生物技术通报

密植高产——我国玉米育种的最核心目标

严建兵, 赵久然

2023, 39(8): 1-3.

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玉米高产竞赛助力中国玉米种业振兴

冷燕, 马晓薇, 陈光, 任鹤, 李翔

2023, 39(8): 4-10. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0776

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高产竞赛已经在国际上广泛开展，涵盖玉米、小麦、大豆、水稻等粮食作物，且国际上的成功经验表明，开展高产竞赛可以有效促进良种良法配套，增强品种培育能力，提升作物产量。在我国粮食安全面临新挑战的形势下，如何借鉴其他国家的成功经验以提升我国粮食增产潜力，需要进一步探索。国家玉米种业技术创新中心以“良种+良法”为核心的高产技术推广链，发展高产基因+高产品种的生物育种创新链，贯通小面积试验到大面积应用的增长链，实现全国范围内可复制、可推广的玉米高产模式，助力种业振兴发展。

理想株型塑造之于玉米耐密改良

王宝宝, 王海洋

2023, 39(8): 11-30. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0660

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玉米是生产能力最强的谷物作物，其充足稳定供给对保证世界范围内的粮食安全至关重要。长期的研究和生产实践表明，提高品种耐密性和种植密度是提高玉米产量的关键，而塑造理想的株型是提高玉米耐密性的重要途径。报道显示紧凑的叶夹角、较低的穗位高、较少的雄穗分枝数、较早的开花期，是玉米耐密株型性状的重要组成部分。本文从这4类性状入手，对其与耐密性的关系、形态发育及遗传调控基础的研究进展进行综述，并通过对目前研究的分析，提出了未来玉米耐密株型改良研究的一些方向，期望能为未来的玉米耐密育种提供一些有用的借鉴。

玉米产量性状的表观遗传调控机制和育种应用

张道磊, 甘雨军, 乐亮, 普莉

2023, 39(8): 31-42. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0378

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作物表型的多样性受到多方面因素的影响，其中表观遗传变异可以通过表观修饰调控基因表达来控制作物性状及胁迫响应，进而影响农作物产量。影响玉米产量的主要农艺性状包括株高、叶夹角、根系等株型因素。此外，生物胁迫和非生物胁迫、种质资源也是影响玉米产量的关键因素。作物中主要的表观调控方式包括组蛋白修饰、DNA修饰、RNA修饰、非编码RNA及染色质重构。本综述重点总结了表观遗传修饰对玉米主要产量性状的调控机制及表观遗传变化在作物品种改良中的重要性，并结合表观遗传编辑技术提出了提高玉米产量的表观育种新途径。

玉米矮秆基因与矮秆育种研究

王天依, 王荣焕, 王夏青, 张如养, 徐瑞斌, 焦炎炎, 孙轩, 王继东, 宋伟, 赵久然

2023, 39(8): 43-51. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0504

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株高是影响玉米株型和种植密度的重要农艺性状，培育耐密植的矮秆/半矮秆新品种可为增产做贡献。但目前多数矮秆突变体单株产量损失较大，难以在育种中应用。因此，探究玉米株高的调控机制、挖掘株高基因的优良等位变异，从而改善玉米株型结构、提高群体光能利用率、增强群体对水肥的耐性，对提高玉米产量尤为重要。本文综述了目前挖掘到的株高数量性状位点，阐述了株高相关基因主要受植物激素、微管结合蛋白以及成花因子调节；概述了Brachytic2（Br2）基因在玉米矮秆育种研究中的应用及其局限性；最后展望了矮秆有利等位基因及其分子标记和现代生物技术在矮秆种质资源创制中的重要价值。本文将为玉米株高的遗传机制解析以及矮秆玉米分子育种奠定基础。

