Genetic variants and underlying mechanisms influencing variance heterogeneity in maize

Traditional genetic studies focus on identifying genetic variants associated with the mean difference in a quantitative trait. Because genetic variants also influence phenotypic variation via heterogeneity, we conducted a variance‐heterogeneity genome‐wide association study to examine the contribution of variance heterogeneity to oil‐related quantitative traits. We identified 79 unique variance‐controlling single nucleotide polymorphisms (vSNPs) from the sequences of 77 candidate variance‐heterogeneity genes for 21 oil‐related traits using the Levene test (P < 1.0 × 10^?5). About 30% of the candidate genes encode enzymes that work in lipid metabolic pathways, most of which define clear expression variance quantitative trait loci. Of the vSNPs specifically associated with the genetic variance heterogeneity of oil concentration, 89% can be explained by additional linked mean‐effects genetic variants. Furthermore, we demonstrated that gene × gene interactions play important roles in the formation of variance heterogeneity for fatty acid compositional traits. The interaction pattern was validated for one gene pair (GRMZM2G035341 and GRMZM2G152328) using yeast two‐hybrid and bimolecular fluorescent complementation analyses. Our findings have implications for uncovering the genetic basis of hidden additive genetic effects and epistatic interaction effects, and we indicate opportunities to stabilize efficient breeding and selection of high‐oil maize (Zea mays L.).     

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.     

肠膜明串珠菌蔗糖磷酸化酶的酶学表征及在催化合成α-熊果苷中的应用

将来源于肠膜明串珠菌Leuconostoc mesenteroides ATCC 12291的蔗糖磷酸化酶(Sucrose phosphorylase,SPase)基因进行密码子优化后将其插入到pET-28a中构建表达载体pET-28a-spase,诱导大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)/pET-28a-spase表达制得SPase粗酶液,将重组SPase纯化后进行酶学表征。结果表明,重组SPase的比酶活为213.98 U/mg,纯化倍数为1.47倍,酶活回收率达87.80%。该酶最适温度为45℃,最适pH为6.5,该酶对蔗糖的Km为128.8 mmol/L,Vmax为2.167μmol/(mL·min),kcat为39 237.86 min-1,利用重组SPase催化氢醌合成α-熊果苷,最优条件为:氢醌添加量为40 g/L,蔗糖/氢醌的摩尔比为5:1,重组SPase 250 U/mL。在25 mmol/L的吗啉乙磺酸(MES)缓冲液(pH 7.0)中,反应温度30℃,避光反应24 h后终止反应,再用500 U/mL的糖化酶40℃处理2.5 h。α-熊果苷产量达98 g/L,氢醌的转化率接近99%。综上所述,文中克隆并研究了重组SPase,并建立了其在α-熊果苷生产中的应用。     

广西百色盆地高岭坡遗址的地层及年代

广西百色盆地旧石器工业因含有众多的手斧且年代早到803 kaBP而闻名于世。盆地内发育有7级河流阶地,其中第IV级阶地发现有手斧和玻璃陨石。自从1973年第一个石器地点被发现,越来越多的遗址或地点被调查发现和发掘。以前研究认为,百色盆地旧石器只出自网纹红土层,年代均为803 kaBP。2013年以前,通常只在土状堆积的上部发掘,从来没有人对第IV级阶地的沉积物从地表到底部砾石层进行系统发掘,因此关于第IV级阶地的整体地层堆积情况及含石器层位很模糊。2013-2014年,广西文物保护与考古研究所会同田东县博物馆对百色盆地最重要的旧石器遗址之一——田东高岭坡遗址进行了系统的考古发掘。此次发掘从遗址的地表往下一直发掘到砾石层,揭露出厚度超过7m的完整地层序列,发现1处小型石器制造场和1处用火遗迹。在不同地层中发现石制品800多件,包括砍砸器、手镐、刮削器等。涵盖旧石器和新石器两个时代。根据地层对比和石制品的特征及测年结果,我们把旧石器时代文化遗存可分为3期：第一期的年代早于或等于803 kaBP,第二期为15 kaBP,第三期约为10 kaBP。     

