加强作物高光效生物学基础研究，是突破粮食单产瓶颈、推动种业创新与农业现代化的关键路径。目前作物高光效研究已在光合膜蛋白结构解析、高光效基因挖掘及C₄途径模拟等领域取得重要进展，利用基因编辑与合成生物学技术已经初步实现提升大豆、水稻等作物光能利用效率。然而，我国在高光效生物学基础研究方面还存在研究系统性不足、表型鉴定平台滞后、交叉学科人才短缺及基因评估体系薄弱等问题，且国际竞争激烈，重大国际合作项目参与度不高。本文综述了国内外作物高光效研究进展与挑战，总结该领域基础研究突破、技术应用潜力及学科交叉趋势，系统梳理我国高光效研究短板并提出针对性建议。未来建议强化顶层设计，设立跨学科攻关项目；建设多尺度表型鉴定平台；加快复合型人才培养；推动基因编辑与智能设计技术创新，促进高光效种质创制与成果转化，为保障粮食安全提供科技支撑。

随着全球气候变化和人口增长，提高作物光能利用效率成为保障粮食安全的关键。光合作用是作物产量和生物量积累的核心驱动力，光能转化为化学能的速率受遗传和环境因素共同调控。然而，高光效这一关键农艺性状的遗传解析非常复杂，由于涉及到多基因的精细调控、显著的表型可塑性和传统光合表型精准测量技术的通量低、侵入性强等局限，导致相关基因挖掘进展缓慢。近年来，多组学技术（基因组、转录组、蛋白组、代谢组等）、高通量表型平台（如基于无人机、高光谱成像、激光雷达的非侵入式动态检测）和人工智能（AI）算法（机器学习和深度学习）的融合，为系统解析作物光合作用的复杂调控网络提供了新契机。本文聚焦于作物高光效形成生理与分子机制，阐述了相关优化途径（包括改造光合机构、增强碳同化、削弱光呼吸及优化环境响应等），并结合高通量光合表型组学和数据算法驱动的光合表型遗传力解析，深入探讨了作物高光效基因挖掘的前沿策略、技术突破及未来挑战，旨在为作物光合效率的遗传改良提供理论参考。

叶绿体是植物进行光合作用的核心场所，作为植物细胞特有的半自主性细胞器，其发育过程受到植物内在生长发育信号和外界环境信号的双重调控。其中，环境温度是影响叶绿体发育的重要外界因素，它通过调控叶绿体膜系统、形态结构、质体分裂与分化等多个方面，最终影响叶绿体的发育及功能。本综述首先概述了叶绿体的结构、功能及发育过程对环境温度的响应机制；其次，通过系统梳理植物叶色突变体的研究进展，总结了叶绿体发育受温度调控的分子基础；并进一步从叶绿体基因的转录调控、转录后调控以及蛋白质合成与稳态三个层次，深入讨论了叶绿体发育对温度变化的应答机制。最后，从机制研究和生产实践两个角度，对未来如何利用叶色基因揭示叶绿体发育的温度响应机制提出了总结与展望。综上，本综述全面分析了环境温度变化对作物叶绿体发育及生理功能的影响，并进一步探讨温度对作物光合作用的潜在影响，以期为全球气候变化下的作物广适性高光效分子设计育种提供理论支持与实践指导。

作为半自主性细胞器，叶绿体自身含有基因组，其转录的部分RNA需要通过实行C→U碱基变化才能保证基因的正确表达。PPR（pentatricopeptide repeat protein）蛋白是控制叶绿体RNA编辑的核心调控因子，其家族庞大，分为P型和PLS型两个亚家族，根据它们不同的C端结构域，PLS类亚家族蛋白可以进一步分为PLS-E、PLS-E+和PLS-DYW，其中，PLS-DYW型中的DYW结构域具有脱氨酶活性能直接参与RNA编辑。PPR蛋白特有的PPR基序以N端到C端的取向第6和第1位的氨基酸组合能识别编辑位点上游5′-3′方向的RNA序列，这种模块化的识别机制使得PPR蛋白能够以单PPR基序对应单核苷酸的方式筛选编辑位点，并募集和组装编辑复合体，实施编辑过程。相关PPR蛋白调控的基因发生编辑缺陷会导致叶绿体发育异常，引发植株萎蔫或致死。本文对现阶段相关研究进展进行综述，重点介绍了不同植物中PPR蛋白是如何调控叶绿体基因进行RNA编辑的分子机制，并对RNA编辑复合体动态组装过程进行了展望，为未来深入探索PPR蛋白的靶向机制及其在农业中的应用提供借鉴。

植物光合产物的运输是植物生长和发育中至关重要的过程，涉及多种特定的转运蛋白，这些转运蛋白在维持植物正常代谢、调节能量分配、促进不同源库组织间的营养物质交换方面发挥重要作用。近年来，关于糖转运蛋白的研究取得了一定进展，蔗糖转运蛋白（sucrose transporter, SUT）和糖输出转运蛋白（the sugars will eventually be exported transporter, SWEET）主要负责在不同植物的组织器官之间运输蔗糖，单糖转运蛋白（monosaccharide transporter, MST）则介导单糖的跨膜转运。糖转化酶（invertase, INV）和蔗糖合酶（sucrose synthase, SUS）参与蔗糖的水解与合成。这些蛋白的协同作用对于调控光合产物的分配与代谢至关重要，且影响着植物对环境变化的响应和产量优化。本文综述了植物中与光合产物运输相关的主要转运蛋白，重点介绍了不同植物中SUT、SWEET、INV等的生物学功能及其分子机制，探讨了它们在植物生长发育、抗逆性以及产量调控中的潜在应用，以期为未来提高作物产量，推动农业生产提供新的理论依据和实践策略。

