害虫对农作物的危害严重威胁全球粮食安全，为满足日益增长的全球粮食需求，迫切需要安全有效的害虫绿色防控技术。RNAi技术（RNA interference）又叫RNA干扰技术，是一种转录后调控基因沉默的分子生物学技术，其原理是基于由19-25对核苷酸组成的小分子双链RNA与目标靶基因mRNA结合并引发mRNA降解，从而导致靶基因沉默。目前RNAi技术已被广泛应用于农作物害虫治理，在针对马铃薯靶标害虫方面，主要研究集中在防控鞘翅目、半翅目、鳞翅目害虫。2023年12月22 日，世界上首款RNAi生物农药正式批准商业化，用于防控抗药性日益严重、国际公认的马铃薯重要毁灭性检疫害虫马铃薯甲虫，是世界上首款被允许在农作物上商业使用的可喷洒RNA生物农药，对马铃薯害虫的绿色防控具有划时代的里程碑意义。基于RNAi技术的产品被用于农业害虫防控的同时，仍需考虑其抗药性、脱靶效应和对环境安全的潜在风险。本文以RNAi技术在马铃薯害虫防控应用的可行性、RNAi技术在马铃薯害虫防控中的应用以及潜在的风险等方面进行了综述，以期阐述RNAi技术在马铃薯害虫防控中的应用现状与前景，为RNAi技术纳入防控马铃薯害虫综合治理体系提供理论参考。

【目的】木薯（Manihot esculenta Crantz）中含有潜在毒性的生氰糖苷，其食用安全性受到影响且导致加工成本增加。因此，利用生物技术开展低生氰糖苷木薯的培育具有重要意义。【方法】利用CRISPR/Cas9技术对木薯醇氰酶基因MeHNL进行了编辑。该基因编码催化生氰糖苷分解的α-羟基腈裂解酶，编辑靶点位于第1个外显子上，通过农杆菌介导的稳定转化获得了27株阳性植株。【结果】测序分析显示，其中26个株系被编辑，编辑效率高达96.3%。编辑类型主要包括碱基的插入和缺失，少数为碱基替换和大片段缺失。氰化物检测试剂盒染色和HPLC测定分析表明，编辑株系中的氢氰酸和生氰糖苷含量均显著降低。与非编辑植株相比，编辑植株的叶片细长，暗示了MeHNL可能对木薯的生长发育产生影响。【结论】利用CRISPR/Cas9技术获得了低氰化物的木薯种质，为开展生氰糖苷代谢影响木薯生长发育的研究提供了材料。

【目的】镁离子转运蛋白（magnesium transporters, MGT）是重要的镁离子运输体，通过分析木薯MeMGT家族基因的基本信息及所编码蛋白质的物理化学特性，为进一步研究其功能提供指导。【方法】通过同源序列比对，从木薯基因组数据库中筛选出13个MeMGTs基因，分别将其命名为MeMGT2;1-MeMGT10;2。运用生物信息学方法对这些基因进行染色体定位分析、保守序列功能预测和系统发育树分析，并对所编码的蛋白质理化性质和结构功能进行预测。【结果】染色体定位分析显示13个MeMGTs基因分布在8条染色体上，基因的外显子数量在4-13个之间。组织表达模式分析表明MeMGTs基因在不同发育阶段表达水平不同，其中MeMGT4;2主要在须根和储藏根中表达，推测该基因可能主要在根的发育过程中发挥作用；MeMGT7主要在木薯叶片、中脉及茎中表达，推测其可能主要在镁离子的长距离运输过程中发挥作用。顺式作用元件预测结果显示MeMGTs基因的启动子序列中含有大量光响应和激素响应元件，暗示其受多种因子调控。分析木薯与部分模式植物MGT基因家族的系统发育树，发现这些蛋白被分为5类。蛋白序列特征分析显示MeMGTs蛋白均为亲水性蛋白，具有2个跨膜结构和保守的镁转运蛋白三肽基序Gly-Met-Asn（GMN），且不含信号肽。蛋白磷酸化分析表明MeMGTs基因家族具有丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸磷酸化位点，该基因家族的蛋白可能通过这些位点发挥作用。【结论】MeMGTs基因表达受光、激素、干旱和低温响应等多种元件调控，可能在木薯的生长发育和逆境胁迫中发挥用。

【目的】基因编辑技术的发展使得马铃薯实现精准分子育种成为了可能，试管薯作为遗传转化的理想材料，但其诱导和转化具有基因型依赖性，建立高效且普遍适用的试管薯基因编辑技术体系可为其精准分子育种提供技术支撑。【方法】以四倍体栽培马铃薯品种青薯9号和并薯6号为材料，对试管薯诱导及其遗传转化体系进行摸索；同时，转化CRISPR/Cas9基因编辑载体进行基因组编辑。另外，利用筛选的条件对其他3个马铃薯品种进行测试。【结果】全黑暗条件下，采用2叶/段的扩繁方式，在含有10%蔗糖和5 mg/L激动素的培养基上，5个马铃薯品种均可成功诱导出试管薯，但诱导效果存在差异。青薯9号的最佳分化激素配方为0.5 mg/L 6-苄氨基腺嘌呤、0.2 mg/L 吲哚-3-乙酸、0.2 mg/L赤霉素、2 mg/L玉米素，再生效率、转化频率和基因编辑效率分别为41.5%、51.9%和82.1%。利用上述筛选的激素配方，在其他4个四倍体马铃薯品种中均可高效地实现试管薯的遗传转化再生，其中并薯6号、Desiree和晋薯16号的编辑效率分别为63.2%、33.3%和10%。【结论】建立了5个不同基因型四倍体马铃薯高效的试管薯遗传转化再生体系，其中的4份材料成功地实现了基因组编辑。

