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[前沿资讯 ] 科研人员基于月季基因组和遗传学分析提出“皮刺储水”功能新假说 进入全文
昆明植物研究所
皮刺是指植物表皮或皮层形成的尖锐突起，通常被认为是植物的防卫适应组织，保护植物免受动物、病原体或机械伤害。许多蔷薇科、豆科和芸香科等植物的茎杆、叶子和果实上都有皮刺，但幼嫩或发育早期的皮刺功能尚未得到揭示。 月季花（China Rose）为蔷薇科（Rosaceae）蔷薇属（Rosa）植物，一般指月季（Rosa chinensis）。月季原产我国，但其皮刺发育的遗传机制及其生态学意义未得到明确解析。近期，中国科学院昆明植物所植物分子遗传与适应研究团队与中国西南野生生物种质资源库和云南省农业科学院团队合作，以中国古老月季‘无刺光叶蔷薇’（R. wichuraiana ‘Basye’s Thornless’，BT）和‘月月粉’（R. chinensis ‘Old Blush’，OB）及其杂交F1和回交BC1F1世代遗传群体等为试材，综合利用比较基因组学、分子遗传学和演化生物学等方法手段解析了月季皮刺遗传调控机制，并提出发育早期的皮刺具储水功能的假设。 科研人员首先利用扫描电镜技术比较了BT和OB皮刺发育早期过程，发现BT皮刺缺失可能是皮刺发育的起始能力出现异常。基于BT x OB的F1和BC1F1世代群体开展了连续两年的表型分析，发现月季皮刺密度遗传受四个遗传位点不完全显性控制。基于团队前期构建的高密度遗传群体（Li等2018）定位到两个基因座（QTL），并极大缩小了前人研究定位到的QTL区间至约2.2Mb。为更深入理解月季皮刺发育的遗传调控机制，科研人员构建了二倍体BT染色体水平高质量参考基因组。该基因组大小约为530.6 Mb；遗传图比对、BUSCO分析、二代reads回贴、与单倍体OB基因组比较、单碱基水平正确率分析和LTR组装指数（LAI=20.03，达到了golden reference水平）等方法均确认了BT基因组的高准确性。BT基因组包含32,674个蛋白质编码基因；BT基因组中Copia类型LTR占43.4％，是已知植物基因组中Copia/Gypsy比最高的物种之一。 接下来，科研人员对BT和OB进行了比较基因组分析。研究发现，BT和OB各自拥有特异扩张和收缩的基因家族，其中NAC和FAR1/FRS家族基因的特异扩张可能与BT材料抗黑斑病和开花时枝条直立生长转型相关（Zhong等2021）。BT和OB可能的皮刺发育起始基因调控网络成分比较保守。皮刺控制QTL1区间发生显著纯化选择，且该区间内差异表达的基因中富集与水分储存和运输相关的基因，如水通道蛋白编码基因PIP2s等。相对于有刺的OB，无刺BT中正调控因子GIS和TTG1表达显著下调，而负调控因子TRY表达显著上调；QTL区间中的RwMYB27-like、RwTT2-like等基因表达与OB相比显著差异。皮刺发育关键下游基因TTG2的表达在BT和OB间也出现显著分化，即皮刺发育基因调控网络中的一些重要因子表达变化引起TTG2转录水平（的时空）变异可能决定了月季皮刺的有无。 此外，QTL1区间中两个PIP2基因表达和结构在BT和OB间出现明显分化，意味着皮刺密度可能与水分适应有关。为进一步探究该假设，科研人员对41个基因型的月季开展了一系列生理测试。当年生的枝条皮刺相对于表皮和叶片更能富集水分，且该富集程度在幼嫩的皮刺中更高；而较老的枝条中皮刺的水分含量则显著下降；该现象不仅在现代栽培品系和中国古老月季种质中出现，还在野生蔷薇等材料中保持一致。因此，研究团队提出幼嫩皮刺很可能具有储水功能的假设。尽管还需要更多遗传学证据，这一假设完善了皮刺生物学功能研究链条：即幼嫩皮刺以储水为主，而成熟皮刺以防卫和防失水等功能为主。 科研人员系统研究了无刺BT和有刺OB间的重要遗传分化，探究了月季皮刺遗传调控机制，揭示出基因表达变异可能是皮刺表型分化的基础，提出了皮刺发育早期的生理学功能假设，构建了重要遗传和基因组资源。该研究促进了对月季皮刺发育遗传机理的解析，有利于月季生物学的发展和新种质的培育，并为更好理解植物新性状产生与维持机制提供了新视角。 相关研究成果以A genomic link in China roses: and they all lived prickly but water deficient ever after?为题，在线发表在National Science Review上。研究工作得到中科院战略性先导科技专项（B类）等的支持。昆明植物所研究员胡金勇、李德铢和云南省农科院研究员唐开学为论文共同通讯作者，昆明植物所博士仲米财为论文第一作者。
[前沿资讯 ] 烟草所等揭示转录因子调控烟草耐盐性响应机制 进入全文