光合作用是地球上最重要的生物化学反应，是植物将光能转化为化学能的关键过程，也是作物产量形成的基础。在全球人口持续增长、耕地面积有限、气候变化加剧的背景下，提高光合作用的效率对于提高农业生产效率具有十分重要的意义。近年来，随着分子生物学、生物化学和合成生物学等学科的快速发展，科研人员在提高光合效率方面取得了显著进展，发现了多种有效的策略和方法。首先，通过调控环境因子来提高光合效率是最直接且有效的方法之一，如适度增加二氧化碳（CO₂）浓度和优化光照强度等；其次，可以利用分子遗传学等手段培育高光效作物，如可以通过改造Rubisco酶提高植物对CO₂的亲和力来提升植物的农业生产效率；近年来也有研究发现，通过提高植物体内质体醌、质体蓝素等电子载体的含量可以优化电子传递效率，从而增强光合作用并提高植物对外界胁迫的响应能力；此外，还可以通过合成生物学手段改造光合途径和结构来优化植物的光合作用过程从而实现农业生产效率的提高，目前这一方向的热点技术是将C₄途径通过基因重组等手段导入C₃植物中。因此，本文综述了通过提高植物光合效率促进农业生产效率的多种策略。总的来说，提高农业生产效率需要多学科交叉融合，通过不断探索和创新，有望在未来实现光合效率的突破性提升，为全球粮食安全提供有力保障。

光合作用是植物生长和产量形成的基础。光为植物光合作用提供能源，但是过高的光强会产生光抑制，导致光合效率降低甚至光氧化破坏，尤其在干旱、高温、低温等逆境条件下更为严重。为应对光抑制，植物进化出多种光保护机制，包括叶绿体的移动、非光化学淬灭、活性氧清除、环式电子传递及PSII损伤修复等。其中，叶绿体的移动通过叶片姿态调整和叶绿体位置改变来影响光能的吸收，从而实现对强光的适应；非光化学淬灭通过将过剩光能以热形式耗散避免PSII损伤；活性氧清除机制可以减轻氧化损伤；环式电子传递通过调节能量平衡和光系统间的激发能分配，在光合作用的光保护中发挥关键作用；PSII损伤修复机制的高效运行使植物能在逆境中维持光合效率。最新研究加深了对光保护机制的理解，为培育高光效作物品种提供了新思路和靶点。未来需加强田间试验，探究光保护机制在自然环境中的作用，深入解析光保护机制的分子基础和调控网络，有望为培育高产、优质、抗逆的作物新品种提供理论依据与数据支撑。

目的 在全球气候变暖以及粮食需求不断增长的背景下，粮食安全问题愈发严峻，要求作物在增产的同时提高环境胁迫适应能力。光合作用是作物产量形成的基础，其光反应阶段的环式光合电子传递途径偶联ATP合成并调节还原力积累，对植物的高温响应和高光效具有重要作用，因此本研究致力于相关遗传调控因子的发掘和应用。 方法 利用具有环式光合电子传递活性差异的代表性小麦品系为参照，结合光合参数测量、蛋白含量测定和转录组测序技术，从小麦小偃54和京411杂交培育的重组自交系后代中筛选获得了具有环式电子传递活性两极分离的株系及其差异表达基因。 结果 其中环式电子传递活性较高的株系同时表现出较高的线性电子传递活性和光合CO₂同化速率，并在光强升高条件下保持优势，可作为高光效育种材料加以应用。通过差异表达基因分析挖掘出一系列具有促进环式光合电子传递或整体光合活性潜力的功能基因和转录因子。将部分基因（包括TaPnsL2和TaNAC等）构建过量表达载体转化水稻栽培品种秀水134，T₁代和T₂代转基因材料在海南省和上海大田试验表现出光合速率升高的优势。 结论 针对环式电子传递活性的遗传筛选或改造，具有提高作物光合效率或强光适应性的潜力。

目的 验证植物叶绿体具有代谢乙醛酸生成CO₂的能力。 方法 克隆了水稻的乙醇酸氧化酶1（OsGLO1）、乙醇酸氧化酶3（OsGLO3）与过氧化氢酶C（OsCATC）以及来源于大肠杆菌的过氧化氢酶（EcKAT）基因，并在其前端融合了叶绿体定位信号编码序列RC2；后续以不同的组合方式将GLO与CAT/KAT进行组合以构建不同多基因表达载体，并将其在水稻叶绿体中定向表达，从而催化叶绿体中的乙醇酸生成乙醛酸。 结果 转录水平、蛋白水平和酶活水平检测结果都表明上述目的基因可在水稻叶绿体中高效表达并行使正常的催化功能；但是获得的转基因水稻植株均呈现植株生长缓慢，分蘖数减少，光合速率下降等表型。 结论 仅在水稻叶绿体中将乙醇酸转化为乙醛酸不能提高水稻的光合固碳效率，水稻叶绿体可能没有催化乙醛酸生成CO₂进入光合碳同化代谢的能力。

