全基因组选择（GS）育种是根据训练群体全基因组上的分子标记基因型和表型之间的关联构建遗传模型，进而对基因型已知的待选群体进行育种值估计或表型预测，以实现对育种群体高效和精确的选择。相比于常用的分子标记辅助选择育种，GS育种无需进行标记显著性测验，特别适用于微效多基因控制的数量性状，可以缩短育种周期，降低育种成本，现已成为动、植物育种领域的一项前沿技术。然而，对受环境影响较大的作物产量等数量性状而言，仍面临着基因组预测准确性难以提升的瓶颈问题。本文首先分析了影响作物GS功效的主要因素，继而从非加性效应模型、群体构建方案、多性状与多环境预测、多组学预测和育种芯片技术现状等方面阐述了GS技术在作物育种中的研究进展，并指出研究所面临的问题和发展前景，为推动作物GS育种技术的进一步深入研究提供策略和思路。
【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。
MYB作为植物中最大的多功能转录因子（transcription factors, TFs）家族之一，在基因转录水平上广泛地参与调控植物生长发育、激素信号转导及逆境胁迫应答等过程。该类转录因子N端含有典型的MYB结构域，根据MYB结构域中R重复序列的数量分为不同的亚组；而C端结构域差异较大，因此功能上具有多样性。大量研究表明，在受到外界环境信号的激活后，MYB可单独或通过和其他蛋白互作后，与下游靶基因启动子区域的顺式作用元件MYBCORE和AC-box结合，参与调控下游胁迫应答相关基因的表达，从而调节植物对逆境胁迫的耐受性。另外，MYB也通过参与脱落酸（abscisic acid, ABA）、油菜素内酯（brassinolide, BR）、茉莉酸（jasmonic acid, JA）和活性氧（reactive oxygen species, ROS）等信号通路的方式，对非生物胁迫以及生物胁迫做出应答反应。论文对植物MYB家族的结构与分类及其作用方式进行了归纳，重点对植物MYB参与调控响应盐、干旱、极端温度、营养亏缺、重金属以及病原菌等非生物和生物逆境胁迫的作用机制进行了综述，并对未来重点研究方向提出了展望，为今后农作物的抗逆性遗传改良和生物育种提供优异基因资源和理论支持。
棉花是全球重要的经济作物和纺织工业原料，选育优良新品种是提高棉花产量、品质和植棉效益的主要途径。然而，传统育种方法在改良作物遗传特性方面存在很大的局限性，而基因编辑技术为加快棉花种质创新和遗传改良提供了契机。基因编辑技术是一种利用人工设计的核苷酸酶，对生物体特定DNA序列的基因组片段进行删除、修改、插入或替换单个或多个核苷酸，从而实现对目标基因精确编辑的技术方法。本文首先综述了ZFNs、TALENs和CRISPR三种主要基因编辑系统的原理，以更好地理解如何利用基因编辑技术改良棉花的生长发育、抗逆性等性状；其次，重点评述了当前备受关注的CRISPR基因编辑系统在改良棉花抗逆性、纤维与种子品质性状等方面的应用；最后分析了基因编辑技术在应用过程中存在的不足和局限，并指出未来应进一步优化开发有知识产权的基因编辑系统，提高其精确性、安全性，促进其在棉花种质创新和遗传改良中的应用。
【目的】探究盐胁迫下高粱根系微生物群落结构变化，以及高粱根系微生物群落网络特征。【方法】以2种耐盐性不同的高粱品种河农16（盐敏感）和高粱蔗（耐盐）为试验材料，通过盆栽种植，不同盐胁迫处理，利用16S扩增子测序技术对其根系微生物组进行高通量测序。【结果】随着盐胁迫的加剧，高粱根系的总酚和总黄酮含量逐渐增加，适宜的盐胁迫通过诱导酚酸类化合物的合成来提高高粱的耐盐性。高粱根际土壤优势菌门为变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和绿弯菌门（Chloroflexi）。盐胁迫条件下Proteobacterisa、Bacteroidetes和Pseudomonas的相对丰度随盐胁迫的加剧显著升高。盐胁迫下高粱根际细菌组成受生育时期的影响较小，高粱根际细菌的群落结构均随盐胁迫程度的加剧而变迁。加权基因共表达相关网络分析（weighted gene co-expression network analysis, WGCNA）鉴定了12个基因共表达模块，其中pink模块与盐胁迫显著正相关，greenyellow模块与生育时期和盐处理后的根系总酚、总黄酮含量显著正相关。低盐土壤细菌共现网络比高盐土壤更为复杂，表现为节点和连接更多。鉴定出13个网络关键OTUs，OTU8480、OTU6866、OTU3247和OTU3499是S0网络中的关键OTUs，S3网络中为OTU6895、OTU4206、OTU6470、OTU1810和OTU4916，S7网络以OTU4217、OTU8426、OTU4847和OTU6066为关键类群。【结论】盐胁迫下高粱根系微生物的多样性发生改变，共现网络更为复杂，OTUs间联系更为紧密。