【目的】探究马铃薯中OsDREB1C同源基因StDREBs在低氮环境下的表达特性，以评估其是否具备提高马铃薯氮利用效率的潜力，为后续基因功能验证及作物改良提供理论依据。【方法】通过同源克隆获得OsDREB1C在马铃薯（Solanum tuberosum L.）中的同源基因，发现马铃薯中共有4个OsDREB1C的同源基因，对其进行生物信息学、亚细胞定位、低氮条件下的表达量分析。【结果】马铃薯中的StDREBs蛋白含有AP2保守结构域，蛋白产物均定位在细胞核中；StDREBs基因在根、茎、叶中均表达，在根中具有较高的表达量，在茎中其次，在叶片中的相对表达量最低。缺氮处理下，不同组织中的StDREBs基因表达量随着处理时间增加而上升，其中1/10 N处理18 h时，StDREBs基因的表达量达到峰值，表明StDREBs在马铃薯中参与对低氮环境的响应。【结论】马铃薯中OsDREB1C同源基因（StDREBs）在马铃薯低氮胁迫响应中起关键作用。

【目的】水通道蛋白（Aquaporins，AQPs）在植物非生物胁迫下的植物生长发育、水分运输和应激反应等生理过程中至关重要，本研究旨在揭示马铃薯StAQP家族的特性及功能。【方法】对马铃薯StAQP基因家族进行全基因组鉴定，利用生物信息学手段对基因结构、保守基序、顺式作用元件、染色体定位以及基因共线性等进行分析，并结合转录组数据以及RT-qPCR对基因表达模式进行验证。【结果】马铃薯StAQP基因家族的44个成员分布在PIP、TIP、NIP、SIP和XIP五个亚族中，相同亚族的家族成员的基因结构和保守基序基本一致，同时马铃薯AQP家族成员大多数分布在质膜上；马铃薯StAQP家族成员中含有大量和光反应以及胁迫响应有关的顺式作用元件；共线性结果表明，马铃薯AQP家族与拟南芥、烟草、番茄和辣椒4个物种的AQP家族之间存在大量同源基因对；转录组和RT-qPCR验证结果表明，马铃薯StAQP家族成员在干旱胁迫和盐胁迫下高度表达，不同家族成员表达存在差异，同时相同基因在不同胁迫下的表达情况也存在差异，其中StAQP7、StAQP28和StAQP31这3个基因是StAQP家族响应非生物胁迫的关键基因。【结论】StAQPs基因在马铃薯的生长发育和非生物胁迫响应中发挥重要作用。

【目的】丝氨酸乙酰转移酶（SAT）是硫同化为半胱氨酸（cysteine, Cys）的关键酶，参与植物多种生物过程，特别是在植物响应非生物胁迫中发挥着重要作用。但关于马铃薯SAT基因家族（StSAT）的分析尚未见报道。系统鉴定了马铃薯SAT基因家族，为深入了解StSAT基因家族的特征，进一步分析它们在马铃薯抵御非生物胁迫中的功能提供了理论依据。【方法】利用HMM 对马铃薯SAT基因家族进行鉴定，并对其染色体分布、基因结构、蛋白保守基序及物种间的共线性进行分析。利用PGSC下载的RNA-seq数据分析双单倍体（doubled-monoploid, DM）马铃薯中StSATs在不同组织部位、非生物胁迫和外源激素处理下的表达模式。通过qPCR（quantitative real-time PCR）分析四倍体马铃薯中StSATs在NaCl和PEG处理（0、1、3和24 h）下的相对表达水平。【结果】在马铃薯中鉴定出4个StSATs，它们分布在4条染色体上。根据系统发育特征，将4个StSATs分在3个亚族中。共线性分析发现，StSATs与拟南芥（Arabidopsis thaliana）、番茄（Solanum lycopersicum）、甘蓝（Brassica oleracea）、水稻（Oryza sativa）和玉米（Zea mays）中分别有4对、4对、2对、1对和1对直系同源基因。通过表达分析发现，四倍体马铃薯中4个StSATs随着NaCl和PEG处理时间的延长，其表达量显著升高（与0 h相比），很可能参与马铃薯对盐和渗透胁迫的响应。【结论】StSAT基因家族成员在马铃薯响应盐和渗透胁迫中发挥着重要作用。

