作物分枝的分子调控研究进展

分枝的数量及角度是决定作物株型的重要农艺性状。有效分枝数决定着作物的穗数或荚果数,进而决定着作物的产量;而分枝角度与光合效率、种植密度和抗病性密切相关,不仅影响作物的产量,也会影响作物的品质。由于分枝在作物生产中具有十分重要的作用,吸引了越来越多的研究者的注意,多个与分枝性状相关的关键基因被鉴定,分枝数目调控的分子机制研究取得了重要进展。过去的研究表明作物分枝受严格的遗传调控,同时也受环境条件的影响。综述了与作物分枝性状相关的基因克隆、表达、功能和分子调控机理方面的研究进展,以及环境因素对分枝的影响,探讨分枝调控在作物品种改良中的应用。     

琉璃苣BoD6D载体的构建及转化

运用植物基因工程手段构建琉璃苣BoD6D转化载体,为提高油料作物油份中γ-亚麻酸含量奠定基础。以琉璃苣基因组DNA为模板克隆BoD6D,构建酵母表达载体并转化酿酒酵母,对酵母进行诱导表达,提取脂肪酸后进行甲酯化反应,利用气相色谱分析脂肪酸含量;同时构建植物双元表达载体,经农杆菌介导通过蘸花法转化拟南芥,最后对转基因拟南芥通过抗性筛选及PCR进行鉴定。结果表明,BoD6D编码区不含有内含子,可以直接用于后续的功能研究;成功构建了酿酒酵母表达载体pYES2-BoD6D,气相色谱检测结果表明BoD6D在酵母中能够成功的将亚油酸催化生成γ-亚麻酸;成功构建了植物双元表达载体pBI121-BoD6D,卡那霉素抗性筛选和PCR鉴定结果表明已经成功获得BoD6D的拟南芥转化植株。通过以琉璃苣基因组DNA为模板比较方便的获得有功能的BoD6D用于转基因植物研究。     

基于MSPA和MCR模型的秦岭(陕西段)山地生态网络构建

快速的城市化发展破坏了生境斑块的连通性,而在应对此环境变化中,从斑块层构建区域生态网络的研究不足。本研究以秦岭(陕西段)为对象,采用形态学空间格局分析(MSPA)辨别生态源地,利用最小阻力模型(MCR)提取潜在生态廊道,构建秦岭生态网络;基于重力模型对生态网络内部斑块的重要性进行分级,并分析了网络的结构特征及景观构成。结果表明: 秦岭(陕西段)生态网络由10个生态源地、45条潜在生态廊道和38个脚踏石构成,生态源地总面积29686.15 km²;网络闭合度(0.11)、线点率(1.18)、网络连接度(0.42)、成本比(0.99)综合表明,网络结构中潜在生态廊道和生态节点的连通性较好,而源地间的连通程度低,构建网络的成本较高;重要生态廊道主要由林地、草地、耕地等景观类型构成,其中,林地面积最大,为571.00 km²,约占廊道总面积的89.2%,景观结构良好;在生态网络中应加强保护生态源地,优先建立并保护重要生态廊道和生态节点。研究结果可为秦岭生态环境保护与高质量发展提供科学的参考和依据。     

基于地形梯度的黄河流域中段植被覆盖时空分异特征——以延安市为例

植被恢复是黄河流域生态保护和高质量发展的关键,深入研究植被的时空分异特征具有重要的现实意义。本研究以4期Landsat TM/OLI为遥感数据源,采用像元二分模型估算植被覆盖度,运用转移矩阵、地学信息图谱和重心迁移模型分析1988—2018年黄河流域中段延安市植被覆盖的时空演变特征;并结合地形数据,利用地形分布指数分析高程、坡度上植被覆盖的空间响应规律。结果表明: 研究期间,延安市植被覆盖呈北低南高的空间分布特征,植被覆盖受政策影响而大幅增高;1988—2018年,延安市植被变化模式以持续向好和稳定不变为主导,有50%的区域植被覆盖情况改善,83%的高植被覆盖区域保持稳定。在各高程和坡度等级上,高植被覆盖的分布优势度随时间变化而增大;在各坡度等级上,植被增加百分比和植被稳定性随坡度增加而增大。延安不同等级植被覆盖的迁移方向与植被覆盖整体的迁移趋势基本一致,总体向北偏西转移。延安植被建设已取得显著成效,但北部植被覆盖状况仍待提高,优化植被类型和结构是未来植被建设的重要方向。     