【目的】高保真编辑器有望大范围降低传统CRISPR/Cas9系统在家禽基因编辑过程中发生的脱靶效应（off-target），但是其在家禽的应用目前仍然缺乏数据支持。为了评估高保真编辑器在家禽细胞中靶向（on-target）的编辑效果与脱靶特性，从而对家禽的分子遗传育种和种质资源利用提供有效参考。【方法】选取5种目前已被报道且具有较高精确性的高保真Cas9变体，分别与设计的sgRNA共同对鸡的DF-1细胞进行转染，收集阳性细胞进行基因测序，并对不同的高保真编辑器进行编辑效率与脱靶效应的平行对比。【结果】在针对禽流感抗性相关基因ANP32B和生殖相关基因DAZL的多个sgRNA测试中，eCas9维持较高的编辑活性的同时表现出了较低的脱靶效应。同时，在检测的多种高保真变体中，SuperFiCas9具有最低脱靶效应，但是在家禽DF-1细胞的基因编辑中会发生明显的编辑效率下降。【结论】多种高保真编辑器在家禽细胞内均展现编辑活性，其中eCas9编辑器具有高效、低脱靶的特性，可作为鸡重要经济性状的遗传改良和分子育种工作的优选高保真编辑工具。
【目的】鉴定重要农作物小麦（Triticum aestivum L.）上参与糖酵解的烯醇化酶家族成员ENO2编码基因TaENO2，分析TaENO2的可变翻译特征及产物蛋白的烯醇化酶活性。【方法】采用生物信息学方法鉴定小麦基因组中的TaENO2基因；选择1个TaENO2为代表，以原生质体为受体通过外源表达方法分析该基因的可变翻译产物，通过原核表达和亲和层析过程纯化该基因的重组蛋白产物并测定其烯醇化酶活性。【结果】小麦的六倍体基因组中含有3个部分同源的TaENO2基因，3个基因的产物蛋白含有保守的烯醇化酶活性中心，编码烯醇化酶蛋白序列第94位甲硫氨酸残基（M94）的ATG密码子（ATGM94）是潜在的内部可变翻译起始位点。在原生质体中，外源导入的TaENO2表达出定位于细胞质和细胞核的全长产物烯醇化酶和定位于细胞核的N端截短产物转录抑制因子TaMBP-1两种蛋白，而外源导入的突变ATGM94后的TaENO2基因只表达全长产物烯醇化酶。获得了纯度较高的可溶性重组蛋白GST-TaENO2，该重组蛋白在体外能够催化由2-磷酸-甘油酸（2-PGA）向磷酸烯醇丙酮酸（PEP）转变的烯醇化酶反应。【结论】小麦基因组含有3个烯醇化酶ENO2编码基因TaENO2。在外源表达的情况下，TaENO2表现可变翻译特征，可分别从第一起始密码子和内部ATGM94密码子处起始表达出全长形式的烯醇化酶蛋白和N端截短形式的TaMBP-1蛋白。原核表达的重组蛋白GST-TaENO2具有体外烯醇化酶活性。
【目的】对实验室分离筛选得到的一株解淀粉芽孢杆菌SQ-2进行促生特性研究，确定该菌株对水稻促生的浓度范围与作用机制，并分析接种菌株前后的土壤菌群结构。【方法】利用钼蓝比色法与固氮酶试剂盒对菌株SQ-2的溶磷能力及固氮酶活性进行检测。将102、104、106、108和3×108 CFU/mL的菌悬液接种至水培与土培水稻中，分别培养14 d和20 d后测定其水培、土培水稻的根茎干鲜重、茎长与茎粗。采用苯酚-次氯酸钠比色法、茚三酮检测法与3,5-二硝基水杨酸比色法测定土培水稻土壤中脲酶、蛋白酶与蔗糖酶的活性。利用pH计电位法检测土壤pH值，用对应试剂盒检测土壤速效氮磷钾含量及酸性磷酸酶活性，并对接种3×108 CFU/mL组的土培水稻土壤进行根际细菌群落结构分析。【结果】菌株SQ-2对磷酸三钙的溶解量为229.63 mg/L，固氮酶活性为55.07 U/L。与对照相比，接种菌悬液浓度在104 CFU/mL时，水培水稻根的干、鲜重增长最为显著；在接种浓度为3×108 CFU/mL时，土培水稻根茎的干、鲜重增长最为显著。随着接种菌悬液浓度的升高，上述土壤酶活性与速效氮磷钾浓度都有着不同程度的增加，而接种菌株3×108 CFU/mL的土壤pH值则由原来的7.83降至7.26。接种菌株SQ-2改变了水稻根际土壤中的菌落构成，显著提高了土壤α多样性的Ace、Chao、Sobs与Shannon指数。【结论】解淀粉芽孢杆菌 SQ-2对土培、水培水稻均有不同程度的促生效果。在土培实验中，能够通过提高土壤酶活性、速效氮磷钾水平及改变土壤菌群结构来起到促生作用，为细菌菌肥的研发提供了新的菌株资源。
丛枝菌根（arbuscular mycorrhizal，AM）是球囊菌门真菌与植物根系组成的共生体系，71%的维管植物有AM。球囊菌门（Glomeromycota）现下设1纲4目11科27属，约有300种丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）。AMF可以提高植物对干旱、盐度、重金属等非生物胁迫和由其他生物引起的生物胁迫的抵抗力以及调节植物次生代谢产物的合成。本文综述了AMF对植物逆境胁迫和次生代谢产物影响的研究进展。阐述了AMF对植物形态结构、生理生化、基因表达和次生代谢等生命活动的影响。总结了AMF提高植物逆境胁迫抗性和调节植物次生代谢产物合成方面的作用机理。旨在为深入研究AMF响应植物逆境胁迫和调节植物次生代谢产物合成的作用机理提供参考。