我国玉米超高产研究现状与展望

刘月娥, 徐田军, 蔡万涛, 吕天放, 张勇, 薛洪贺, 王荣焕, 赵久然

2023, 39(8): 52-61. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0555

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玉米作为我国种植面积最大、总产最高的第一大粮食作物，对我国粮食安全、饲料保障都至关重要。在耕地资源日趋紧张的形势下，未来我国粮食扩大面积的空间有限，产能提升主要依靠单产提高。2023年中央一号文件明确提出要全力抓好粮食生产，开展吨粮田建设，实施玉米单产提升工程。玉米超高产是优良品种、生产条件和栽培管理技术等最高水平的体现，本文全面综述了我国玉米超高产研究的政策支持、高产纪录现状、超高产田的分布及气象特点、高产创建的技术要点。在此基础上，从增加科研投入加强新品种选育、加强栽培技术集成进行示范推广、加强农田基础设施建设等方面提出了我国玉米大面积高产创建的建议。

基因编辑技术改良玉米株型增加杂交种产量

石佳鑫, 刘凯, 朱金洁, 祁显涛, 谢传晓, 刘昌林

2023, 39(8): 62-69. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0533

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玉米紧凑株型能够通过密植栽培实现增产。改良玉米株型的关键性状叶夹角，创制紧凑株型的玉米杂交种，能够实现该增产过程。通过基因编辑技术和DTM（desire targeted mutation）策略，突变杂交种中单88的母本CX1的叶夹角形成关键基因ZmLG1，获得株型紧凑的改良母本自交系CX1-lg1。以此母本与中单88的父本CX2杂交，配制获得株型紧凑的ZmLG1Zmlg1改良杂交种中单88M。对改良母本CX1-lg1的制种效率及改良杂交种中单88M在增密栽培下的产量进行评估。结果显示：（1）通过母本株型改良能够实现对杂交种株型的改良；（2）株型紧凑的改良母本CX1-lg1在5 000株/667 m² 的条件下有更高的制种效率；（3）改良杂交种中单88M在不同环境和密度下均有更紧凑株型，且在较高栽培密度下实现增产。以上结果表明基因编辑技术能够通过靶向特定基因实现精确的表型调控，借助DTM策略改良亲本可以实现对杂交种特定表型的改良。

种植密度对夏播玉米茎秆质量和根系表型性状的影响

张勇, 徐田军, 吕天放, 邢锦丰, 刘宏伟, 蔡万涛, 刘月娥, 赵久然, 王荣焕

2023, 39(8): 70-79. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0493

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以京农科728等24个我国玉米生产大面积推广种植品种为研究材料，设置6.0（D1）和9.0（D2）万株/hm²共两个种植密度处理，研究并明确不同种植密度条件下参试品种的茎秆力学和根系性状差异，为耐密高产品种选择和育种提供参考和指导。结果表明，（1）参试玉米品种的抗倒性存在较大差异，其中，以京2416为父本组配的京农科728等18个品种全生育期均未发生倒伏倒折，抗倒能力强；郑单958在生理成熟前未发生倒伏，而在生理成熟期D2密度下倒伏倒折率高达89.40%；先玉335在大喇叭口期发生根倒，倒伏率高达68.56%，生育后期未发生倒伏。（2）随种植密度增加，参试品种的株高、穗位高和穗位系数均呈升高趋势。以京2416为父本组配的京农科728等18个品种的株高、穗位高和穗位系数平均为272.13 cm、106.44 cm和39.11%，显著低于郑单958和先玉335。（3）随种植密度增加，参试品种的茎皮穿刺强度、茎秆抗折力、根系长度和根系干物重均呈降低趋势，平均为40.61 N/mm²、205.06 N、217.35 m/plant和14.29 g/plant；产量呈升高趋势，平均为11 724.48 kg/hm²。与郑单958和先玉335相比，以京2416为父本组配的京农科728等18个品种的茎皮穿刺强度、茎秆抗折力、根系长度、根系干物重和产量具有明显优势，且耐密抗倒性强，产量潜力高，是耐密高产型品种。