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近日，中国农业科学院烟草研究所烟草遗传育种创新团队与国内研究单位联合攻关，发现转录因子bHLH123可通过激活NtRbohE基因的表达提高烟草耐盐性。这一新机制的发现，为了解烟草和其他作物抵御盐胁迫提供了新的线索。相关结果在线发表在《植物生理（Plant Physiology）》上。 据王元英研究员介绍，植物中Rboh基因表达后产生的活性氧（ROS）是植物逆境反应的重要调节因子。ROS在植物响应逆境胁迫过程中起到双重作用，一方面作为有毒物质引起氧化损伤，另一方面作为信号分子介导大量的生物过程。然而，人们对于植物如何通过Rboh来源的ROS信号途径来适应盐胁迫知之甚少。 该研究首次鉴定到一个bHLH转录因子NtbHLH123参与调控盐胁迫下NtRbohE基因的表达。NtbHLH123能够正向调控烟草的耐盐性，且在调控植物响应盐胁迫中起到双重作用。一方面，在盐胁迫处理早期激活NtRbohE的表达，促进ROS的产生；另一方面，在盐胁迫处理后期可以部分正向调控抗氧化酶介导的ROS清除系统，提高烟草的耐盐性。遗传分析结果表明NtbHLH123对烟草耐盐性的调控依赖于NtbHLH123-NtRbohE信号转导途径。该研究揭示了转录因子NtbHLH123在烟草响应盐胁迫的过程中起到分子开关的作用，调控依赖于Rboh的ROS产生机制，为研究烟草和其他作物抵御盐胁迫提供了新的线索。 该研究得到了中国农业科学院科技创新工程等项目的资助。
[前沿资讯 ] 刘耀光院士团队开发新一代高效、广靶向的植物胞嘧啶单碱基编辑器PhieCBEs 进入全文
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近日，我校生命科学学院、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室、岭南现代农业科学与技术广东省实验室刘耀光院士研究团队在国际著名学术期刊《Molecular Plant》（IF2019=12.084，生物学一区）在线发表了题为“PhieCBEs: Plant High-efficiency Cytidine Base Editors with Expanded Target Range”的研究论文（论文链接地址：https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.11.001）。该研究开发了一套新型、高效、广靶向的植物胞嘧啶单碱基编辑器，为植物功能基因组学研究和作物遗传改良提供了一种有效策略。 基于CRISPR/Cas系统开发的胞嘧啶碱基编辑器（CBE）和腺嘌呤碱基编辑器（ABE）不需要供体模板及不造成双链DNA断裂的条件下分别实现C-T（G-A）或A-G（T-C）的碱基替换。但是早期版本的CBE系统，例如：BE1、BE2、BE3和BE4在植物细胞中的编辑效率较低（平均大约0～30%），且来自大鼠rAPOBEC1胞嘧啶脱氨酶本身对靶点序列环境的偏好性，更易于编辑TC、CC位点（下划线为被编辑碱基），而几乎不编辑GC，因此编辑效果极不稳定。另外，目前大多数CBE系统基于识别NGG-PAM的Cas9n变体，它限制了基因组靶点的选择自由度。这些因素限制了CBE系统在植物中的广泛应用。因此，开发更加高效、操作简便的植物CBE系统，对促进基因功能研究、加快农作物遗传改良进程具有重要作用与现实意义。 此前，哈佛大学David R. Liu研究团队利用噬菌体辅助连续进化系统（PACE）获得了多个进化型的胞嘧啶脱氨酶，其中evorAPOBEC1，evoFERNY和evoCDA1具有较高的效率，并利用它们开发了适用于哺乳动物细胞的无靶序列的偏好性的高效CBE系统 （evoBE4max）。然而，仍然不清楚基于这些进化型脱氨酶和Cas9n-NG变体（识别更广泛靶点选择的NG-PAM）的CBE系统是否在植物中可以高效地发挥作用。 刘耀光院士团队根据水稻密码子偏好性重新优化evorAPOCBEC1、evoFERNY、evoCDA1和hA3A的核酸序列，并将它们与Cas9n-NG变体融合（其中evoCDA1还与一种新的eCas9n-NG变体融合），以及利用高效核定位信号bpNLS，开发了一套植物胞嘧啶单碱基编辑器PhieCBEs（PevorAC1-NG、PevoFERNY-NG、PevoCDA1-NG、PhA3A-max-NG和PevoCDA1-eNG），并分别测试了水稻的9个靶点（含有NG-PAM或NGG-PAM）的编辑效率等特性。结果显示，PhieCBEs和一种BE4对照rAC1-NG相比，其平均编辑效率提高了3~8倍 ，消除了碱基序列环境的偏好性，且展现不同的编辑窗口和较低的T-DNA自靶向编辑效率。其中， PevoFERNY-NG表现最突出，在NG-PAM和NGG-PAM靶点都有较高的编辑效率（40.6~82.7%，平均62.6%），主要编辑窗口为C3~C8，以及产生较少的非C-T的副产物（2.9%）和较低的T-DNA自靶向突变效率（6.9%）。 该新型、高效、广靶向的植物PhieCBEs编辑系统的建立，为水稻和其他植物（作物）的单碱基编辑提供了更为有效实用的工具，有望在基因功能筛选、大规模饱和突变、编辑调控元件、RNA可变剪接等研究中有广泛应用。 博士后曾栋昌和研究生刘涛利为该论文的共同第一作者，刘耀光院士和祝钦泷青年教授为共同通讯作者。该研究获得广东省基础与应用基础研究重大项目、国家自然科学基金项目和广东特支计划科技创新青年拔尖人才专项的资助。（文/图 生命科学学院）