DNA宏条形码技术在食草动物食性研究中的应用

随着测序技术的快速发展,整合DNA条形码和高通量测序的DNA宏条形码技术已经成为当前研究热点之一,在食草动物的食性鉴定中有很大潜力。放牧动物食性研究是动物营养学和草地生态学领域的重要研究内容。而与传统食性研究方法相比,宏条形码技术可通过对植物DNA条形码的高通量测序,获得样本中的物种组成进而分析动物食性。介绍了传统食性分析手段的局限,重点综述了DNA宏条形码技术的产生、操作原理以及在食草类动物食性鉴定领域中的应用,同时还简述了可能存在的挑战,并对该技术今后的发展方向进行了展望。     

美国白蛾丝素蛋白基因的鉴定、时空表达及取食不同寄主植物后的表达响应

美国白蛾Hyphantria cunea Drury被列为我国林业检疫性害虫,其l～4龄幼虫具有吐丝结网幕的习性.为探究丝素蛋白基因的表达特性,本研究利用PCR技术克隆了美国白蛾的HcP25(Genbank登录号:OL625670)、HcFib-H(Genbank登录号:OL625672)、HcFib-L(Genbank登录号:OL625671)3条丝素蛋白基因,并进行生物信息学分析;利用RT-qPCR技术检测美国白蛾3条丝素蛋白基因的表达特性.结果表明:3条丝素蛋白基因序列比对均与车前灯蛾Arctia plantaginis丝素蛋白一致性最高,系统进化分析显示丝素蛋白HcP25、HcFib-H、HcFib-L在鳞翅目不同科之间在出现较大的分化.RT-qPCR试验结果显示HcP25、HcFib-H、HcFib-L 3基因相对表达量与网幕产生高峰期(1龄、2龄)相一致.3种丝素蛋白均在丝腺中特异性高水平表达,在头部及脂肪体中有少量表达.美国白蛾幼虫取食不同寄主植物后,3种丝素蛋白基因呈现不同的表达规律;取食杨树Populus L.处理组中HcP25与HcFib-H基因相对表达量极显著高于取食其它寄主处理,而取食山樱花Cerasus serrulata var.lannesiana和日本晚樱Cerasus serrulata处理组中HcFib-L基因表达量最高.研究结果为进一步探究丝素蛋白介导的美国白蛾对不同寄主的适应机制及其扩散机制奠定基础,也为开发美国白蛾防治新方法提供了潜在的基因靶标.     

缅甸稻飞虱的发生和防控情况(英文)

稻飞虱是缅甸水稻种植区常见且分布广泛的一类害虫,可造成农作物不同程度的减产.稻飞虱的爆发与高产品种的大规模推广种植具有一致性,同时其种群变化也与天气条件有关.近年来,缅甸中部部分省份稻飞虱大量孳生,在一定程度上,这与氮肥施用水平有关.雨季稻飞虱种群增加,7月和8月为高峰期.在缅甸,主要通过培育抗虫、抗旱、抗逆等水稻品种来防控稻飞虱.同时用诱虫灯进行早期入侵的虫源的监测,必要时,采用化学杀虫剂防治.缅甸部分农场还采用了病虫害综合管理系统(IPM),以建立健康、安全、可调节的水稻生态系统及可持续的病虫害管理.     

利用基因组改组技术提高短杆菌素产量及其培养条件优化*

短杆菌素是一种广谱抗菌肽,对细菌和真菌均有较好的抑制作用,具有潜在的抗生素替代价值。通过对侧孢短芽孢杆菌fmb70进行紫外诱变、亚硝基胍诱变、常压室温等离子体诱变,获得3株短杆菌素产量提高的诱变菌株。随后以诱变菌株为亲本进行两轮基因组改组,获得融合子F₂-24,其短杆菌素产量为(340.5±16.35) μg/mL,是野生菌株fmb70短杆菌素产量的1.92倍。融合子传代5代后,该菌株短杆菌素产量无明显差异,说明菌株稳定性良好。最后对该菌株产短杆菌素的培养基和发酵条件进行优化,优化后的培养基为:4%蔗糖、2%牛肉膏、0.5%氯化镁,发酵温度30℃、培养24 h、培养基初始pH6.0。优化后的短杆菌素产量可达(442.45±9.58)μg/mL,是初始培养条件的2.50倍。     