植物激素信号通路调控水稻粒型的分子机制

姚莎莎, 王晶晶, 王俊杰, 梁卫红

2023, 39(8): 80-90. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0273

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水稻是人类主要的粮食作物，如何有效提高其产量和品质是备受关注的重大科学问题。水稻籽粒大小是影响产量的主要因素之一，水稻籽粒发育调控的研究对利用分子设计育种提高产量、改善品质具有重要的指导意义。粒型由籽粒的长度、宽度和厚度共同决定，是受多基因调控的数量性状，是决定水稻产量和品质的关键因素之一。近年来，通过对水稻种子发育缺陷突变体的研究，发现了大量与粒型相关的数量性状位点（quantitative trait locus, QTL），一些相关基因也相继被克隆和鉴定，调控水稻粒型的复杂信号通路正在逐步阐明，其中一些基因涉及植物激素的合成、分解、运输，以及植物激素的信号转导途径。本文概述了水稻胚乳发育的基本过程，归纳了目前对胚乳发育过程中植物激素动态变化的整体认识，聚焦于控制水稻粒型的植物激素信号通路相关QTL和基因的研究现状，并对近年来取得较大进展的细胞分裂素、油菜素内酯、生长素、赤霉素、乙烯、茉莉酸和脱落酸相关通路与粒型调控的关系进行了总结和分析，进一步梳理了水稻粒型相关植物激素信号调控网络，旨在为鉴定和解析植物激素调控水稻粒型的分子机制提供参考，同时为水稻分子设计育种提供新的思路。

植物中β-紫罗兰酮生物合成及调控研究进展

叶云芳, 田清尹, 施婷婷, 王亮, 岳远征, 杨秀莲, 王良桂

2023, 39(8): 91-105. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0208

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β-紫罗兰酮（β-ionone, BI）是一种重要的天然香气挥发性化合物，广泛分布于植物中，是由类胡萝卜素裂解双加氧酶对β-胡萝卜素的9，10和9'，10'裂解产生的一种脱辅基类胡萝卜素。β-紫罗兰酮作为环化异戊二烯的代表，具有抗菌、抗病毒和抗肿瘤等多种生物活性，因此，植物中β-紫罗兰酮的生物合成与代谢调控研究逐渐成为热点。本文对植物中的β-紫罗兰酮生物活性、生物合成与调控等相关研究进展进行了归纳总结，重点综述了植物中的β-紫罗兰酮生物合成途径及其相关酶，随后从分子水平阐述了类胡萝卜素裂解双加氧酶基因对β-紫罗兰酮生物合成的控制，以及WRKY、NAC、ERF和MYB等转录因子调控相关结构基因的表达从而影响β-紫罗兰酮生物合成，总结了温度、光照、水分和土壤盐碱度等环境因子对植物中的β-紫罗兰酮生物合成的调控，并且介绍了β-紫罗兰酮生物合成途径中相关基因对植物叶片、花朵、果实色泽和香味的影响，以及利用基因过表达、基因沉默等基因工程技术对植物中β-紫罗兰酮生物合成的改良，同时对植物中β-紫罗兰酮研究尚待解决的问题作了合理展望，旨在为植物中的β-紫罗兰酮生物合成和调控机制的更深层次的研究提供理论帮助，为改良植物花香物质、获得高产量的天然β-紫罗兰酮提供理论参考。

辐射诱导植物叶色突变的研究进展

展艳, 周利斌, 金文杰, 杜艳, 余丽霞, 曲颖, 马永贵, 刘瑞媛

2023, 39(8): 106-113. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2022-1561

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叶色突变体是研究高等植物光合系统结构、叶绿素代谢、叶绿体发育、光合作用及激素生理等一系列生理代谢过程的理想材料，也是遗传和育种研究的重要材料。辐射作为植物叶色诱变的重要手段，培育出的叶色突变体具有理论研究和实际应用价值。本文介绍了不同辐射源诱导下植物叶色突变的类型，并对叶色突变的生理与分子机制研究进行了概述，最后探讨了辐射诱导叶色突变研究存在的问题并进行了展望，以期为提高植物辐射诱变育种效率和促进叶色突变体的利用提供参考。