目的 探究不同光质对血叶兰叶片类胡萝卜素类化合物积累的影响及其分子机制，为血叶兰规范化栽培提供理论参考。 方法 以血叶兰‘闽热圆帅’的叶片为实验材料，分析其在白光（W）、蓝光（B）、黄光（Y）处理下的代谢与转录调控机制。利用液相色谱‒质谱联用技术（LC-MS/MS）和高通量转录组测序（RNA-seq）技术，分别获取代谢组和转录组数据。以白光组为对照，分析蓝光和黄光对类胡萝卜素含量、相关代谢物及基因表达的影响。通过RT-qPCR验证8个类胡萝卜素合成关键基因的表达模式。 结果 蓝光处理显著提升血叶兰叶片中总类胡萝卜素含量，而黄光处理未引起显著变化。代谢组学分析鉴定出23个与类胡萝卜素合成相关的差异代谢物，包括黄原酸、脱落酸醇、独脚金内酯ABC-环和链孢霉黄素等。转录组学分析发现9个差异表达的代谢酶基因（如CrtZ、Z-ISO、PSY等）及6个关键转录因子（ERF002、ERF059、ERF066等），这些转录因子可能通过响应赤霉素、茉莉酸甲酯、生长素、水杨酸和脱落酸信号调控类胡萝卜素合成。RT-qPCR验证证实8个关键基因在类胡萝卜素代谢调控中发挥潜在作用。 结论 蓝光处理下，血叶兰叶片中ERF和bZIP家族转录因子通过与赤霉素、茉莉酸甲酯、生长素、水杨酸和脱落酸相关的顺式作用元件结合，调控下游酶基因的表达，从而促进类胡萝卜素相关代谢物的显著积累。

目的 雨生红球藻是强抗氧化性虾青素产品的天然优质来源，补充碳源来提高雨生红球藻虾青素产量是一种有效策略。探究内源光呼吸途径对碳源诱导虾青素合成的影响，为开发高效虾青素生产工艺提供新思路。 方法 设计CK组（正常对照组，基础BG-11培养基）、A组（补充醋酸钠）和H组（补充碳酸氢钠）3组不同培养基，在未添加或添加光呼吸抑制剂CM的情况下，通过分析色素积累、生物量、总光合速率、OJIP荧光诱导曲线及其叶绿素荧光参数变化，解析光呼吸途径对碳源诱导雨生红球藻虾青素积累的影响。 结果 补充碳源醋酸钠或碳酸氢钠提高了雨生红球藻的干重和虾青素/叶绿素比值，其中醋酸钠显著促进了虾青素积累。然而使用CM抑制光呼吸后，干重、虾青素含量、虾青素/叶绿素比值显著降低。同时，补充碳源（A组、H组）导致总光合速率显著降低，光呼吸受阻使总光合速率进一步降低。此外，补充碳源或CM均使OJIP曲线的形状和荧光强度发生改变。在CK或A组条件下抑制光呼吸，对最大光化学效率（Φ_P0）和电子传递效率（Φ_E0）无影响，而单位面积内活性PSⅡ反应中心的数量（RC/CS₀）与单位活性反应中心吸收的光能（ABS/RC）、捕获的激发能（TR₀/RC）和用于电子传递的能量（ET₀/RC）均显著降低，A+CM组在J点的相对可变荧光强度（V_J）较A组显著增高。 结论 强光胁迫下添加醋酸钠再抑制光呼吸后，首先降低了PSII活性反应中心数量，继而损伤了PSII受体侧，导致光合作用光能吸收和能量利用受阻，从而进一步损伤雨生红球藻细胞，导致干重、虾青素含量和虾青素/叶绿素比值降低，证实光呼吸在有机碳源醋酸钠诱导雨生红球藻虾青素积累中发挥重要功能。

活性多肽在调控植物生长发育、生物和非生物胁迫、根系养分吸收和豆科植物根系结瘤固氮等方面均发挥着重要的作用。C-末端编码肽（C-terminal encoded peptide, CEP）是由前体肽通过翻译后剪切修饰而成的含有15个氨基酸的多肽。CEP在响应低氮胁迫、非生物胁迫和豆科植物根瘤形成等方面均发挥着重要调控作用。低氮和盐胁迫可诱导根系CEP基因表达。根系合成的CEP多肽可通过木质部转运到地上部，与地上部CEP受体1（CEPR1）和CEP受体2（CEPR2）结合，通过CEP-CEPR信号通路调控植物根系生长、养分吸收和豆科植物根系结瘤。根系形态、根系养分吸收能力以及根际养分含量是影响植物养分吸收的关键，说明CEP在调控植物养分吸收中起着非常重要的作用。本文重点综述CEP在调控根系生长发育、根系养分吸收和根瘤形成中的作用机理，为下一步充分利用CEP功能，提高作物养分利用效率，促进农业绿色可持续发展提供理论依据。

伏马毒素是由镰刀属真菌产生的一类具有显著危害的真菌次级代谢产物。这类毒素在玉米、小麦、高粱等多种谷物及其制品中污染广泛，因其对农产品安全的严重威胁以及对人类和动物健康的巨大危害，已成为全球食品安全领域面临的严峻挑战之一。随着全球范围内对镰刀菌毒素污染，特别是伏马毒素污染问题的日益重视和监管标准的趋严，系统梳理其研究进展，为风险评估和防控实践提供科学依据显得尤为迫切。本文首先系统解析了伏马毒素的种类及结构特征；然后阐明聚酮合酶基因簇调控的生物合成途径；从分子、细胞和器官3个水平揭示其毒性机制；比较分析色谱-质谱联用技术、酶联免疫快速检测等多种常见检测方法的适用场景和技术瓶颈；最后总结包括物理吸附、化学降解和生物防治在内的全链条综合防控体系。本研究通过多角度解析伏马毒素的污染规律、作用本质和防控策略，不仅为科学评估其风险奠定了坚实的理论基础，同时对于开发高效实用的减毒脱毒技术、保障农产品质量安全、维护人类和动物的健康福祉具有重要实践意义。