【目的】开发哺乳动物细胞R-loop靶向编辑技术，探究其在肿瘤细胞耐药性研究中的应用。【方法】构建无酶切活性的Cas9与具有R-loop水解活性的RNase H1融合蛋白dCas9-RNaseH1表达载体，用于实现对R-loop的靶向编辑。在HeLa细胞中稳定表达该融合蛋白，建立R-loop靶向编辑细胞模型。转染覆盖全基因组转录起始区域的sgRNA文库，构建R-loop筛选细胞库，筛选影响紫杉醇和顺铂耐药性的R-loop功能位点。【结果】筛选获得744个影响HeLa细胞耐药性的R-loop功能位点，覆盖了细胞周期、凋亡、信号传导等关键生物通路。其中，26个位点使HeLa细胞对这两种药物产生耐药性，8个位点使其对这两种药物敏感，提示可能存在共享的生物通路。功能验证显示，部分R-loop功能位点通过调节相关基因（如ZBTB20、SPON2、ACTRT1等）的表达来影响HeLa细胞对抗肿瘤药物的敏感性。【结论】成功开发出适用于哺乳动物细胞的R-loop靶向编辑系统，并建立高通量筛选平台。
【目的】植物内生真菌是一类重要的微生物资源，对植物生长具有积极的影响。接种方式是内生真菌发挥促生效果的关键环节。探究不同接种方式对内生真菌促生能力的影响，为内生真菌应用提供参考。【方法】以课题组前期从荒漠植物根内生真菌中筛选能促进青贮玉米生长的不同种属的4株内生真菌和印度梨形孢（PI）为供试菌株，采用菌丝片段悬液灌根和菌丝团包根两种方式分别将5株内生真菌接种至青贮玉米盆栽幼苗，30 d后测定接种青贮玉米幼苗的生物学性状，比较不同接种方式对青贮玉米生长的影响。【结果】接种方式对5株内生真菌在青贮玉米幼苗根内菌丝侵染率和幼苗基茎粗均无显著影响，但其他17个与青贮玉米生长相关的性状受接种方式影响显著，主成分分析结果显示5株内生真菌采用菌丝片段悬液灌根方式促生效果均显著优于菌丝团包根，以印度梨形孢和菌株Tm36的两种接种方式得分差值最大。接种印度梨形孢和菌株Tm36的青贮玉米幼苗株高、地上鲜重、地上干重、平均叶面积、叶相对含水量、根鲜重、根表面积、根体积、全株鲜重和全株干重等10个性状在两种接种方式间均有显著差异，其中差异最大的株高、地上鲜重、平均叶面积、根鲜重和全株鲜重等5个指标，菌丝片段悬液灌根接种印度梨形孢增长率是菌丝团包根接种的7.78倍、3.74倍、15.97倍、7.93倍和5.36倍，接种菌株Tm36是8.65倍、4.33倍、11.18倍、16.58倍和7.53倍。【结论】接种方式显著影响内生真菌促生效果，菌丝片段悬液灌根接种方式对青贮玉米幼苗促进生长效果优于菌丝团包根接种方式，推荐使用菌丝片段悬液灌根法。
【目的】组蛋白H1对于染色质高级结构的维持和稳定具有重要作用，研究水稻H1对基因表达的影响，为深入理解水稻H1的生物学调控功能提供依据。【方法】通过半定量RT-PCR与RT-qPCR对水稻4个H1基因进行表达分析，利用CRISPR技术创建水稻H1基因编辑植株，鉴定突变体表型，对突变体进行转录组学分析。【结果】水稻4个H1基因的表达比较广谱，在根中的表达较低；在T0代CRISPR突变体筛选过程中发现H1.1-H1.4发生多种突变；在T1代筛选到一株Osh1.1 Osh1.3 Osh1.4纯合三突变体，该三突变体具有多种发育缺陷，成为转录组分析的材料；进一步在T2代得到三突和四突群体，该群体约25%为白化苗，植株生长迟缓，在响应干旱胁迫方面发生缺陷；对三突变体进行转录组学分析，鉴定到1 055个差异表达基因，显著上调的基因约为下调基因的2.5倍，说明H1可能具有抑制基因表达的功能。【结论】在突变体中，光合作用、胁迫响应、氨基酸代谢和RNA代谢等多种途径均发生调控紊乱；其中，核糖体蛋白和光合作用相关基因显著上调，与干旱胁迫相关的脱氢酶基因显著下调。核糖体途径基因过量表达可能造成蛋白质稳态失调，导致植物发育缺陷。
RNA修饰是一类重要的表观遗传修饰，它是指在RNA分子的碱基或核糖上添加化学修饰基团。RNA甲基化和乙酰化是其中两种关键的修饰类型，它们通过调控生物的遗传信息来行使重要的生物功能。这两种修饰均是由writers（编码器）、erasers（消码器）和readers（解码器）三类调控因子进行动态可逆的调控，对RNA剪接、转运、翻译、运输和降解等代谢过程产生至关重要影响。近年来，随着RNA修饰检测技术的发展，研究者在植物中发现了一些新的RNA修饰位点，并证实了RNA的甲基化和乙酰化修饰在植物的生长发育以及应对生物和非生物胁迫方面起着关键的作用。本文首先概述了RNA修饰的类型及其生物学特性，并在此基础上重点回顾了近年来关于RNA甲基化和乙酰化调控因子的研究进展，最后总结了RNA甲基化和乙酰化在植物生长发育和应对胁迫过程中的功能，并展望了RNA修饰在植物中的一些新的研究方向，以期为进一步开展植物中的RNA甲基化和乙酰化修饰相关研究提供理论依据和新思路。