利用CRISPR-Cas9技术失活黑曲霉中果胶酶基因及突变株性能评价*

我国果胶酶制剂使用广泛但专一性不高,高效、专一的果胶酶制剂在市场上仍然匮乏。利用基因工程技术改造果胶酶生产菌株——黑曲霉来生产单一成分的果胶酶成为解决果胶酶应用需求的一种有效方案。构建一种高效的CRISPR-Cas9基因编辑技术,可为构建高产单一性果胶酶的黑曲霉底盘菌株提供有效的基因编辑工具。首先敲除产果胶酶黑曲霉基因组上的pyrG基因构建尿嘧啶营养缺陷型菌株AnΔpyrG,并在AnΔpyrG菌株的pyrG基因位点定点整合Cas9基因表达盒和pyrG基因表达盒,构建组成型表达Cas9基因的黑曲霉菌株AnCas9,再构建含有gpdA启动子、锤头结构核酶、HDV核酶的稳定性表达sgRNA的pLM2-sgRNA质粒,建立CRISPR-Cas9基因编辑体系。利用该技术失活AnCas9菌株中的2个聚半乳糖醛酸酶基因4978020和4983861来检测构建的CRISPR-Cas9基因编辑效率并检测4978020基因功能缺失菌株的表型变化和产酶变化,结果表明果胶酶基因编辑效率大于50%,AnΔ4978020的表型和果胶酶酶活性与出发菌株均无明显变化。在黑曲霉中成功构建了高效的Cas9基因编辑技术,4978020基因功能缺失也不影响菌株表型,为构建高产单一性果胶酶黑曲霉底盘菌株奠定基础。     

酵母杂交系统在CRISPR/Cas9基因编辑系统脱靶率研究中的应用*

目的:为提高CRISPR/Cas9(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9)靶向性奠定基础,同时证明酵母杂交系统在研究CRISPR/Cas9脱靶效应中的应用价值。方法:以实验室前期构建成功的activase基因编辑水稻株为研究对象,先采用T7核酸内切酶Ⅰ法初步预测30株基因编辑水稻株的脱靶率。随后以酵母杂交系统进一步预测脱靶率以及研究sgRNA结构对脱靶率的影响。首先,将activase靶向基因的标准sgRNA(standard sgRNA)和短sgRNA(truncated sgRNA)分别克隆至CRISPR/Cas9系统表达载体pDW3769中,构建对应的重组载体pHZ2和pHZ4,转化至YPH499酵母单倍体形成重组酵母YpHZ2和YpHZ4;其次,根据脱靶位点预测选择7组脱靶序列A、B、C、D、E、F、G以及靶向序列,分别克隆至包含报告基因mCherry的高拷贝载体pDW3133和低拷贝载体pDW3134,构建相应的高拷贝重组载体pHZ5、pHZ7、pHZ9、pHZ11、pHZ13、pHZ15、pHZ17和pHZ19,以及对应的低拷贝重组载体pHZ6、pHZ8、pHZ10、pHZ12、pHZ14、pHZ16、pHZ18和pHZ20,转化至YPH500酵母单倍体,构建重组酵母YpHZ5-20。随后,重组酵母YpHZ2和YpHZ4与重组酵母YpHZ5-20分别杂交,挑取双倍体酵母菌落,在不同的时间段下检测荧光数值,根据荧光值定量预测脱靶率。结果:酵母培养144~192 h时荧光最为显著,脱靶序列sgRNA与靶向基因sgRNA同源性越高,越易造成脱靶,但短sgRNA较标准sgRNA脱靶率低。根据水稻植株的脱靶检测显示脱靶率约20%,基于酵母杂交的检测结果显示脱靶率为20%~28%。结论:酵母细胞进入稳定期时荧光值最为显著,且与载体的拷贝数量成正比。sgRNA序列以及长短结构可影响CRISPR/Cas9的基因靶向性。两种方法的脱靶率预测结果相当,表明酵母杂交系统在评价CRISPR/Cas9系统的脱靶率以及研究脱靶影响因素中具有良好的应用价值。