蛋白质是生命活动的基础物质，其结构与功能的多样性支撑了细胞代谢、信号转导、环境响应等复杂生物过程。作为生命科学与合成生物学中的核心研究对象，长期以来蛋白质的功能挖掘和理性设计在新药开发、工业酶优化及农业生物工程等领域展现出重要的应用潜力。随着高通量组学数据积累与计算生物学的发展，传统依赖序列比对、结构解析与实验筛选的方法逐渐显现出效率与可扩展性上的瓶颈。近年来人工智能（artificial intelligence，AI）技术逐步融入蛋白质科学研究，显著推动了其研究范式向数据驱动模式的转型。本文回顾并分析了AI在蛋白质功能挖掘与理性设计中的代表性进展，重点聚焦于“序列→结构”与“结构→序列”两类主流设计框架，探讨了基于序列和结构相似性的多样化挖掘策略，并进一步梳理了语言模型、进化信息整合机制以及生成式模型等关键AI方法在提升设计效率与精度方面所发挥的实际应用与贡献。

目的 传统植物基因组DNA提取方法（如CTAB法、SDS裂解法等）存在操作繁琐、耗时长、使用有毒有机试剂等问题，难以满足当前高通量分子检测的实际需求。旨在开发一种快速、安全、适用于大规模样本处理的植物DNA提取方法，以提高分子检测效率。 方法 提出一种基于96深孔板的快速DNA提取方法——DDEB（directPCR DNA extraction buffer）法。该方法采用DDEB提取液，主要成分包括0.2 mol/L NaOH、0.01% SDS、50 mmol/L NaCl、0.1 mmol/L EDTA-2Na、0.15 g/L明胶及0.005%消泡剂A等组分。提取时将样品与提取液混合后通过振荡研磨，继而瞬时离心或静置沉降，即可获得可用于PCR扩增的DNA粗提液。 结果 该方法在5 min内完成数百份植物样品的DNA提取，所得DNA稀释5‒20倍即可直接用于PCR模板使用。以油菜（Brassica napus）和水稻（Oryza sativa）幼叶为材料提取DNA，成功扩增出2 000 bp以内的目的片段，扩增条带清晰、特异性良好。应用该方法进行分子标记分析，分型结果准确，重复性高，并成功用于构建油菜的局部遗传连锁图谱。 结论 建立一种“快速‒安全‒高通量”的植物DNA提取策略，简化了传统DNA提取流程，在保证扩增效果和分型准确性的基础上，大幅提升了实验效率，尤其适用于大规模植物样品的基因型检测，为分子育种和种质资源研究提供了高效、低成本的技术解决方案。

目的 以具有高频胚胎发生能力的糜子品种为受体，建立高效的糜子遗传转化体系，为糜子分子育种和基因功能研究提供技术支撑。 方法 以最适合糜子诱导胚性愈伤组织的SI培养基，从39份糜子品种中筛选具有高频胚胎发生能力的材料，比较成熟胚的茎尖、中胚轴、根的诱导胚性愈伤组织的能力差异；以最优材料为受体，分析比较不同菌株、愈伤处理方式、乙酰丁香酮（AS）浓度、菌液浓度、共培养时间等条件对农杆菌侵染效率的影响，构建基于nptII选择标记的遗传转化体系。 结果 筛选出适合糜子诱导胚性愈伤组织的SI培养基，并从39份糜子品种中，鉴定出3份高频胚胎发生品种（系），其中赤黍2号胚性愈伤组织诱导率最高（77.7%）。以赤黍2号成熟胚诱导的胚性愈伤组织为受体，优化了农杆菌侵染条件，明确了LBA4404菌株、OD₆₀₀为0.2的菌液浓度、100 μmol/L的乙酰丁香酮浓度、42 ℃热激处理5 min及48 h共培养时间为农杆菌侵染的最佳转化条件。建立了nptII为选择标记基因的遗传转化体系，转化效率达到4.94%。 结论 筛选出具有高频胚胎发生能力的糜子品种赤黍2号，并建立了农杆菌介导的糜子遗传转化体系。

目的 马铃薯早疫病是由茄链格孢菌（Alternaria solani）引起的全球性作物病害，对马铃薯产量和品质造成严重威胁。从马铃薯根际土中分离得到对茄链格孢菌具有较强抑制作用的菌株并对其发酵条件进行优化，为马铃薯早疫病生防菌的开发和应用提供菌种来源。 方法 采用梯度稀释法和平板对峙法筛选早疫病茄链格孢菌的拮抗菌，并进行形态学观察、API 50CH生理生化检测、16S rRNA基因序列及gyrB 基因序列检测，鉴定拮抗菌株的种属。利用单因素试验和正交试验对拮抗菌株的发酵条件进行优化。 结果 筛选得到6株对茄链格孢菌具有拮抗作用的菌株，其中菌株LYB08的抑菌率最高，达到54.10%。经鉴定，菌株LYB08为贝莱斯芽胞杆菌（Bacillus velezensis）。经发酵条件优化，菌株LYB08的优势发酵碳、氮源分别为玉米淀粉和豆粕，最适发酵条件为玉米淀粉浓度30 g/L，豆粕浓度20 g/L，初始pH值7.5，在该条件下，活芽孢数为1.17×10¹⁰ CFU/mL，活菌总数为1.32×10¹⁰ CFU/mL，较初始培养基分别提高120.75%、116.39%。当玉米淀粉浓度为30 g/L，豆粕浓度为30 g/L，初始pH值为8.5时，发酵液的抑菌率最高，为81.04%，较初始培养基发酵液的抑菌率提高50.49%。 结论 筛选得到一株马铃薯早疫病拮抗菌株LYB08，为马铃薯早疫病生防菌剂的开发提供了依据。

