量组分别灌胃给予右归丸4.8,2.4,1.2 g/kg,硫酸氨基葡萄糖组灌胃给予硫酸氨基葡萄糖 0.17 g/kg,连续给药8周。干预结束24 h后取鼠膝关节软骨,采用HE染色法观察各组软骨的病理改变,并进行Mankin评分;免疫组化法检测各组关节软骨组织中OGN、ON和FBN2的表达;Western blot法检测各组关节软骨组中糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)的表达。结果: 与假手术组比较,模型组大鼠软骨组织Makin 评分显著升高,软骨组织FBN2蛋白表达水平上显著增加,OGN、ON和GSK-3β蛋白表达水平上的显著降低(P＜0.01);模型组关节软骨边缘严重破坏,软骨细胞排列紊乱。与模型组比较,右归丸高剂量干预组大鼠软骨组织Makin 评分和FBN2蛋白表达水平显著降低,GSK-3β蛋白表达水平上显著增加,且右归丸中、高剂量组OGN、ON蛋白表达水平均显著增加(P＜0.05或P＜0.01),软骨结构趋于正常,软骨细胞分布仅偶见不均,关节软骨表面欠光滑。结论: 右归丸能够延缓关节软骨退变,其可能机制是通过提高骨诱导因子和骨粘连蛋白的表达水平来促进关节软骨的骨化和重构。     

物种分布模型在大型真菌红色名录评估及保护中的应用: 以冬虫夏草为例

我国大型真菌资源丰富, 由于受气候变化和人类活动等的影响, 近年来很多物种受到不同程度的威胁, 亟待保护。红色名录评估是物种保护的第一步, 为有效保护我国大型真菌多样性, 2016年生态环境部和中国科学院联合启动中国大型真菌红色名录评估项目。合理的评估依赖于完善的物种地理分布、种群数量规模及其动态变化信息。大型真菌评估信息较少, 需要引入新的方法解决评估信息不足的问题。冬虫夏草(Ophiocordyceps sinensis)是一种重要的食药用菌, 具有较高的经济价值, 受到全世界的广泛关注, 评估信息相对充足, 此次被评为易危物种。利用物种分布模型对冬虫夏草未来分布区变化的预测在评估过程中发挥了重要作用。为了将物种分布模型分析方法引入大型真菌的受威胁等级评估, 本文以此前我们利用物种分布模型预测冬虫夏草的潜在分布区及其对气候变化响应的研究为例, 介绍了应用物种分布模型预测大型真菌的潜在分布区、未来气候变化情景下分布区变化趋势的方法和流程, 以及在应用中可能存在的问题和解决方案。通过本文的分析, 我们认为物种分布模型在大型真菌的红色名录评估和保护中具有重要的应用潜力, 值得推广应用。     

中国植被分类系统修订方案

为了推动《中国植被志》研编工作, 该文回顾了中国植被分类系统的发展过程和主要阶段性成果, 提出了作为《中国植被志》研编技术框架组成部分的中国植被分类系统修订方案, 对各植被型组及各植被型进行了简单定义和描述, 并针对中国植被分类系统若干问题, 特别就中国植被分类系统总体框架、混交林的界定以及土壤在植被分类中的重要性等问题进行了讨论。1960年侯学煜在《中国的植被》中首次提出了中国植被分类的原则和系统, 1980年出版的《中国植被》制定了分类等级和划分依据等更加完善的系统, 之后《中国植被及其地理格局——中华人民共和国1:1 000 000植被图说明书》和《中国植物区系与植被地理》以及很多省区的植被专著对该系统进行过修订。2017年宋永昌在《植被生态学》中提出了一个分类等级单位调整的方案。本次提出的中国植被分类系统修订方案基本沿用《中国植被》的植被分类原则、分类单位及系统, 采用“植物群落学-生态学”分类原则, 主要以植物群落特征及其与环境的关系作为分类依据, 包含三级主要分类单位, 即植被型(高级单位)、群系(中级单位)和群丛(低级单位); 在三个主要分类单位之上分别增加辅助单位植被型组、群系组和群丛组, 在植被型和群系之下主要根据群落的生态差异和实际需要可再增加植被亚型或亚群系。修订方案包含了森林、灌丛、草本植被(草地)、荒漠、高山冻原与稀疏植被、沼泽与水生植被(湿地)、农业植被、城市植被和无植被地段9个植被型组, 划分为48个植被型(含30个自然植被型、12个农业植被型、5个城市植被型和无植被地段)。自然植被中有23个植被型进一步划分出了81个植被亚型。     