【目的】山梨糖醇脱氢酶（SDH）在调控蔷薇科植物果糖和山梨醇转化中起重要作用，也参与植物对逆境的应答过程，木薯SDH功能的研究可以为培育优质木薯种质提供理论基础。【方法】以‘SC124’的cDNA为模板克隆木薯SDH基因，并利用实时荧光定量PCR分析木薯SDH基因的组织特异性及其对干旱、低温、PEG和ABA的响应模式。通过筛选木薯干旱和低温混合的酵母cDNA文库，并利用Y2H点对点及其双分子荧光互补（BiFC）实验确认与目标蛋白的关系。【结果】木薯SDH基因CDS全长1 092 bp，编码364个氨基酸，与数据库中的序列无差异。MeSDH蛋白含有催化锌结合位点, NADP结合位点，结构锌结合位点，属于MDR超家族。烟草叶片表皮细胞瞬时表达显示MeSDH蛋白定位于细胞核。MeSDH基因的表达量在功能叶、幼嫩叶、须根和茎中依次降低。MeSDH基因受干旱、低温和PEG胁迫诱导在木薯叶片上调表达，在ABA处理后的木薯叶片和根系中都显著上调表达。文库筛选、Y2H点对点和BiFC实验证实MeH1.2与MeSDH互作。【结论】MeSDH基因可以响应多种胁迫上调表达，并可能在蛋白水平和MeH1.2共同作用。

【目的】乙烯响应因子（ethylene responsive factor，ERF）是一类重要的转录因子，参与调控植物花青素的生物合成。筛选可能参与调控马铃薯块茎花青素合成的StERFs基因，为开展彩色马铃薯花青素相关StERFs基因功能研究奠定基础。【方法】利用生物信息学方法对其理化性质、亚细胞定位、保守基序、进化关系、蛋白质二级结构、启动子顺式作用元件及蛋白互作关系进行分析，同时采用RT-qPCR方法对不同颜色马铃薯薯肉中StERFs进行表达模式分析。【结果】基于不同颜色马铃薯块茎的转录组表达谱，获得7个差异表达ERF转录因子。7个StERFs属于亲水性蛋白，均预测定位于细胞核。Motif 1（RWLG）和Motif 2（YRG）是7个StERFs中共同的保守基序，属于AP2的结构域特征序列。StERFs基因启动子序列含有响应激素作用元件，以及响应防御与胁迫、低温和光照等的顺式作用元件。7个StERFs在紫色薯肉中表达量显著高于黄色薯肉，其中StERF72和StERF110与已知的花青素相关ERFs（IbERF71和PyERF3）亲缘关系较近，且7个StERFs与56个转录因子存在蛋白互作关系。【结论】7个StERFs基因可能参与调控马铃薯块茎中花青素的合成，其中StERF72和StERF110可作为候选基因进一步验证其功能。

【目的】1，4-二氢氧-2-石脑-CoA合成酶（1,4-dihydroxy-2-naphthoyl-CoA synthase，DHNS）基因是茄科植物糖苷生物碱合成代谢的潜在重要基因，开展马铃薯DHNS基因功能研究与验证，为低糖苷生物碱马铃薯品种（系）的选育提供基因和材料来源。【方法】利用RACE方法克隆得到马铃薯野生种恰柯薯（Solanum chacoense）ScDHNS基因，对其进行生物信息学分析和亚细胞定位，通过构建过表达载体pBWA（V）HS-DHNS转化马铃薯栽培种进行功能验证。【结果】ScDHNS cDNA序列开放阅读框1 023 bp，编码340个氨基酸，分子量为37.34 kD，等电点pI为8.592，具有典型的ECH保守结构域，属于烯酰水合酶超家族成员，在二穗短柄草（Brachypodium distachyon）、蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）等植物基因组中都有其同源基因，且存在基因扩张和收缩事件。过表达ScDHNS基因后发现转化株ScDHNS和SGT1基因表达量显著上调，且表达量显著高于马铃薯WT植株。且对应转化植株的总糖苷生物碱含量显著高于马铃薯WT植株，最高可达到364.3 mg/kg，是对照的2.4倍。亚细胞定位结果显示ScDHNS定位于过氧化物酶体。【结论】马铃薯ScDHNS基因可能参与调控糖苷生物碱合成关键基因SGT1的表达，通过β-氧化途径和甲羟戊酸通路协同影响糖苷生物碱的合成，该基因与糖苷生物碱在亚细胞水平上的区室化有重要关系，对于培育低糖苷生物碱的马铃薯品种（系）具有重要的应用价值。

【目的】葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PDH）在植物响应非生物胁迫中发挥重要作用，鉴定马铃薯中G6PDH基因家族，并分析其在损伤块茎的表达模式，为深入研究马铃薯G6PDH基因在损伤胁迫中的作用提供参考。【方法】利用生物信息学对马铃薯G6PDH基因家族进行鉴定，并对该基因家族成员编码蛋白的染色体分布、蛋白理化性质和二级结构、进化关系、基因结构、保守基序和启动子顺式作用元件，以及在不同器官和损伤块茎中的表达模式进行分析。【结果】在马铃薯基因组中共鉴定到4个StG6PDHs家族成员，分别分布在4条染色体上，命名为StG6PDH1-StG6PDH4。根据亚细胞定位和系统进化分析，StG6PDH1、StG6PDH3和StG6PDH4位于叶绿体，属于质体型；StG6PDH2位于细胞质，属于胞质型。马铃薯G6PDH蛋白的氨基酸个数介于511-596 aa，分子量为58.48-66.65 kD，等电点为5.83-8.57，不稳定系数为39.79-47.53。蛋白二级结构以α-螺旋和无规则卷曲占比最多，β-转角最少。此外，StG6PDHs启动子含大量植物激素、光和胁迫响应元件。4个StG6PDHs在马铃薯根、茎、叶和块茎均有表达，且在叶片中的表达高于其他组织。StG6PDHs各成员共同参与马铃薯块茎对损伤胁迫的响应，其中，StG6PDH1、StG6PDH2和StG6PDH3在块茎损伤后36 h内上调表达，StG6PDH4在损伤后下调表达。【结论】在马铃薯中共鉴定出4个StG6PDHs基因家族成员，不均匀地分布于4条染色体上，其中，1个为胞质型，3个为质体型。StG6PDHs启动子区有光、激素和胁迫响应元件。损伤块茎中StG6PDHs的表达具有差异性，各成员协同调控了马铃薯块茎对损伤胁迫的应答。