目的 建立一种同时检测4种黄萎病致病菌的微滴式数字PCR（ddPCR）方法，为及时、准确定量监测该病原真菌的生长动态，进行早期诊断和风险评估奠定基础。 方法 通过比对4种黄萎病致病菌大丽轮枝菌（Verticillium dahliae, Vd）、长孢轮枝菌（V. longisporum, Vl）、非苜蓿轮枝菌（V. nonalfalfae, Vna）和黑白轮枝菌（V. albo-atrum, Vaa）的ITS（Internal transcribed spacer）序列（Vd，KY039312.1；Vl，KX058040.1；Vna，KT362917.1和Vaa，MH856937.1），选取保守区域设计引物和探针。结合微滴式数字PCR和实时荧光定量PCR（qPCR）筛选最佳引物，优化ddPCR最佳反应体系，并测定方法的特异性与灵敏度。 结果 建立方法的最佳引物/探针组为Ver5；最佳退火温度为58 ℃，引物浓度为500 nmol/L和探针浓度为250 nmol/L。特异性检测结果显示，该方法能够特异性识别4种黄萎病致病菌，对包括7种真菌和6种细菌在内的非靶标微生物无交叉扩增；对于Vd、Vl、Vna、Vaa的检测限分别为2.1×10^-6、1.6×10^-6、6.9×10^-4、3.6×10^-5 ng/μL。选取50个棉花和50份土壤样品展开检测分析，结果表明相较于qPCR，ddPCR方法的检出率呈现出显著优势，且检测灵敏度分别提高了46%和51%。 结论 建立的ddPCR方法检测4种黄萎病致病菌特异性强，灵敏度高，稳定可靠，为黄萎病的精准检测提供了重要的技术手段。该方法有利于海关检验检疫与植物病虫害监管等领域，提高病害防控的科学性与时效性。

目的 支链氨基酸（branched-chain amino acids, BCAAs）是植物在干旱胁迫下积累的主要代谢物，支链氨基酸转氨酶（branched-chain amino acid transaminase, BCAT）是支链氨基酸合成最后一步反应的关键酶。研究大豆GmBCAT的生物学功能，为大豆及其他作物抗旱遗传改良奠定理论基础，亦为培育优异抗逆性能的大豆新种质提供科学参考。 方法 从大豆全基因组鉴定GmBCAT基因家族成员，并预测GmBCAT蛋白亚细胞定位，通过烟草遗传转化研究GmBCAT3在BCAA合成积累及干旱胁迫应答中的功能。 结果 从大豆基因组中共鉴定到10个GmBCATs基因，同一类群GmBCAT成员具有相似的保守结构域及基因结构；GmBCATs启动子含有多种与植物生长发育及非生物胁迫相关的顺式元件；RT-qPCR分析发现，GmBCATs在大豆不同组织及种子不同发育时期差异表达，GmBCAT2和GmBCAT3在根和叶中表达水平显著高于其他组织；干旱胁迫处理后，大豆幼苗GmBCAT3表达量最高。亚细胞定位结果表明，GmBCAT3蛋白定位在叶绿体。烟草遗传转化显示，正常条件下，GmBCAT3转基因烟草缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸含量分别增加37.48%、63.46%和72.62%。干旱胁迫下，转基因烟草亮氨酸含量增加57.42%，而缬氨酸和异亮氨酸含量分别增加2.00和1.90倍；同时，转基因烟草脯氨酸含量增加3.40倍，丙二醛含量降低23.01%，SOD和POD活性分别升高72.33%和74.91%；过表达GmBCAT3烟草影响了BCAAs代谢相关基因的表达。 结论 大豆GmBCAT3异源过表达显著提高转基因烟草BCAAs含量，提高植株耐旱性。

目的 系统分析油莎豆苹果酸酶（malic enzyme, ME）基因家族成员、挖掘参与油莎豆块茎油脂合成的ME，为全面解析油莎豆块茎富油机制和培育营养器官富油的作物新种质提供科学参考。 方法 应用组学工具全基因组鉴定油莎豆CeME基因家族成员、分析CeME蛋白理化特性；运用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）检测CeME基因在块茎不同发育时期的表达谱；构建靶标CeME表达载体，对酵母（Saccharomyces cerevisiae）和烟草（Nicotiana tabacum）进行遗传转化；检测转化体的ME酶活性和油脂代谢。 结果 从油莎豆基因组中共鉴定到6个CeMEs基因家族成员，分布于6条染色体，其中4个NADP类型（CeNADP-ME1-CeNADP-ME4）和2个NAD类型（CeNAD-ME1-CeNAD-ME2）。CeNADP-ME1具有19个内含子，其余5个CeME基因均含有18个内含子。CeME基因启动子含有生长发育、激素和逆境响应等多种顺式作用元件。6个CeME蛋白均具有典型的ME酶蛋白结构域和12个保守基序。RT-qPCR分析显示，CeME基因在油莎豆块茎油脂积累关键时期（播种后80‒120 d）表达上调，其中，NAD-ME类型的CeNAD-ME2表达量最高。CeNAD-ME2编码的酶蛋白定位于线粒体。过表达CeNAD-ME2酵母细胞总脂和棕榈油酸（C16：1）分别比野生型酵母提高5.6%和5%。与野生型烟草相比，转CeNAD-ME2株系ME活性增加1.5‒4倍，烟叶总脂和油酸（C18：1）含量分别提高5.2%和5.6%，而可溶性糖和淀粉含量分别下降2%和5%。 结论 从油莎豆基因组鉴定到6个CeME成员，CeNAD-ME2参与块茎油脂合成。异源表达CeNAD-ME2可驱动碳源更多地流向油脂合成途径，显著提高宿主总脂和单不饱和脂肪酸含量。