【目的】葡萄是我国栽培广泛的五大果树品种之一，长期过量施用化肥，破坏微生物生态，从而影响葡萄产量和品质。探究不同来源菌株的复合微生物菌剂对改善葡萄果实品质的作用。【方法】采用复合微生物菌剂[短短芽胞杆菌（Brevibacillus brevis）FJAT-0809-GLX、贝莱斯芽胞杆菌（Bacillus velezensis）FJAT-55034及短短芽胞杆菌（B. brevis）FJAT-10623]灌根，分析复合微生物菌剂对葡萄生长和果实品质及根际土壤酶活性、可培养芽胞杆菌多样性等的影响。【结果】复合微生物菌剂能够促进葡萄叶片生长，提高叶片的叶绿素a和类胡萝卜素含量及POD和PPO活性。处理组葡萄幼果的叶绿素b含量、SOD和PPO活性分别比对照组提高了100%、11.77%和66.67%。施用复合微生物菌剂能够促进葡萄提早成熟及果实转色，提升果实品质，其中，单果重比对照高出29.06%，可溶性固形物和可溶性蛋白分别比对照组提高了7.31%和94.74%，且处理组成熟果实的PPO酶活性显著高于对照组。此外，复合微生物菌剂能够显著提高土壤淀粉酶、过氧化氢酶、纤维素酶、蔗糖酶活性及芽胞杆菌的种类和数量。相关性分析表明，辣椒芽胞杆菌（Bacillus zanthoxyli）和假蕈状芽胞杆菌（Bacillus pseudomycoides）可促进葡萄叶片生长及果实品质提升。【结论】复合微生物菌剂具有改良土壤、促进葡萄生长和提升果实品质的作用。
【目的】 探究产胞外多糖（exopolysaccharides, EPS）菌株在促进盐碱土中植物生长，改善土壤性能等方面的影响，为研制适用于盐碱土壤修复的微生物菌剂奠定基础。【方法】 从新疆喀什地区盐碱草地根际土壤中筛选产胞外多糖菌株，基于16S rRNA基因序列比对及系统发育分析对产胞外多糖菌株进行种属鉴定，采用单因素和响应面法优化最高产菌株的培养基组分，通过接种试验评估其对盐碱土栽培植物的促生效果及土壤团聚体的影响。【结果】 共筛选出19株具有产胞外多糖能力的菌株，隶属于7个菌属，以假单胞菌属（Pseudomonas）占绝对优势。菌株产糖量介于236-1 544 mg/L，尤以泛菌属Pantoea MQ A0产糖量最高，且兼具固氮、产吲哚乙酸（IAA）和铁载体、解磷等功能。MQ A0的最适产糖发酵培养基为甘油12.5 mL/L，蛋白胨9.0 g/L，酵母粉5.5 g/L，CaCO3 5.1 g/L，在此条件下菌株产糖量达2 436 mg/L，较优化前增加57.8%。接种MQ A0发酵液使盐碱土栽培的玉米株高、鲜重、茎粗、须根数和总根长分别提高41.2%、203.0%、42.7%、30.4%和99.7%；粗多糖提取液对土壤团聚体的形成也有显著促进作用（P<0.05）。【结论】 高产胞外多糖菌株MQ A0兼具多种促生特性，在促进盐碱土中植物生长和土壤改良方面效果显著。
【目的】盐胁迫影响花生种子萌发和植株生长，阐明盐胁迫下适量施肥提高种子萌发率和花生产量的内在调控机制，并解析该过程与种子际土壤细菌菌群结构的关系，为通过改良种子际土壤微生物环境，提高花生出苗健苗率、耐盐抗逆性和花生生产能力提供理论和技术依据。【方法】以耐盐花生品种（花育25号，HY25）为试验材料，设置3个氮素水平0、90和180 kg/hm2，采用盆栽试验和高通量测序技术，阐明氮肥施用对盐胁迫下花生种子际微生物菌群结构、花生发芽出苗和产量的影响。【结果】施加氮肥可有效提高花生种子在盐胁迫下的发芽率和最终产量，并以施氮量90 kg/hm2最适。16S rRNA测序分析显示，种子际的土壤细菌以变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、酸杆菌门（Acidobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、绿弯菌门（Chloroflexi）及芽孢杆菌门（Gemmatimonadetes）等为优势菌门。在属水平上，盐胁迫虽然提高了有益菌属拟杆菌属（Bacteroides）的相对丰度，但同时导致有害的链球菌属（Streptococcus）增多，最终降低了有益菌属芽孢杆菌属（Bacillus）、鞘脂单胞菌属（Sphingomonas）和溶杆菌属（Lysobacter）的相对丰度。盐胁迫下施氮可以显著改善种子际的土壤微环境，提高有益菌属拟杆菌属、芽孢杆菌属、鞘脂单胞菌属的相对丰度，对土壤修复和地力提升有一定的帮助，同时还能增强花生抗逆性。【结论】盐胁迫下适量施氮可提高种子际有益菌属的相对丰度，从而提高花生种子的发芽率和耐盐性，最终促进盐胁迫下的花生增产。