【目的】马铃薯因采后贮藏、运输及货架摆放等因素，容易造成块茎“绿变”，导致块茎中SGAs大量累积，而HY5是植物中光信号的重要传递因子，研究其在块茎变绿中的作用，为马铃薯采后环节因光照导致的龙葵素积累提供分子基础。【方法】通过基因表达分析、转录组分析、靶向代谢物分析、亚细胞定位、酵母单杂交、双荧光素酶等试验，阐明StHY5在光照后块茎变绿中的作用。【结果】StHY5在薯皮和薯肉中均有表达，但表达模式不同；绿变处理后，薯肉中StHY5的表达水平和SGAs含量的变化一致，与此同时，龙葵素合成基因StSGT1/GAME1和StGAME4表达显著上调；酵母单杂交试验和双荧光素酶试验证明，StHY5可以直接结合StSGT1/GAME1和StGAME4的启动子并激活其表达。【结论】在马铃薯绿变过程中，StHY5通过直接上调StSGT1/GAME1和StGAME4的表达，从而促进SGAs的积累。

【目的】传统马铃薯花粉活力检测方法依靠肉眼计数，存在效率低、准确性差等问题。本研究基于PaddlePaddle深度学习框架，通过比较不同模型，提出一种快速检测花粉活力的方法。【方法】首先收集花粉，使用2,3,5-氯化三苯基四氮唑（2,3,5-triphenyltetrazolium chloride，TTC）染色，通过显微镜拍照获取图像；利用Photoshop（PS）进行数据标注，分别标注有活力花粉和所有花粉，并将标签图转为单通道图像；选用SegFormer、U-Net和DeepLabV3模型进行训练，分割有活力花粉和所有花粉；最后使用Python OpenCV程序计数，计算花粉活力。【结果】与其他模型相比，SegFormer在两类数据集中的各项评估指标均为最优。相比于人工识别，OpenCV程序可以实现快速、批量计数，且误差小。【结论】通过图像处理技术可以快速、准确检测马铃薯花粉活力，进一步利用该方法快速鉴定了200份F₂株系的花粉活力，为马铃薯花粉活力表型采集奠定了基础。

【目的】对引进的马铃薯品种进行遗传多样性分析和评价。【方法】使用SSR荧光标记毛细管电泳法分析51份引进的马铃薯品种的遗传多样性，并构建分子身份证。【结果】41对引物共扩增出327个等位位点，311个等位位点在相同位置存在差异性，多态性比例是95.11%；引物多态性信息指数（PIC）在0-0.89之间，平均为0.71；Shannon's（I）在0-0.54之间，平均为0.32。在遗传相似系数GS为0.76时，将供试材料分为6大类，第I类包括14个品种；第II类包括30个品种，第III类包括3个品种，第V类包括2个品种；第IV类和第VI类各包含1个品种。聚类分析发现维拉斯、定薯4号、克新33号和东农312这4个品种可作为马铃薯育种材料。【结论】筛选到3对核心引物STM0037、SSR0387、SSR01054可用于构建51个马铃薯品种的指纹图谱和分子身份证。

【目的】染色体倍性鉴定是马铃薯种质资源评价的重要内容。建立马铃薯染色体倍性的高通量样品制备方法，可为后续大规模开展马铃薯倍性鉴定工作奠定基础。【方法】以30份马铃薯孤雌生殖诱导后代作为实验材料，比较使用低温钢珠打样法、液氮研磨法和刀片切碎法制备细胞核悬液的效果，并对已知二倍体马铃薯IVP101和四倍体马铃薯HTJ349-3进行倍性鉴定。【结果】低温钢珠打样法制备的细胞核悬液，荧光信号明显，细胞裂解充分，杂质少。同时，由于低温钢珠打法简单易操作，大大缩短了样品制备时间，其鉴定效率比起液氮研磨法提高45-60倍，比刀片切碎法提高105-180倍。利用该方法可以准确检测出马铃薯IVP101和HTJ349-3的染色体倍性。【结论】基于流式细胞仪的低温钢珠打样法，其检测结果同液氮研磨法、刀片切碎法制样方法一样准确，可实现高通量鉴定马铃薯染色体倍性。

bZIP作为植物中最大的转录因子家族之一，在植物逆境胁迫响应和生长发育中发挥重要作用。该类转录因子具有大约由60-80个氨基酸组成的较为保守的结构域，包括一个高度保守的碱性区域和一个相对多变的亮氨酸拉链区域。bZIP通过同源或异源二聚体形式与靶基因启动子中含有ACGT核心的DNA序列进行特异性结合，从而调控靶基因的表达。在植物受到激素等信号刺激后，上游信号响应激酶将会进行bZIP磷酸化；bZIP也通过磷酸化来增强自身稳定性。在逆境胁迫（如干旱、盐分、温度、光、重金属和病原菌等）条件下，bZIP与胁迫相关基因启动子区域结合以及与其他蛋白互作来促进或抑制靶基因的表达，从而正向或负向调控植物响应逆境胁迫。另外，bZIP参与植物生长发育过程中许多物质（如花青素、萜类、黄酮类、生物碱等）的合成和代谢，并且介导调节脱落酸、水杨酸和茉莉酸等激素信号通路。本文就bZIP转录因子发现、结构、分类、调控方式及其在植物逆境胁迫响应和生长发育中的作用等方面研究成果加以综述，并对其未来研究方向进行展望，为农作物抗逆性遗传改良提供理论依据和技术支撑。