目的 MYB80是拟南芥和水稻中的一个花粉壁形成关键调节因子，探究番茄中同源基因SlMYB80的功能并鉴定其转录激活结构域，为进一步丰富MYB转录因子对番茄雄性不育系基因资源提供理论依据。 方法 以栽培番茄‘Moneymaker’为野生型材料，以其花苞cDNA为模板克隆SlMYB80基因。利用花椰菜花叶病毒CaMV 35s启动子驱动SlMYB80编码区（CDS）与绿色荧光蛋白eGFP编码序列融合，用于检测SlMYB80蛋白亚细胞定位。同时，将该基因编码区分成4个片段，分别连接酵母表达载体pGTBKT7，与pGTADT7共转酵母进行互作试验以确定其转录激活结构域。此外，构建拟南芥MS188（Male Sterile 188）/AtMYB80启动子驱动SlMYB80 CDS的融合双元载体pAtMYB80：SlMYB80并互补拟南芥ms188突变体，探究SlMYB80的生物学功能。 结果 MYB80氨基酸序列比对和进化树结果表明，MYB80的氨基酸序列在陆生植物中十分保守，特别是R2R3 DNA结合结构域区域；烟草亚细胞定位试验表明，SlMYB80-eGFP定位于细胞核。酵母互作试验表明，SlMYB80转录激活结构域位于肽链C末端17个氨基酸残基；拟南芥ms188突变体互补结果表明，在转基因互补突变体植株的花苞中表达SlMYB80基因，能使部分花粉正常形成，从而恢复部分育性。 结论 SlMYB80作为拟南芥MS188/AtMYB80的直系同源基因编码一个R2R3 MYB转录因子定位于细胞核中，其多肽链C末端17个氨基酸为激活结构域，能部分互补ms188突变体花粉败育的表型，揭示了MYB80转录因子功能的保守性。

目的 建立一种简单、高效且无需组培的马铃薯遗传转化方法并鉴定StHKT1基因功能，为后续批量研究马铃薯基因功能及培育优质种质奠定基础。 方法 将蘸取发根农杆菌的马铃薯顶芽置于MS固体培养基上诱导毛状根，评估其诱导和转化效率；通过RT-qPCR检测毛状根中StHKT1基因的相对表达量。利用NaCl处理对照组和过表达StHKT1的复合体马铃薯植株并分析耐盐性。 结果 侵染顶芽约30 d后可获得具有大量毛状根的复合体植株，其中毛状根诱导和转化效率分别为100%和87.4%，复合体植株毛状根中StHKT1基因的相对表达量显著增加。在100 mmol/L NaCl处理下，转基因毛状根较对照组更长，复合体植株鲜重优于对照组；不同浓度NaCl诱导下，StHKT1基因的相对表达量显著上调，且转基因毛状根重量增幅大于对照组。最后，在200 mmol/L NaCl处理下，过表达StHKT1复合体马铃薯植株的生长状态优于对照组，丙二醛含量显著降低，叶绿素含量和SOD酶活性显著升高。 结论 利用马铃薯毛状根遗传转化体系可快速获得转基因复合体植株，且带有过表达StHKT1毛状根复合体马铃薯植株的耐盐性更强。

目的 泛素结合酶E2（ubiquitin conjugating enzyme, UBC）是底物泛素化的关键酶，在植物生长发育中具有调控作用。探究CaUBC38基因在辣椒果实成熟和高温胁迫响应过程中的作用，为辣椒的分子育种奠定基础。 方法 以辣椒（Capsicum annuum）骨干亲本‘6421’为材料，从辣椒中克隆CaUBC38，并对其蛋白序列、蛋白结构、亚细胞定位、表达模式进行详细分析；通过RT-qPCR技术分析CaUBC38在辣椒根、茎、叶、花、果实不同发育时期的表达模式，构建CaUBC38病毒诱导的基因沉默（virus induced gene silencing, VIGS）载体，以离体辣椒果实为材料，探索CaUBC38基因的功能；同时构建CaUBC38过表达载体，得到转基因株系。 结果 辣椒CaUBC38编码区393 bp，共编码130个氨基酸；包含典型的UBCc超家族保守结构域，属于UBC基因家族；蛋白的分子质量为14.80 kD，推测为酸性的不稳定蛋白，无跨膜结构域和信号肽；含有9个丝氨酸磷酸化位点；CaUBC38的二级、三级结构预测结果表明，其主要由无规卷曲和α-螺旋组成。系统进化分析表明，CaUBC38与茄科其他物种的同源性较高。亚细胞定位结果显示CaUBC38蛋白主要定位于细胞质膜、细胞核上。RT-qPCR检测发现，CaUBC38在辣椒果实中的表达量高于根、茎、叶、花，且果实转色期的表达量高于红熟期、绿熟期、未熟期。通过VIGS技术沉默CaUBC38后发现，辣椒果实转色延缓。同时构建CaUBC38过表达载体，得到转基因拟南芥株系，CaUBC38过表达拟南芥植株耐热性降低。 结论 沉默CaUBC38延缓辣椒果实成熟，过表达CaUBC38拟南芥株系耐热性降低。

目的 鉴定甘蓝生长素响应因子ARF基因家族成员，分析BoARF基因在甘蓝多种非生物胁迫中的表达模式，为明确甘蓝ARF基因家族功能奠定基础。 方法 通过生物信息学方法，在甘蓝基因组中鉴定出36个ARF基因家族成员，并对其进行系统发育树构建、保守基序鉴定、染色体定位、顺式作用元件预测以及共线性分析。采用实时荧光定量PCR技术，检测甘蓝BoARF基因在不同非生物胁迫（低温、高温、干旱和盐胁迫）下的表达模式。 结果 系统发育分析表明，36个BoARF基因可被划分为4组，这些基因分布于甘蓝的9条染色体上。36个BoARF基因都包含ARF家族的保守结构域Auxin_resp。除BoARF31外，其余35个成员均含有B3型DNA结合结构域。在基因结构方面，大多数成员含有12‒15个外显子。种内共线性分析检测到17对具有共线性关系的基因对，种间共线性分析发现甘蓝ARF基因家族与拟南芥中有27个共线性关系，与白菜含有30对共线性基因。启动子分析发现多种与光响应、激素响应及逆境响应相关的顺式作用元件。BoARF基因在非生物胁迫下的表达模式分析发现，BoARF基因对低温、高温、盐和干旱胁迫处理具有不同程度的响应，表明ARF基因家族可能参与甘蓝对非生物胁迫的适应性调控。 结论 甘蓝中共鉴定出36个BoARF基因，定位于9条染色体。ARF基因启动子含有与非生物胁迫相关的顺式作用元件。BoARF基因在非生物胁迫下表现出不同的表达模式。