[学术文献 ] Accession difference in leaf photosynthesis, root hydraulic conductance and gene expression of root aquaporins under salt stress in barley seedlings 进入全文
Plant Production Science
Soil salinity causes considerable losses of crop productivity. Barley (Hordeum vulgare) is one of the most salt-tolerant Gramineae crops. Previously, we found that net photosynthetic rate (A n) was kept remarkably higher in the salt-tolerant barley accession OUE812 than in the salt-sensitive accession OUC613 after heading under salt stress due to the low level of salt accumulation in leaves. Here we grew seedlings in Hoagland solution with 100 mM NaCl (salt treatment) or without added NaCl (control), and compared A n, stomatal conductance (g s), salt accumulation in leaves, root hydraulic conductance and gene expression of root aquaporins between the accessions under salt stress for a few days. A n, g s and root hydraulic conductance of the plants with salt treatment decreased significantly in OUC613 compared to OUE812 with no accession difference in salt accumulation in leaves at 2 days after the onset of treatment (DAT). The reduction in root hydraulic conductance in OUC613 was caused by the reduction of the root hydraulic conductivity (Lp r). Salt treatment also decreased the transcript levels of some plasma membrane intrinsic aquaporin genes (HvPIPs) in OUC613 and, on the contrary, increased those of some HvPIPs in OUE812, resulting in a large difference between OUC613 and OUE812 in the transcript levels at 2 DAT. The accession difference in HvPIPs expression and thus Lp r was closely associated with the accession difference in A n and g s under the short-term salt stress.
[相关专利 ] 与番茄雄性不育突变位点ms-32共分离的分 子标记、特异性引物及其应用 进入全文
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本发明属于农业生物技术工程和蔬菜遗传育种领域，具体涉及与番茄雄性不育突变位点ms?32共分离的分子标记及其应用。所述的分子标记为可以检测ms?32位点中SNP的dCAPS分子标记MS32D。本发明可以替代传统的通过在开花期选择雄性不育植株以确保番茄育种材料含有雄性不育突变位点ms?32的方法。利用本发明的分子标记可以在苗期辅助选择含有ms?32突变位点的纯合植株和杂合植株，从而缩短育种周期、提高育种效率。
[相关专利 ] 盐地碱蓬RAV基因及包括该基因的重组载体 进入全文
佰腾网
本发明公开了一种盐地碱蓬RAV基因及包括该基因的重组载体，盐地碱蓬RAV基因，是SEQ?ID?No.1所示的核苷酸序列。盐地碱蓬RAV基因编码的蛋白质，是SEQ?ID?No.2所示的氨基酸序列。含盐地碱蓬RAV基因的重组载体含有盐地碱蓬RAV基因。含盐地碱蓬RAV基因的宿主细胞，是将含盐地碱蓬RAV基因的重组载体导入到农杆菌菌株中，得到转化宿主细胞。盐地碱蓬RAV基因增强杨树或拟南芥耐盐性能的用途。实验证明，含盐地碱蓬RAV基因增强杨树或拟南芥耐盐的功能得到了明显的提升。