杂草是危害农业生产最严重的有害生物之一，其防治主要依赖化学除草剂，而长期大量使用化学除草剂会引发杂草抗药性增加、环境安全和粮食安全等问题。微生物除草剂是利用微生物本身或其代谢产物开发的生物除草剂，具有资源丰富、不易产生抗性杂草、环境友好等特点，是当前国际上杂草绿色防控技术发展方向。本文总结了微生物除草剂的类型，罗列了具有除草活性的生防微生物种类以及毒素种类；综述了微生物除草的作用机理，微生物主要通过感染侵入杂草寄主引起杂草的导管闭塞、造成植株萎蔫并枯死，或者通过代谢产物中有效活性物质影响杂草寄主细胞结构的完整性、生物膜功能和脂质稳定性、能量传递、光合色素合成、脂类合成及氨基酸的合成等，从而达到除草的目的；进一步总结了微生物除草剂的应用现状，包括商品化情况、应用的限制因素和防控效果提升策略，以及组学技术在微生物除草领域的应用；最后对微生物除草剂的发展方向及应用前景进行了展望，以期为新型除草剂的研究与开发提供参考。

拟禾本科根结线虫（Meloidogyne graminicola）是水稻（Oryza sativa L）的重要病原物之一，在世界各地的危害严重，极大地影响了水稻的安全生产。解析拟禾本科根结线虫致病和水稻的抗病机制是近年来主要的研究热点，同时也是制定水稻根结线虫防控新策略的主要依据。随着分子生物学和基因组学技术的发展，拟禾本科根结线虫的基因组被破译，多个与线虫致病性相关的基因功能得到解析。同时，在水稻染色体中定位到多个与拟禾本科根结线虫抗性相关的数量性状位点（QTLs），克隆出首个水稻抗根结线虫的基因MG1。此外，水稻为了应对根结线虫的侵染，还能通过调控茉莉酸和乙烯等激素信号通路，激活本身抗病基因的表达调控，从而抑制线虫的致病和寄生。上述研究成果为深入理解拟禾本科根结线虫致病机理及水稻抗根结线虫的作用机制提供了重要依据。本文综述了近年来拟禾本科根结线虫致病机制和水稻应答机制的研究进展，并展望未来拟禾本科根结线虫与寄主互作机制的新方向。

【目的】地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）是发酵工业中表达异源蛋白的重要底盘细胞，筛选易转化和高生物量的B. licheniformis菌株，为有效提升宿主的改造效率和蛋白表达水平提供菌种资源。【方法】经过富集、gyrB扩增与16S rDNA序列分析从土壤中筛选与地衣芽孢杆菌同源性较高的菌株，将所筛菌株的电转效率和生物量与工业常用底盘细胞B. licheniformis 2709进行比较分析。对筛选出的易电转和高生物量菌株进行形态学与生理生化鉴定，并进行抗生素敏感性测定和高温碱性环境生长情况测定。【结果】筛选出10株与地衣芽孢杆菌同源性较高的菌株，其中菌株1-33电转化效率为6 700 CFU/μg DNA，是B. licheniformis 2709的13.7倍。在豆粕玉米粉半固体培养基和SR液体培养基中培养，菌株1-33最大生物量达到5.2×10¹⁰ CFU/mL和6.8 g/L，分别为B. licheniformis 2709的1.71倍和1.3倍。进一步经过形态学、生理生化特性实验将菌株1-33最终鉴定为B. licheniformis，并表现出多种常用抗生素的敏感性和良好的耐碱与耐高温的能力。【结论】筛选出一株易电转和高生物量的B. licheniformis 1-33，为开发成高效表达外源蛋白的宿主菌奠定基础。

【目的】Cas9TX是Cas9的变体，能够显著降低基因编辑过程中染色体易位，大幅提升基因编辑的安全性。研究Cas9TX替换Cas9实现基因定点敲入的可行性。【方法】首先，利用His标签蛋白纯化技术制备Cas9TX蛋白，并在细胞水平上通过绘制EC50和核酸酶裂解动力学曲线等进行功能验证。其次，以RNP和dsDNA混合物电转的方式编辑体外激活的T细胞，流式检测定点敲入的效率。最后，探讨了供体模板进行稳定性修饰提升定点敲入效率的可行性。【结果】制备的Cas9TX在T细胞TRAC基因的A、R和S靶点的敲除效率分别为71.8%、81.0%和79.9%，具有与Cas9相当的基因敲除效率。在TRAC 1号外显子分别设计的dsDNA供体模板（2A-GFP编码序列）和ssDNA供体模板（+ GTC bp），发现Cas9TX RNP定点敲入两种模板的效率均显著低于Cas9 RNP。通过DNA修饰制备防TREX2核酸外切酶降解的供体模板，不能提升Cas9TX RNP 定点敲入的效率。【结论】Cas9TX RNP在TRAC三个靶点的基因敲除方面可以替代Cas9 RNP使用，但定点整合外源基因的效率约为Cas9 RNP的一半。为Cas9TX应用于基因定点敲入提供了重要参考。