苦苣苔科凹柱苣苔属在越南的发现及水晶凹柱苣苔的补充描述

中越边境喀斯特地区有着异乎寻常的植物多样性,已经成为全球生物多样性研究和保护的热点区域,近年来在该区发现了多个苦苣苔科植物的新种或新属。凹柱苣苔属是2010年才被建立的新属,该属的花与叶相比,花较大,叶相对较小,叶片边缘稍外卷,花序仅单花,柱头盘状或凹坑状,蒴果长椭球形而有别于苦苣苔科的其他属。凹柱苣苔属为喀斯特专性植物,目前仅包括分布于黔西南的凹柱苣苔和分布于滇东南的水晶凹柱苣苔两个物种。作者在开展中越边境喀斯特地区植物多样性调查时,在越南北部的河江省发现了水晶凹柱苣苔,基于该新发现居群的植物标本,对其进行了补充描述,确认其花期为11月—12月,并对该物种濒危状况进行了重新评估,同时提供了野外生态照片以资辨认。目前,越南已记录苦苣苔科植物32属150余种,凹柱苣苔属在越南北部的发现,不仅丰富了该国苦苣苔科植物的多样性,再一次充分证明了中越边境喀斯特地区是一个完整的植物区系地理单元,而且为稀有的水晶凹柱苣苔提供了更加丰富的野外本底资料,对其将来的深入研究和保护具有重要的生物地理学和保护生物学意义。     

地涌金莲MlCCD8b基因的克隆与表达分析

该研究以地涌金莲(黄色苞片型YN01和红色苞片型RD05)为材料,采用RACE技术克隆获得地涌金莲CCD8b基因的cDNA全长,进行氨基酸序列比对及系统进化树构建,并采用实时荧光定量PCR技术检测MlCCD8b基因在不同地涌金莲类型和不同组织中的表达模式。结果表明：(1)序列分析显示,MlCCD8b的ORF全长1 671 bp,编码556个氨基酸,存在1个类胡萝卜素加氧酶家族的典型保守结构域RPE65,推测其相对分子量为61 574.26 Da,等电点6.61,亚细胞定位于叶绿体基质中的类囊体上,所编码的MlCCD8b蛋白为亲水性蛋白。(2)同源对比分析及构建系统进化树发现,地涌金莲MlCCD8b蛋白与小果野蕉亚种、凤梨等单子叶植物的CCD8b蛋白遗传关系最近。(3)荧光定量PCR检测结果表明,MlCCD8b在吸芽数量多的黄色苞片型YN01的所有组织中均有表达,而在吸芽数量少的红色苞片型RD05中,其苞片内未能检测到MlCCD8b的表达,但其他组织中皆有表达;MlCCD8b在2种类型地涌金莲中呈现一致的组织表达特异性,即在花序轴中的表达量最高,其次是吸芽芽点、根尖和叶片,在苞片中的表达量最低或不表达。(4)2种类型地涌金莲同一组织部位比较结果显示,RD05的花序轴、吸芽芽点、根尖和叶片中的MlCCD8b相对表达量分别是YN01的4.47、4.67、2.09和1.10倍。(5)利用高效液相色谱 串联质谱法测得RD05根尖部位的5 脱氧独脚金醇含量是YN01的15.57倍,与MlCCD8b在根尖的表达趋势一致。研究认为,MlCCD8b基因可能通过调控独角金内酯的合成,促进或抑制地涌金莲吸芽的萌生。该研究结果可为MlCCD8b基因的生物学功能研究提供依据,并为今后通过分子辅助育种调控MlCCD8b的表达,从而控制地涌金莲吸芽数量提供理论支持。     