【目的】 bHLH转录因子广泛存在于植物中，是调控植物生长发育和响应逆境胁迫的重要转录因子家族之一。从金钗石斛全基因组中鉴定DnbHLHs转录因子家族，分析其表达特点，为后续深入研究DnbHLHs转录因子的生物学功能奠定基础。【方法】 利用生物信息学方法从金钗石斛全基因组中鉴定出bHLH转录因子家族成员，并对其理化特征、系统进化关系、基因结构、染色体定位和启动子顺式作用元件等进行分析，利用转录组数据和RT-qPCR分析DnbHLHs转录因子的组织表达模式和不同非生物胁迫下的表达规律。【结果】 在金钗石斛中共鉴定出137个bHLH转录因子，DnbHLHs蛋白的氨基酸数量为85-1 260，分子量为9 855.23-140 024.19 Da，等电点为4.52-10.66，不稳定系数为31.94-87.42，脂溶指数为56.66-106.06，亲水指数为-0.815-0.185。DnbHLHs分布于金钗石斛的19条染色体上，都存在bHLH结构域，与拟南芥的bHLH同源，且组内、种间存在着共线性关系。基因表达模式分析显示，DnbHLHs家族成员存在组织表达特异性，且DnbHLH26和DnbHLH33对多种逆境胁迫有响应。【结论】 从金钗石斛全基因组中鉴定出137个DnbHLHs转录因子家族成员，该家族成员的理化性质和保守基序存在特异性和多样性的特征，不同DnbHLHs转录因子之间具有组织表达差异性，且DnbHLH26主要受高盐和高温胁迫的诱导，DnbHLH33主要受高盐、高温和低温胁迫的诱导。
植物的向性，即植物对光或重力等环境刺激信号产生的定向生长反应。在向重力性反应中，植物器官将重力感知为定向环境信号，来控制其器官的生长方向以促进生存。植物激素生长素及其极性运输在植物向重力反应中起着决定性的调控作用。质膜定位的生长素输出蛋白PIN-FORMED（PIN）通过动态的亚细胞极性定位，改变生长素运输的方向以响应环境刺激，由此植物器官间建立的生长素浓度梯度是细胞差异化伸长和器官弯曲的基础，来调控植物的形态建成和生长发育过程。本文主要讨论发生在植物重力感受细胞内早期重力感知和信号转导机制的最新研究进展、PIN介导的生长素极性运输、PIN的极性定位以及质膜蛋白丰度的调控机制等。
DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰，在动植物生长发育、疾病发生、基因表达调控等方面发挥着关键作用。临床上，DNA甲基化肿瘤标志物可以作为肿瘤的诊断、预后和治疗的生物标志物。DNA甲基化的准确检测对于阐明生物生长发育、疾病发生等生命机理具有重要意义。DNA甲基化测序技术是研究DNA甲基化的有力工具，被广泛应用于DNA甲基化在基因组上的定位。近年来，为了更好地检测DNA甲基化位点信息，科学家提出了一系列DNA甲基化高通量测序技术方法，提高了测序检测灵敏度，降低了测序成本和实验花费，显著推动了表观基因组学的发展。本文综述了一系列DNA甲基化测序技术方法，重点介绍了WGBS、TAPS、EM-seq三种测序技术的技术原理及其应用场景，并介绍了在单细胞水平上定位DNA甲基化的测序方法，最后展望其未来发展的方向。
【目的】 探究无患子（Sapindus mukorossi Gaertn.）雄性不育品种‘琦蕊’雄花不同发育时期的细胞学特征及差异表达基因，为深入解析无患子雄性不育发生的分子机制提供理论依据。【方法】 在观察雄花花药不同发育过程的细胞学特点基础上，进一步利用RNA-Seq技术分别对小孢子母细胞时期（T1）、四分体时期（T2）、单核小孢子时期（T3）的雄花进行转录组比较分析，筛选关键差异表达基因。【结果】 ‘琦蕊’绒毡层和内层细胞的持续膨大与增殖使得药室结构混乱，药室空间不足，最终导致无可育花粉产生。内源激素测定发现，茉莉酸水平在‘琦蕊’雄花发育过程中呈下降趋势。3个时期的转录组分析共筛选到2 990个差异表达基因（differentially expressed genes, DEGs），其中T2_vs_T1中722个（516个上调，206个下调），T3_vs_T2中1 741个（765个上调，976个下调）。GO和KEGG分析表明，这些DEGs主要富集在代谢过程、细胞分裂、花粉壁合成、激素信号转导等方面，共鉴定到32个花粉发育相关DEGs、27个激素合成及信号转导DEGs。随机选取9个DEGs进行RT-qPCR分析，结果与RNA-Seq数据趋势一致，证明转录组数据的准确性。【结论】 绒毡层细胞持续增殖和内层细胞延迟退化不断挤压小孢子是导致无患子‘琦蕊’雄性不育发生的主要原因，物质代谢、细胞分裂、激素水平、花粉发育等相关基因在雄性不育发生过程中发挥重要作用。
【目的】为获得耐盐植物促生菌，从甘肃景泰一处盐碱地中的植物根系中分离出多株耐盐菌，其中部分耐盐菌具有明显的植物促生特性。【方法】在前期研究基础上，选取1株耐盐菌W-1和盐敏感植物红豆草（Onobrychis viciaefolia）为试验材料，对菌株W-1的物种分类、耐盐、耐酸碱能力和植物促生特性进行检测，并探究其对不同浓度NaCl处理下红豆草生长和生理特性的影响。【结果】耐盐菌W-1为革兰氏阳性菌、产芽孢、无荚膜、有鞭毛，16S rDNA测序及比对结果显示，菌株W-1为暹罗芽孢杆菌（Bacillus siamensis）。菌株W-1对NaCl最高耐受度为13%，pH耐受范围为4.5-8.5。菌株W-1具有溶磷、解钾、固氮、产铁载体、产吲哚-3-乙酸（indole-3-acetic acid, IAA）和1-氨基环丙烷-1-羧酸（1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid, ACC）脱氨酶活性等多种植物促生功能。接种菌株W-1可显著提高红豆草的干重、鲜重，促进其根系生长。在100和150 mmol/L NaCl胁迫下，接种W-1可显著增加红豆草可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸和叶绿素含量以及过氧化氢酶活力，降低过氧化氢含量以及叶片黄化率和死亡率，减缓盐胁迫对红豆草生长的不利影响。【结论】W-1是一株具有耐盐、耐酸碱的优良植物促生菌，可增强豆科牧草的耐 盐性。