【目的】鉴定分析辣椒UGT基因家族成员的结构和功能，为解析辣椒多糖糖基化分子机制奠定基础。【方法】利用BioEdit、BLASTP和Pfam比对搜索辣椒UGT成员；利用CDD和HMMER数据库验证保守结构域；利用ExPASy、Cell PLOC、MAGA X、MG2C、GSDS、STRING等分析预测蛋白理化性质、系统发育、染色体定位、基因结构和蛋白互作；利用转录组数据和实时荧光定量PCR分析辣椒UGT基因在各器官发育过程中的表达模式。【结果】从辣椒基因家族中鉴定到的140个辣椒UGT家族成员，编码的氨基酸数量介于253-534之间，等电点在4.7-8.45之间；CaUGTs蛋白大多数定位于细胞外，少部分定位于质膜和叶绿体中；分布在17个组中，定位于12条染色体上，其中25个成员定位在第12条染色体（Chromosome 12，chr.12）；所有成员均包含保守结构域motif 1、motif 3；响应与植物生长发育、胁迫有关的作用元件。辣椒UGT基因在不同组织、逆境胁迫及激素应答下的表达模式分析表明，UGT基因具有组织特异性表达差异，在花、果实发育阶段表达相对较高；在ABA、GA3、高温以及低温胁迫条件下，表达被显著诱导增加或者降低，在发育的特定阶段CaUGTs成员可能发挥不同的作用，很可能参与了调控辣椒逆境胁迫条件下的防御应答反应。【结论】140个辣椒UGT成员在分布及结构上存在多样性，而组内成员之间高度相似，CaUGTs基因可能在辣椒植株生长发育过程中响应非生物胁迫。

【目的】挖掘大葱雄性不育相关的特异性模块并筛选核心基因，为后续深入解析大葱雄性不育分子机制提供理论依据。【方法】以大葱可育株MF和不育株MS不同发育时期的花蕾为研究对象，基于转录组测序和加权基因共表达网络分析（weighted gene co-expression network analysis，WGCNA），鉴定与大葱雄性不育相关的特异性模块，筛选核心基因。【结果】通过WGCNA分析，将8 320个基因划分为18个共表达模块，获得3个与大葱不育株MS花粉败育高度相关的特异性模块（blue、midnightblue和black模块）。功能富集分析表明，大葱不育株MS的花粉败育与苯丙素生物合成、角质和蜡质生物合成、淀粉和蔗糖代谢、α-亚油酸代谢和脂肪酸延长等多种代谢过程密切相关。根据模块内基因的连接度以及基因意义，鉴定得到atpB、TPS9、TPD1、BHLH35等核心基因，可能在大葱花粉发育中起关键调控作用。实时荧光定量PCR（quantitative real-time polymerase chain reaction, RT-qPCR）结果显示，核心基因的表达量在MF和MS不同发育时期的花蕾中差异显著，且表达趋势与转录组学测序结果一致。【结论】鉴定了3个与大葱花粉败育高度相关的特异性模块，筛选到atpB、TPS9、TPD1等大葱花粉发育相关的核心基因，并发现大葱花粉败育主要涉及苯丙素生物合成、角质和蜡质生物合成、淀粉和蔗糖代谢、α-亚油酸代谢和脂肪酸延长等过程。

【目的】探究解磷菌及其发酵产物在铅污染土壤中对玉米（Zea mays L.）根际土壤性质和微生物群落组成和多样性的影响。【方法】在筛选具有耐铅解磷功能的巴氏克雷伯氏菌（Klebsiella pasteurii）的基础上，采用盆栽实验在铅污染土壤中培育种植玉米，在其根际施加LB培养基、上清液（菌剂分泌物）、菌液（只含菌体细胞）和发酵液（上清液+菌体细胞），并设置无菌水对照，探究解磷菌对根际土壤理化性质及微生物群落结构的影响。【结果】巴氏克雷伯氏菌的上清液、菌液和发酵液对玉米根际细菌群落多样性并无显著影响，而菌液显著增加了土壤真菌群落的Shannon指数和Chao指数；菌株的上清液、菌液、发酵液均增加了拟杆菌门（Bacteroidetes）与放线菌门（Actinobacteria）等耐重金属的微生物类群的相对丰度，同时上清液、发酵液增加了变形菌门（Proteobacteria）和被孢霉门（Mortierellomycota）的丰度，上清液提高了鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、芽球菌属（Blastococcus）、慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）、古根菌属（Archaeorhizomyces）的相对丰度。此外，对玉米根际土壤差异菌属进行皮尔逊相关性分析，有7组差异菌属之间为正相关性，揭示了不同微生物菌属之间更趋向于形成互利共生关系。菌株的上清液、菌液、发酵液均显著增加了土壤酸性磷酸酶（Acp）的活性，其中在发酵液处理组中玉米根际土壤Acp活性最高为574.44 mg/g，24^-1，施用上清液、菌液显著增加了根际土壤中碱解氮（AN）的含量，较对照组分别增加了47.4%、39.5%，三个处理组均显著降低了土壤pH值。通过冗余分析（RDA）发现土壤AN、Acp、pH值、可溶性磷（AP）是影响微生物群落结构的主要影响因素。【结论】外源施用解磷菌及其发酵产物有利于改善铅污染土壤肥力质量，影响土壤微生物群落的组成和结构，为铅污染农田接种解磷菌并提高土壤养分、改善土壤微生物群落结构提供了理论依据。