软枣猕猴桃控制授粉对果实和种子的影响

为了研究软枣猕猴桃授粉规律,以11年生软枣猕猴桃紫果3号为试验材料,设置剪留花柱数量为0、2、5、8、11、14、17和23(全留对照组)共8个处理。人工授粉,收获后调查测定其单果重、坐果率、果型指数、果实可溶性固形物含量和果实内含种子数量。结果表明:随着授粉柱头数的增加,单果重等主要指标相应增加;当授粉柱头数增至为8时,其果型指数和果实可溶性固形物含量与对照全留柱头23相比差异不明显;当授粉柱头数增至为11时,其单果重、坐果率和果实内含种子数量与对照全留柱头23相比差异不明显。据此软枣猕猴桃充分授粉的数量级指标为11,当授粉柱头数小于11时,产量降低、品质下降;当授粉柱头大于11时,浪费花粉。生产上可利用猕猴桃精准充分授粉技术,节约使用花粉或减少果园雄株数量,以提高生产效率。     

Alleviation of Cadmium Toxicity to <i>Medicago Truncatula</i> by AMF Involves the Changes of Cd Speciation in Rhizosphere Soil and Subcellular Distribution

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) can improve plant tolerance to several abiotic stresses, including heavy metals, drought or salinity exposure. However, the role of AMF in alleviation of soil cadmium (Cd)-induced toxicity to plants is still largely unknown. In this study, Cd speciation in soil and subcellular distribution of Cd were used to characterize the roles of application AM fungi in the alleviation of Cd toxicity in alfalfa plants. Our results showed that the addition of Glomus mosseae in Cd contaminated soil (10 mg/Kg) significantly increased soil pH, cation exchange capacity (CEC) and organic matter in rhizosphere soil with Medicago truncatula L., and then account for significantly decreased contents of exchangeable and carbonate-bounded Cd speciation in rhizosphere soil, indicating alleviation of plant toxicity by reduction of bioavailable fractions of Cd. Although there is no significant difference found in Cd accumulation by roots and shoots respectively between Cd and AM-Cd treatments, more portion of Cd was recorded compartmentalization in cell wall fraction of both root and shoot in treatment of Cd with AM application, indicating alleviation of Cd toxicity to plant cell. Herein, application of AM fungi in Cd treatments performed to inhibit the appearance of Cd toxicity symptoms, including the improvement of leaf electrolyte leakage, root elongation, seedling growth and biomass. This information provides a clearer understanding of detoxification strategy of AM fungi on Cd behavior with development and stabilization of soil structure and subcellular distribution of plant.     

Transient silencing of VvCSN5 enhances powdery mildew resistance in grapevine (Vitis vinifera)

As one of the most economically important fruit crops in the world, the grapevine (Vitis vinifera) suffers significant yield losses from various pathogens including powdery mildew caused by Erysiphe necator. In contrast, several wild Chinese grapevines, including Vitis pseudoreticulata accession Baihe-35-1, are highly resistant to powdery mildew pathogens. Here, we identified a grapevine gene CSN5 (COP9 signalosome complex subunit 5), designated VvCSN5, that was differentially expressed between the resistant ‘Baihe-35-1’ and susceptible ‘Thompson Seedless’ during powdery mildew isolate Erysiphe necator NAFU1 infection. Moreover, transient silencing of VvCSN5 in ‘Thompson Seedless’ leaves enhanced resistance to En NAFU1. This resistance manifested in cell wall callose deposition at attempted infection sites and hypersensitive response-like cell death of penetrated epidermal cells. Several defense-related marker genes (VvPR1, VvPR3, VvPAD4, and VvRBOHD) had higher basal expression levels in VvCSN5-silenced leaves. In addition, we found the structure and activity of CSN5 promoters in ‘Thompson Seedless’ and ‘Baihe-35-1’ were different, which may have been behind their different resistances to powdery mildew infection. Taken together, these results implied that grapevine CSN5 plays an important role in the response to powdery mildew infection.