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】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】 油菜素唑抗性因子（brassinazole-resistant，BZR）是植物特有的转录因子，对植物的生长发育起着至关重要的作用。从甜瓜全基因组范围内鉴定CmBZR基因家族成员，分析其相关基因的表达模式，为进一步探究甜瓜BZR基因家族的生物学功能提供基础。【方法】 基于甜瓜全基因组数据，通过BLAST对甜瓜BZR家族基因进行鉴定，利用生物信息学的方法分析了该家族蛋白的理化性质、基因染色体分布、基因结构、蛋白质结构域、系统进化以及启动子顺式作用元件，并利用荧光定量PCR验证BZR家族基因在甜瓜不同组织及不同生长发育时期果实中的表达情况。【结果】 甜瓜中共鉴定到6个BZR基因，系统进化分析可将其分为5个亚家族，CmBZR基因分布于第3、7、8、11和12染色体上。所有的BZR蛋白质都具有保守的结构域。CmBZR基因启动子区域显著富集与生长发育、激素信号转导和非生物逆境胁迫相关的顺式作用元件。CmBEH1-4在茎、两性花以及子房中高表达，在生长期、成熟期、呼吸跃变期和呼吸跃变后期果实中也均有表达。【结论】 在全基因组范围内从甜瓜中系统鉴定出6个甜瓜CmBZR基因家族成员，不同基因在甜瓜的各个组织和不同的生长发育时期均有表达，且表达模式存在差异。
小麦（Triticum aestivum, AABBDD）是全球范围内重要的粮食作物之一，也是我国仅次于水稻的第二大粮食作物。小麦的广适性和生态类型多样性与其开花时间密切相关，而开花时间也是决定小麦产量及品质的一个重要的农艺性状。冬季的持续低温和春夏的长日照是确保冬小麦适时开花结实的两个关键季节性因素，小麦分别通过春化作用路径和光周期调控路径来感知并响应这两种环境信号，从而适时开花结实。本文分别对小麦春化途径和光周期调控途径进行了概述，对目前研究不足进行了分析，并对今后的研究方向进行了展望。
微生物是生命科学研究中不可或缺的重要资源，其研究对推动科学进步、促进人类健康和改善环境质量等具有重要意义。随着二、三代高通量测序技术的迅猛发展，我们对微生物世界的认知得到了极大提升，在面对大量的微生物组数据时，选择适当的分析方法以实现快速、准确的信息挖掘显得尤为关键。本文对近年来微生物组研究的进展进行了系统的回顾与分析，着重更新了扩增子、培养组和宏基因组等二代短读序宏基因组数据的分析工具，纳入了三代长读序宏基因数据的处理方案，并提出了标准化数据分析流程的必要性。此外，本文结合解析微生物组的实例案例，侧重介绍其在植物与根系微生物互作、微生物多样性等方面的应用实例，探讨了不同方法在微生物组构成、结构和功能分析中的优劣，展示了宏基因组数据挖掘在应用方面的潜力，以期拓宽宏基因组数据挖掘的研究思路。最后，本文指出了当前微生物组研究中的不足和面临的挑战，并展望了未来微生物组研究技术的标准化与流程化方面的发展趋势，以期加速微生物组的功能与应用的研究进程。
枯萎病严重危害香蕉生产，可致香蕉大幅减产甚至绝收。该病害通过土传、种苗调运等途径进行传播扩散，其病原菌产生的厚垣孢子在土壤中存活的时间长达30年，防治非常困难，是政府、学术界和产业界高度关注的对象之一。为了攻克这一难题，国内外科研工作者及相关从业者进行了广泛而深入的研究。本文从香蕉枯萎病的发生与危害、植物根际微生态及其与土传病害的关系、香蕉根际微生态及其在枯萎病防治中的作用和贡献等方面进行综述，并对其研究趋势进行了展望，以期为后续香蕉根际微生态的深入研究、优良生防资源的挖掘与创新利用及香蕉枯萎病的有效防治提供参考。
赖氨酸乙酰化修饰作为生物体内一种保守的蛋白翻译后修饰，参与多种生物学过程。大量的医学和植物病理学研究指出，乙酰化修饰在动物疾病和植物病害发生过程中发挥重要的调控作用。本文根据前人的研究进展，就乙酰化修饰参与植物病原物的致病过程，主要包括乙酰化修饰在调控病原物的生长发育和致病力，寄主植物的抗性以及病原物与寄主植物之间的互作等三方面内容阐述乙酰化修饰在植物病原物中的作用，旨在了解乙酰化修饰在病原物致病过程中发挥的作用，以期为病原物的防控提供新思路和新理论。