【目的】比较两种植区易感病品种‘宁杞5号’枸杞健康株和患病株的根表真菌群落组成和分离到的腐根真菌，明确‘宁杞5号’根腐病的病原菌，探究两种植区‘宁杞5号’根腐病的发生原因。【方法】采用高通量测序技术研究枸杞根表真菌群落的组成特征，采用组织分离法从两种植区枸杞腐根中分离腐根真菌，基于形态学和ITS、EF-1α基因序列对腐根真菌进行分类学鉴定，依据科赫法则进行致病性研究。【结果】两种植区‘宁杞5号’枸杞健康株和患病株之间的根表真菌群落组成均表现出明显差异，主要体现在患病后镰刀菌属（Fusarium）相对丰度升高，被孢霉属（Mortierella）相对丰度降低，伴随着Fusicolla和Pseudogymnoascus等未知类群丰度增加，而两种植区健康株根表真菌群落结构趋于一致。自QXBZ腐根分离到36株真菌，分别鉴定为尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）、腐皮镰刀菌（F. solani）、红贝俄式孔菌（Earliella scabrosa）、立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）和Penicillium pimiteouiense，自QTBZ腐根分离29株真菌，分别鉴定为尖孢镰刀菌、腐皮镰刀菌、红贝俄式孔菌、粉红黏帚菌（Clonostachys rosea）、P. pimiteouiense、新知镰刀菌（F. andiyazi）、桃色顶孢霉（Acremonium persicinum），其中腐皮镰刀菌的分离频率在两种植区均为最高，尖孢镰刀菌次之。回接实验确定腐皮镰刀菌、尖孢镰刀菌、新知镰刀菌和立枯丝核菌是‘宁杞5号’枸杞根腐病的病原菌，其中新知镰刀菌为新发现的枸杞根腐病病原菌。【结论】‘宁杞5号’根腐病发生主要与根表真菌群落结构改变以及病原菌种类密切相关，与种植区关系不大，F. solani、F. oxysporum、F. andiyazi和R. solani是‘宁杞5号’根腐病的病原菌。

【目的】从小麦（Triticum aestivum L）根际筛选到了一株细菌菌株（编号X-11），为该菌株在植物促生上应用提供依据。【方法】结合形态特征、生理生化特性、16S rDNA序列及基因组测序对其进行了鉴定，并测定其对番茄（Solanum lycopersicum）和水稻（Oryza sativa）的促生效应。【结果】该菌株菌落圆形、半透明、凸起、黏稠；菌体杆状，形成芽胞，革兰氏阴性；具有固氮，还原硝酸盐，产吲哚、分泌铁载体及分解有机磷的功能。基于16S rDNA序列比对将X-11菌株归类为多粘类芽胞杆菌种群，基于非冗余蛋白数据库的基因比对表明其与最近缘菌株基因相似率55.7%，证明其为一个新菌株。X-11菌液浸种显著增加了番茄发芽率和胚根伸长度，灌根（R）及灌根结合叶面喷施（R+L）显著提高了番茄叶片中过氧化物酶（POD）活性，R+L处理使超氧化物歧化酶（SOD）活性提高了34.58%。水稻1叶1心期施用X-11菌液，根长增加了6.8%；立针期或1叶1心期施用X-11菌液，使秧苗SOD活性分别提高了90.4%和51.8%。【结论】X-11被鉴定为多粘类芽胞杆菌新菌株，是多种功能的植物根际促生菌，在植物促生方面具有开发应用潜力。

【目的】前期研究显示苏云金芽胞杆菌（Bacillus thuringiensis，Bt）4BM1菌株可诱导油菜产生对核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）的系统抗病性。探究其诱导系统抗性机制并分析其生防潜力，为油菜菌核病的生物防治提供菌株资源。【方法】采用实时荧光定量PCR和转录组测序技术分析根部施用4BM1菌株后，油菜叶片中防御相关基因的转录水平；结合4BM1菌株全基因组序列和antiSMASH 2.0软件预测其抗病相关次级代谢产物生物合成的基因簇；采用发酵液灌根的方式将4BM1菌株接种至油菜盆栽幼苗，分析其定殖能力和促生效果。【结果】4BM1菌株可激发油菜叶片产生过敏反应；油菜根部施用4BM1菌株，叶片中参与水杨酸、茉莉酸、乙烯信号和油菜素内酯生物合成途径等基因转录水平显著上调；4BM1菌株的染色体上预测到胞外多糖和其他13个抗病相关次级代谢产物合成的基因簇；4BM1菌株在油菜根际定殖的同时可促进油菜苗期植株的生长。【结论】4BM1菌株可作为防控油菜菌核病、促进油菜幼苗生长有潜力的生物防治资源。