目的 硝酸转运蛋白1/多肽转运蛋白家族（NRT1/PTR family, NPF）在植物氮素吸收、激素运输及逆境响应中发挥关键作用，解析茶树CsNPFs基因特性及表达模式，为茶树氮素高效利用和抗逆分子育种提供理论依据。 方法 通过基因克隆、生物信息学分析及RT-qPCR方法，鉴定CsNPFs基因家族成员，探究其组织表达特性及对激素（IAA、ABA、GA₃）和硝酸盐（NO₃^-）处理的响应规律，并通过拟南芥异源表达验证CsNPF7.3的功能。 结果 共克隆得到6个CsNPFs基因全长CDS序列，其编码蛋白均为疏水性跨膜蛋白；系统进化分析显示，CsNPFs与狭叶油茶ClNPFs亲缘关系最近。基因组织表达特性分析显示，CsNPF5.5/7.3主要在根部表达，CsNPF2.13/2.7/3.1/7.1主要在叶片中积累。激素处理可显著诱导基因的表达，其中CsNPF7.3在根系中受激素诱导呈现明显的上调表达现象，推测其可能为根系中激素传递的关键基因，而CsNPF5.5则在激素的诱导下在叶片中呈现明显上调表达的现象，受到组织内部的相关因素调控。NO₃^-处理下，叶片中CsNPFs基因响应显著，且除CsNPF2.7和CsNPF3.1外，基本都呈下调表达模式；根系中CsNPF5.5和CsNPF7.3则呈显著上调的表达规律。拟南芥超表达验证显示，CsNPF7.3过表达可显著增加拟南芥的生物量积累，并增强植株对IAA、ABA和GA₃的响应，促进其侧根发育、根系伸长及叶柄长度的增加。 结论 CsNPFs在茶树的氮素吸收和激素响应过程中发挥着重要作用，其中CsNPF7.3为茶树根系中的关键功能基因，可参与调控茶树的生长及逆境适应。

目的 探究南阳艾在生长发育过程中萜类成分的变化规律，解析其萜类化合物在积累中的分子催化机制。 方法 采用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）和PacBio平台的单分子实时测序技术（single molecule real-time, SMRT）对南阳艾的嫩叶和老叶进行代谢组学和转录组学联合分析。 结果 嫩叶与老叶代谢组学分析共得到150个差异代谢物，包括萜类（33个）、杂环化合物（26个）和酯类（24个）等，其中老叶相对于嫩叶有149个下调代谢物和1个上调代谢物，共有4个差异代谢物富集到与萜类生物合成有关的代谢通路中。转录组学结果表明，嫩叶和老叶的差异基因有711个，其中406个上调，305个下调，有2个差异基因注释到与萜类合成相关的途径。有12种特定的萜类代谢物参与萜类生物合成，与之相关的关键基因主要有1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶（1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase, DXS）、牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶（geranylgeranyl pyrophosphate synthase, GGPS）等。 结论 南阳艾嫩叶与老叶的基因表达和代谢水平具有一定差异，但在萜类生物合成途径上基因的表达量差异不大，推测原因为同一时期同一株植物不同发育程度的叶片基因表达差异程度较小。

目的 探究外源接种伯克霍尔德菌（Burkholderia sp.）与泛菌（Pantoea sp.）等溶磷菌株对田间油茶根际环境与养分吸收的影响，为红壤地区油茶菌肥的研发应用提供理论依据。 方法 以3年生大田栽植的‘长林40号’油茶为试验材料，设单接伯克霍尔德菌（Burkholderia sp.）HS5、单接泛菌（Pantoea sp.）CL37、混接Burkholderia sp. HS5＋Pantoea sp. CL37、添加等量无菌水对照（CK）4个处理。通过测定油茶叶片养分、土壤理化性质、生物有效性磷组分、磷酸酶活性和细菌群落等指标，并对测定指标进行冗余分析和Mantel分析。 结果 与CK处理相比，外源接种溶磷菌显著提高了油茶养分吸收。HS5+CL37处理显著提高土壤有效磷（AP）、磷素活化系数（PAC）、NH{}_{\mathrm{4}}^{+}-N含量和碱性磷酸酶活性（ALP），增幅分别为129.11%、227.30%、54.53%和8.82%。外源接种溶磷菌显著增加了氯化钙磷（CaCl₂-P）、柠檬酸磷（Citrate-P）和酶磷（Enzyme-P），但降低了盐酸磷（HCl-P）的含量，且HS5+CL37处理对Citrate-P和Enzyme-P提升最显著。外源接种溶磷菌对油茶根际细菌α多样性的影响不显著，但显著影响了部分优势门和属类的丰度。Mantel分析表明，Methylomirabilota与uncultured_Acidobacteria_bacterium显著正向影响油茶对氮磷的吸收。 结论 外源接种溶磷菌通过调节油茶根际细菌群落组成及增强土壤磷酸酶活性促进土壤磷素活化，从而提高磷素有效性，促进油茶养分吸收。