CRISPR-Cas系统是细菌或古细菌内抵御病毒再次入侵的一种适应性免疫系统，能够对靶向核酸进行切割。基于Cas9蛋白及其突变体的特性，科学家开发出多样化的基因编辑工具，能够对细胞内的基因进行敲除或敲入等基因编辑操作，实现生物的遗传变异；或对DNA或RNA进行表观修饰，调控基因的表达，已广泛地应用于生命科学的研究。禽类是农业中的重要物种，为人类提供优质的蛋白质。在禽类的基因组编辑和修饰中，CRISPR-Cas9技术仍处于研究状态，且只在鸡和鹌鹑两种家禽上取得实质性进展。本文从CRISPR-Cas9系统的组成成分、传递方法、优化策略介绍了CRISPR-Cas9基因编辑技术及其在家禽生产和疾病防控中的应用，为进一步开发适用于家禽体系的CRISPR-Cas9提供理论基础。
【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。
为了应对人类对粮食的需求，基于重要基因编码区编辑以产生有利性状的研究不计其数。转录调控是控制基因表达的关键，包括作物重要的农艺性状的控制。顺式作用元件和反式作用因子之间的相互作用决定基因的时空表达模式和表达水平，重要的元件包括转录因子结合位点、增强子等在这个过程中发挥重要作用。其中启动子作为最大且最重要的顺式作用元件，对其进行改造从而改变相关基因的表达模式来创造作物有利性状是不同于编码区编辑育种的有效策略。目前，启动子编辑策略有两种应用的方式。其一是定向改造以生成确定的有利性状，其二是在特定的启动子区域内随机产生新的等位基因，根据表型进行选择，同时也产生新的变异资源。本文主要讨论了启动子编辑在作物中的应用，包括提高产量、改善品质以及增强对生物和非生物胁迫的耐受性，旨在关注农作物精准育种最新前沿，为启动子基因编辑技术的开发与应用提供研究思路和理论借鉴。
雌配子体发育是开花植物有性生殖的重要前提，包括大孢子发生和雌配子体发生两个关键事件，该过程决定植物能否正常受精作用并完成世代繁衍。生长素是植物中广泛存在的一类植物激素，生长素在胚珠中的极性分布保证了胚珠的正常发育，但由于生长素信号途径十分复杂，且雌性生殖细胞位于组织内部，生长素信号途径在雌性生殖系建成的调控网络和分子机制仍不明晰。本文综述了生长素的合成、动态平衡和信号转导以及生长素调控大孢子发生和雌配子体发生相关研究，旨在对生长素激素信号途径调控雌性生殖系建成提供参考。
【目的】 果实酚类物质类别、含量是与橄榄营养及风味密切相关的重要品质性状，探究橄榄酚类物质生物合成的分子调控机制。【方法】 以总酚含量差异显著的橄榄（低酚/高酚）为试材，分别取花后80-160 d的果实进行转录组分析，对莽草酸-水解单宁/苯丙烷-类黄酮生物合成通路差异基因进行表征，并对差异表达基因进行WGCNA分析，从中挖掘与酚类代谢途径相关的转录因子。【结果】 转录组测序共获得296 314条Unigene，其中73%的Unigene被注释到数据库；4个品种（系）橄榄成熟果共鉴定到1 628个差异表达基因（DEGs），KEGG分析显示，DEGs在酚类代谢途径的“类黄酮生物合成”通路上显著富集；进一步对果实成熟过程莽草酸-水解单宁/苯丙烷-类黄酮生物合成途径的DEGs进行表征，结合WGCNA分析中每个模块与性状的R2和P值，筛选到4个关键模块，根据模块内基因的调控关系利用MCC拓扑分析法以度值≥1挖掘模块内关键转录因子，挖掘到137个转录因子Unigene与30个酚类合成结构基因Unigene共表达，转录因子Unigene功能注释来自35个基因家族，最多的为锌指蛋白（C2C2、C3H、C2H2、PHD），其次为B3、HB、MYB、NAC基因家族。【结论】 从转录组角度初步解析了橄榄鲜食品质在酚类代谢途径的差异，同时挖掘了调控酚类代谢的差异基因，对进一步探究橄榄鲜食品质差异的分子机制提供了重要依据。
【目的】挖掘参与油茶糖代谢及逆境响应的糖外排转运子（sugars will eventually be exported transporters, SWEETs）。【方法】利用生物信息学方法分析油茶SWEETs家族的基因结构、蛋白基序、染色体定位、共线性关系、启动子区顺式作用元件及上游调控因子等，并利用RT-qPCR分析CoSWEETs在不同时期、不同组织及不同逆境胁迫下的基因表达情况。【结果】从油茶中鉴定得到14个CoSWEETs基因，不均匀分布于10条染色体上，不同成员间内含子-外显子数目存在差异。根据系统进化关系，14个CoSWEETs可分为 4个分支，均具有1-2个MtN3 保守结构域，同一分支具有相似的基因结构和基序。根据启动子顺式作用元件和上游转录因子预测的分析结果，CoSWEETs启动子中含有多个与生长发育、植物激素和应激相关的调节元件，其表达可能受到ERF、DOF、BBR-BPC、MYB等转录因子的调控。RT-qPCR分析表明大部分CoSWEETs成员在果实和根中高表达，在种子中的表达水平与发育时期相关，并根据低温、高盐和干旱等非生物胁迫下CoSWEETs的表达模式挖掘出CoSWEET1、CoSWEET2、CoSWEET17等响应油茶低温、干旱或高盐胁迫的基因。【结论】CoSWEET基因的表达受到多种激素及转录因子调控，并在油茶种子发育与逆境胁迫响应中发挥重要作用。