【目的】芳香化合物代谢是微生物降解煤产甲烷的限制因素。为了提高煤的生物甲烷产量，经过富集、驯化获得煤降解产甲烷菌群（RI）和菲降解功能菌群，并通过二者配伍获得复配菌群（CM）。【方法】采用宏基因组与宏转录组相结合方法分析CM与RI的菌群结构及代谢途径的异同。【结果】复配后菌群的甲烷产量明显提高，增产114.55%。复配显著提高了芳香化合物降解菌的占比，如Pseudomonas的占比高达63.49%；同时提高了优势菌的代谢活性以及芳香化合物代谢途径中各关键酶的合成和表达。CM中芳香族化合物降解途径的基因丰度是RI的1.65倍，基因表达丰度是RI的6.34倍（P<0.05）。其中，关键酶EC:1.13.11.2基因丰度和表达丰度分别是RI的2.24、62倍。这些酶表达丰度的增加促使更多的芳香族化合物代谢为丙酮酸。复配同时增强了丙酮酸代谢为乙酰辅酶A过程的基因表达，该代谢途径中关键酶EC:1.2.4.1的表达丰度在CM中可达到RI的14.70倍。CM中各产甲烷途径的基因表达丰度也高于RI，是RI的2.66-7.10倍。【结论】复配富集了芳香化合物降解菌，并显著提高了芳香化合物降解产甲烷整个代谢途径中基因丰度，尤其是基因表达丰度，从而提高甲烷产量。

【目的】拟轮枝镰孢（Fusarium verticillioides）是一种危害严重的植物病原真菌，极大降低了粮食产量，还产生2B类致癌物伏马毒素，威胁人畜健康。探究RNA甲基化修饰与伏马毒素之间的联系，解析RNA修饰甲基化转移酶在伏马毒素合成中的作用。【方法】利用HPLC检测了不同地区的拟轮枝镰孢菌株的伏马毒素合成能力，采用QuEChERS前处理结合超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）技术建立了m⁶A、m^lA、m⁵C、Gm、m⁷G和Um等6种RNA甲基化修饰检测方法，继而对不同产毒菌株的RNA甲基化修饰进行了检测，并采用生物信息学和RT-qPCR方法确定了与伏马毒素合成相关的RNA甲基化修饰基因。【结果】不同地区的拟轮枝镰孢菌株伏马毒素合成能力具有显著差异，成功建立了RNA甲基化修饰检测方法，并确定m^lA和m⁵C RNA甲基化修饰与伏马毒素合成负相关，RT-qPCR发现Fvalyref基因负调控伏马毒素生物合成。【结论】RNA m⁵C甲基化修饰与伏马毒素生物合成呈负相关且其Reader基因Fvalyref负调控伏马毒素生物合成。

【目的】挖潜新型果胶酯酶的酶资源，在嗜热毁丝霉（Myceliophthora thermophila）中高水平表达烟草生物质诱导显著上调的同源果胶酯酶，对其进行酶学性质研究，并探究该果胶酯酶在协同降解烟草生物质过程中的作用。【方法】利用RT-qPCR的方法分析嗜热毁丝霉在烟草生物质中果胶酯酶MtCE12-1的表达水平，通过2A肽介导的表达筛选系统，在嗜热毁丝霉菌株ATCC 42462中高表达果胶酯酶基因Mtce12-1，对高活性的阳性转化子进行产酶培养和蛋白纯化，表征了果胶酯酶MtCE12-1的酶学性质；以两种烟草生物质烟草压棒和烟草梗丝为底物，通过检测纤维素的剩余含量，分析了与纤维素酶的协同作用效果。【结果】与葡萄糖培养条件相比较，烟草生物质条件下果胶酯酶基因Mtce12-1的转录水平显著上调109-110倍，SDS-PAGE电泳分析、拷贝数和Western检测显示，重组蛋白MtCE12-1成功进行了表达和分泌，表达水平达到464.08 U/mL。该酶在75℃、pH 8.0时表现出最佳酶活力，在50-85℃和pH 7.0-9.0的范围内表现出较好的酶活力，具有良好的热稳定性。将100-300 µg的MtCE12-1添加至降解体系后，烟草生物质中纤维素降解效率分别提高了18.5%-30.7%和14.6%-30.5%。【结论】用2A肽介导的表达系统在嗜热毁丝霉中可以高效表达和纯化制备目标蛋白，碱性果胶酯酶MtCE12-1不仅具有良好的温度稳定性，在烟草生物质降解过程中也具有突出的作用效果，为烟草工业生产应用提供了潜在的优质酶资源。

【目的】利用呕吐毒素（deoxynivalenol, DON）构建C6细胞损伤模型，分析葛根素（puerarin, PUE）对DON诱导C6细胞损伤的保护作用机制。【方法】通过RNA测序（RNA-seq）和加权基因共表达网络分析（weighted gene co-expression network analysis, WGCNA），挖掘与PUE缓解DON诱导C6细胞损伤最相关的关键模块和关键核心靶点基因，探究PUE缓解DON诱导的神经毒性作用的分子机制。【结果】PUE可以显著抑制DON诱导的C6细胞活力下降，对损伤的C6细胞形态有所恢复，可有效缓解DON诱导的C6细胞损伤。RNA-seq和WGCNA结果表明，Blue模块是与PUE缓解DON诱导C6细胞损伤表型最相关的关键模块，从中筛选出S100a11、Pdia3、Hsp90b1等基因是PUE发挥对DON诱导C6细胞损伤保护作用的关键核心基因。【结论】PUE可能是通过靶向关键核心基因参与内质网中的蛋白质加工途径从而缓解DON诱导的C6细胞损伤。