目的 在金针菇（Flammulina filiformis）基因组中鉴定酪氨酸酶（TYR）和漆酶（Lac）基因家族成员，分析TYR和Lac家族基因的组织表达模式及在不同颜色金针菇菌盖表皮中的相对表达水平，为研究TYR和Lac基因在金针菇颜色差异调控中的功能提供理论基础。 方法 基于基因组数据系统鉴定金针菇TYR和Lac基因家族成员，利用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）技术分析基因在不同颜色菌株（白色、黄色和褐色）菌柄和菌盖表皮组织的表达水平，并对酶活性进行测定。 结果 在金针菇基因组中共鉴定到3个TYR基因和11个Lac基因，编码蛋白均具有该家族典型保守结构域和保守基序，并与其他食用菌的相同基因家族成员亲缘关系较近。RT-qPCR分析显示，TYR3、Lac6和Lac11基因则在不同颜色菌株菌盖表皮的表达水平均高于菌柄表皮组织；Lac2在颜色较深的褐色菌盖表皮中显著高表达，而在白色和黄色菌株相对较低。进一步测定酶活性显示，白色菌盖表皮组织中的TYR酶活性显著高于褐色和黄色菌株；而Lac酶活性则在褐色菌盖表皮组织更高，其次是黄色，白色菌株中Lac酶活最低。 结论 在金针菇中鉴定出3个TYR和11个Lac家族基因；其中，漆酶家族成员可能通过催化酚类物质氧化聚合参与金针菇黑色素合成，导致金针菇菌盖呈现褐色表型。

目的 成纤维细胞生长因子18（FGF18）作为毛囊周期的关键调控分子，对毛发生长、毛囊发育具有核心调控作用，而在绵羊等家畜中，其调控羊毛生长的功能与分子机制尚未明晰。基于此，建立一种精准的绵羊成纤维细胞生长因子18（FGF18）单碱基突变系统，利用单碱基编辑系统对绵羊FGF18基因进行定点编辑，探索该技术在农牧业基因改良中的应用潜力，为未来提高羊毛产量提供理论依据。 方法 根据绵羊成纤维细胞FGF18基因的第3、4外显子序列设计并合成了3个单导向RNA（single guide，sgRNA）及其互补链，将退火连接形成的sgRNA分别克隆至pGL3-U6-sgRNA-PGK-puromycin表达质粒中。通过电转染方式，将含有特异性sgRNA的U6表达质粒与AncBE4max质粒共转染至绵羊成纤维细胞，转染72 h后对细胞进行测序验证。 结果 PCR扩增的FGF18基因片段经T-A克隆后，测序结果表明在FGF18基因的第3、第4外显子内成功引入了终止密码子。通过筛选和鉴定，成功获得了2个可有效定点编辑绵羊成纤维细胞FGF18基因的sgRNA（sg1和sg3），其编辑效率分别为13.8%和36.4%。 结论 建立的基于AncBE4max系统的绵羊成纤维细胞FGF18基因单碱基编辑系统，可实现外显子区域终止密码子的精准引入，并筛选出sgRNA-sg1和sgRNA-sg3两个有效编辑靶点。

目的 探究乙酰羟酸合成酶（AHAS）在黄曲霉毒素合成中的作用机制，特别是其通过代谢网络调控黄曲霉毒素合成的分子机理。 方法 采用4D Label-free蛋白质组学技术，系统地比较ΔAflaILVB/G/I菌株与野生型菌株的蛋白质表达谱差异，对获得的差异蛋白进行GO富集、KEGG富集和蛋白互作等分析。 结果 质谱分析结果显示，共鉴定出1 158个差异表达蛋白，其中521个表达上调，637个表达下调，与黄曲霉毒素合成相关的17个差异蛋白中，有14个明确属于黄曲霉毒素合成基因簇上的蛋白且均呈现显著性表达下调，该结果与RNA-Seq和RT-qPCR结果相对一致。将这17个蛋白与支链氨基酸合成相关的9个差异蛋白互作网络分析发现，AHAS对黄曲霉毒素合成的调控机制可能不是通过关键节点蛋白来实现，而是通过影响代谢通路的物质分配来实现的。 结论 ΔAflaILVB/G/I菌株通过干扰缬氨酸和异亮氨酸的生物合成导致琥珀酰辅酶A和琥珀酸生成不足，进而引发一系列代谢重编程。这种代谢重编程不仅抑制黄曲霉的生长，还影响黄曲霉毒素的合成。

目的 探究虾青素（astaxanthin, AST）对黄曲霉毒素B₁（aflatoxin B₁, AFB₁）诱导肝损伤的保护作用及分子机制。 方法 构建AFB₁诱导小鼠肝实质AML21细胞和C57BL/6小鼠模型，商品化试剂盒检测AST处理后生化指标（谷草转氨酶、谷丙转氨酶和碱性磷酸酶）、氧化指标（ROS、MDA、SOD、GSH和CAT）和炎症指标（IL-1β和IL-18）的水平，蛋白质免疫印迹（western blot, WB）方法检测AST对Nrf2和焦亡信号通路的影响。 结果 体内外结果一致表明，AST可有效缓解AFB₁导致的生化指标、氧化指标和炎症指标的异常。AST激活Nrf2信号通路，显著升高抗氧化蛋白NQO1、HO-1、GCLC和GCLM的水平；Nrf2抑制剂ML385处理AML21细胞后，Nrf2、NQO1和HO-1蛋白表达水平显著降低，AST和ML385共同处理后，蛋白表达水平被显著逆转。另外，AST还能抑制焦亡途径，显著降低NLRP3、ASC、Caspase-1和GSDMD蛋白表达水平。 结论 AST通过激活Nrf2信号通路抑制细胞焦亡，从而抵抗氧化应激和炎症反应，缓解AFB₁诱导肝损伤。