【目的】利用CRISPR/Cas9技术构建Pmepa1基因敲除的TCMK1小鼠肾小管上皮细胞系，并探讨Pmepa1敲除对TGF-β刺激下TCMK1细胞纤维化的影响，为研究Pmepa1在纤维化模型中的作用提供细胞模型。【方法】根据CRISPR/Cas9设计原则设计靶向小鼠Pmepa1基因组序列的sgRNA序列，构建pX333载体并转染进入TCMK1细胞，采用流式分选mCherry阳性细胞、单克隆细胞扩增和测序鉴定Pmepa1敲除细胞，Western blot验证Pmepa1基因敲除情况。采用RT-PCR和Western blot分析Pmepa1敲除对TGF-β1诱导的R-Smad的活化和纤维化的影响。【结果】将sgRNA设计在Pmepa1第2个外显子，pX333-Pmepa1质粒转染TCMK1细胞48 h后，观察到mCherry荧光蛋白的表达，流式细胞分析转染效率约为17%，pX333-Pmepa1质粒转染阳性细胞经流式分选和单克隆扩增培养，得到19个细胞克隆，对Pmepa1基因位点上sgRNA靶点序列PCR扩增测序分析发现2个双等位基因移码突变细胞，Western blot验证Pmepa1蛋白表达缺失，表明Pmepa1基因敲除TCMK1细胞株构建成功，与未敲除细胞相比，Pmepa1敲除细胞在TGF-β1刺激下，p-Smad2和p-Smad3的表达显著升高，并且促进纤维化基因Fibronectin和Collagen I 的表达。【结论】利用CRISPR/Cas9技术成功构建Pmepa1基因敲除TCMK1小鼠肾小管上皮细胞系，为Pmepa1蛋白的功能研究建立了细胞模型以及Pmepa1在纤维化中的重要作用。
与单个基因组不同，泛基因组一般是指包含一个物种或群体中全部基因组信息的数据集。近十年来，泛基因组学在水稻中已逐步成为研究热点，相关泛基因组成果和工具已在群体遗传学、进化生物学和生物育种实践等多个下游研究领域中获得广泛应用。本文聚焦于水稻泛基因组学的发展历程与应用前景，回顾了水稻泛基因组学的内涵发展和研究成果的时间线，总结了现有的水稻泛基因组代表性重要成果工具及其在多个领域中的主要应用，展望了其面临的挑战和发展前景。
小RNA（small RNA，sRNA）介导的RNA沉默或RNA干扰（RNA silencing or RNA interference，RNAi）是真核生物基因表达调控的保守机制。内源或外源双链RNA（double-stranded RNA，dsRNA）被加工成sRNA，sRNA通过碱基互补配对识别靶标基因mRNA或DNA，通过降解mRNA、抑制翻译或者DNA甲基化在转录后或者转录水平调控基因表达。由于sRNA作用靶标特异性，RNAi技术被广泛地应用于基因功能研究、生物医药、作物分子设计育种以及开发新型农药等领域。自然界中sRNA能够在不同物种间传递并发挥作用，这一现象为RNAi应用技术的开发提供了理论基础。研究发现，dsRNA诱导RNAi的效率受多种因素影响，例如长度、剂量以及施用方式等。在细胞中，RNA结构的复杂性决定了其功能的多样性。本文概述了基于RNAi的作物病害防控技术的原理，包括宿主诱导的基因沉默（host-induced gene silencing，HIGS）技术、喷施诱导的基因沉默（spray-induced gene silencing，SIGS）技术和微生物诱导的基因沉默（microbe-induced gene silencing，MIGS）技术；总结了靶标RNA和sRNA结构影响RNAi效率的实验证据，以期加深对RNA结构影响RNAi效率地理解，为靶标筛选以及dsRNA设计提供经验，为开发高效RNAi技术提供参考；最后归纳了RNA结构检测和预测的代表性方法，为辅助设计高效诱导RNAi的dsRNA提供方法。
【目的】 挖掘离子型稀土矿山植物根际微生物资源，分离鉴定多功能根际促生菌，探究其生物学特性和促生作用，为微生物菌肥的开发探索创新途径。【方法】 对从赣南某离子型稀土矿区植物根际筛选的菌株DW019进行鉴定，基于16S rRNA基因序列分析和菌株培养特性确定其种属；通过检测菌株产IAA、铁载体和氨气的能力，初步确定其促生特性；采用平板对峙法测定菌株与典型土传病致病菌的拮抗效果；最后，采用盆栽实验对生菜的生长指标、叶绿素、抗氧化酶活性、营养品质进行测定，判断菌株DW019对生菜的促生效果。【结果】 菌株经鉴定命名为蜡样芽孢杆菌DW019，具有产IAA、铁载体和氨气的能力。平板对峙结果表明，菌株DW019对立枯丝核菌（Thanatephorus cucumeris）、水稻恶苗病病原真菌串珠镰孢（Fusarium moniliforme Sheldon）和番茄早疫病病原真菌链格孢（Alternaria alternata（Fries）Keissler）均有良好的抑制效果。与对照组相比，添加不同浓度DW019的盆栽生菜的生物学指标显著提高，叶绿素、自由水、维生素C、可溶性糖和丙二醛（MDA）含量以及过氧化物酶（POD）活性也有明显提升。【结论】 蜡样芽孢杆菌DW019是一株多功能根际促生菌，具有产植物激素和生物防治能力，对多种土传病致病菌有良好抑制效果，能显著促进植物生长并改善植物品质。