石山苣苔属四种(含一变种)植物的染色体数目和倍性研究

石山苣苔属(苦苣苔科)约41种,主要分布于我国西南石灰岩地区。到目前为止,仅其中四种的染色体数目被研究和报道,其余绝大多数物种的染色体数目和倍性尚不清楚,染色体数目和倍性在该属及其姐妹属报春苣苔属中的演变历史及其对两属物种多样性分化的影响亦不清楚。该文以叶片水培生根法获取的四种(含一变种)石山苣苔属植物 [即石山苣苔原变种(Petrocodon dealbatus var. dealbatus)、齿缘石山苣苔(Petrocodon dealbatus var. denticulatus)、弄岗石山苣苔(Petrocodon longangensis)、石山苣苔未定名种(Petrocodon sp.)]的根尖细胞为材料开展染色体实验,探索了多种不同的实验条件对染色体制片效果的影响并获取染色体数目,在石山苣苔属和报春苣苔属的系统树上追踪了染色体数目和倍性的演变历史,同时探讨染色体数目尤其是倍性变化是否对两属物种多样性分化存在影响。结果表明:(1)长度为1～1.5 cm的根尖,0.002 mol·L^-1 8-羟基喹啉溶液预处理5 h,解离4 min为较适宜的染色体制备条件。(2)四种(含一变种)石山苣苔属植物染色体数目一致,均为二倍体(2n=2x=36)。(3)两属之间及两属各自的最近共同祖先染色体数目尚不能确定,除个别物种染色体条数或倍性有变化以外,其余已知染色体数目的物种均为2n=2x=36,在两属中高度一致,石山苣苔属与报春苣苔属物种多样性分化尤其两属物种多样性巨大差异与染色体数目和基因组倍性变化无关。综上结果为石山苣苔属植物及其近缘类群染色体制备提供了参考,也为进一步对该类群的分类、系统演化和物种形成等方面的研究提供了基础数据和启示。     

分子标记在濒危物种保护中的应用

分子标记可揭示种群遗传和进化信息, 为制定濒危物种保护措施、指导恢复实践提供重要依据。本文主要介绍了分子标记在濒危物种保护过程不同环节中的应用, 包括: (1)正确识别保护单元, 如排除隐存种和杂交种的影响; (2)确定优先保护单元, 包括优先保护区域、优先保护物种、优先保护种群等; (3)指导迁地保护; (4)对保护工作的动态监测和评估。文章最后探讨了分子标记应用于保护的发展方向, 如开展长期的种群遗传组成监测、切实应用于保护管理实践、将基因组学等遗传信息用于全球变化背景下保护策略的制定等, 期望为分子标记技术在生物多样性保护的研究和实践中提供参考。     

基于功能性状的水杉原生母树种群生境适应策略

植物的功能性状变异和表型可塑性是其应对异质生境的主要机制, 对植物的生长和分布有重要贡献。本文以湖北星斗山国家级自然保护区的水杉(Metasequoia glyptostroboides)原生母树为研究对象, 分析了母树种群功能性状对树木形态、地形因子及人为干扰的响应机制。结果表明: 水杉原生母树叶面积、叶干重和比叶面积的变异幅度大, 可塑性较强, 而枝和叶的干物质含量稳定性最高。人为干扰和4个地形因子均对每个功能性状变异方差有5%-20%的解释度, 冠幅对枝、叶干物质含量的变异方差有高达38%和76%的解释度。5个功能性状主要受海拔、坡位和人为干扰影响, 其中, 比叶面积对环境因子和干扰的响应规律不明显, 叶面积和叶干重在强烈人为干扰的环境中普遍增大, 枝和叶的干物质含量对坡向的变化最敏感。总之, 水杉原生母树种群通过功能性状变异对环境能产生一定的可塑性响应, 但人为干扰对母树生长影响较大, 建议人工辅助更新, 并适度减少农业和建筑对现存母树的影响。     

外来红树植物拉关木对乡土种桐花树和正红树的化感作用研究

为了探究外来红树植物拉关木对乡土红树植物的化感作用,该研究观察了不同浓度(0.1、0.3、0.5g·mL~(-1))的拉关木根、叶水浸提液对乡土红树植物桐花树和正红树的胚轴(种子)萌发、幼苗生长及叶片抗氧化酶活性的影响。结果表明:(1)拉关木水浸提液对桐花树种子的成苗率、萌发指数和根长均存在抑制作用,其中对根长的抑制作用随水浸提液浓度的提高而增强。(2)根水浸提液对桐花树幼苗的根长、苗高、生物量等生长指标的影响总体上均表现为低浓度促进,高浓度抑制。(3)拉关木水浸提液对正红树胚轴的萌发率、萌发指数、生长指标均表现为促进作用,且根水浸提液0.1、0.3 g·mL~(-1)处理组的芽长以及根、叶水浸提液0.1、0.3 g·mL~(-1)处理组的生物量显著大于对照组;拉关木水浸提液对正红树幼苗的生物量也表现为促进作用。(4)抗性生理方面,随着拉关木水浸提液浓度的升高,桐花树和正红树幼苗SOD活性降低,正红树幼苗POD活性在根水浸提液0.3 g·mL~(-1)和叶水浸提液0.1 g·mL~(-1)处理组显著高于对照组。以上结果表明,不同乡土植物对拉关木化感作用的敏感性不同,拉关木水浸提液抑制了桐花树的生长,而对正红树的生长则表现出一定程度的促进作用。