微生物强化植物修复铅污染土壤的机制研究进展

江润海, 姜冉冉, 朱城强, 侯秀丽

2023, 39(8): 114-125. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0125

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重金属铅（Pb）是造成土壤污染进而对生物安全构成严重威胁的重金属之一，微生物在缓解植物受Pb的毒害中发挥重要作用。与植物根际相互作用过程中，土壤微生物通过多种途径改善根际微生态环境促进植物对Pb的修复及降低Pb的毒害作用。聚焦了土壤微生物与重金属Pb生物化学作用过程，综述了微生物对植物修复Pb污染的作用机制，结论如下：（1）微生物细胞壁表面存在大量的结合位点和带负电荷的官能团，对Pb具有较强的吸附作用。（2）微生物在与重金属作用过程中，阳离子与重金属发生离子间的相互交换作用。（3）微生物通过代谢分泌胞外分泌物，与重金属形成稳定的Pb络合物。（4）微生物通过氧化还原反应改变或转化土壤中重金属的形态，或将Pb氧化还原为难溶沉淀，降低土壤重金属的毒性。（5）微生物分泌的生长激素可以促进植物生长发育，提高植物抗性，其代谢产物可以改善根际重金属的特性，促进植物对Pb的吸收或将Pb固定在植物根际以降低Pb对植物的毒害作用。对微生物吸附Pb的主要机理进行了全面讨论，总结了微生物联合植物修复Pb污染土壤中微生物与植物间的作用关系，为深入了解土壤重金属修复过程中植物、微生物、重金属三者间相互作用的机制提供依据。

肠道菌群及代谢物调控宿主肠道免疫的研究进展

沙珊珊, 董世荣, 杨玉菊

2023, 39(8): 126-136. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2022-1530

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肠道菌群是一个稳定且复杂的微生态系统，其在长期进化过程中与宿主建立了稳定的共生关系，且微生物的活动直接影响着宿主的健康。它们不仅在宿主营养物质的消化代谢和机体发育等方面发挥重要作用，而且与宿主的免疫和疾病密切相关。肠道菌群和机体免疫系统之间的相互作用机制十分复杂，受多种环境因素的影响，至今尚未完全阐明。微生物代谢物及微生物-机体共代谢物对调控免疫功能具有重要作用，逐渐引起研究者们的重视。因此，本文在介绍肠道及其在宿主防御中的作用的基础上，就肠道微生物及肠道内代谢产物如何促进宿主免疫系统发育、调节宿主免疫反应等进行了综述。旨在为进一步研究肠道微生物及代谢物与机体免疫系统互作提供参考，同时为改善畜禽肠道健康的营养措施提供理论依据。

代谢工程改造毕赤酵母生产赤藓糖醇

赵思佳, 王晓璐, 孙纪录, 田健, 张杰

2023, 39(8): 137-147. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0138

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本研究旨在以毕赤酵母为底盘细胞构建赤藓糖醇生产菌株。通过调控糖酵解途径中磷酸果糖激酶基因pfk的表达，敲除副产物阿拉伯糖醇和核糖醇生产相关基因，过表达不同来源的4-磷酸赤藓糖磷酸化酶、赤藓糖还原酶和糖醇磷酸酶，构建毕赤酵母赤藓糖醇生产菌株，对过表达戊糖磷酸途径关键酶转酮酶（TKL）、磷酸核酮糖差向异构酶（RPE）及赤藓糖还原酶对赤藓糖醇产量的影响也进行了探究。结果表明，过表达酿酒酵母来源的糖醇磷酸酶基因pyp1及大肠杆菌来源的4-磷酸赤藓糖磷酸化酶基因yidA的工程菌株C8具有赤藓糖醇生产能力，摇瓶发酵产量为30 mg/L；进一步过表达tkl和rpe后，菌株C10摇瓶发酵产量提高约40倍，达到1.2 g/L，高密度发酵产量为10.6 g/L；赤藓糖还原酶的过量表达并没有提升赤藓糖醇的产量，反而提高了副产物的产量。本研究首次在毕赤酵母中成功构建了赤藓糖醇合成通路，为改造毕赤酵母高效生产赤藓糖醇及其他高价值化合物奠定基础。

利用CRISPR/Cas9系统改造酿酒酵母的研究进展

陈小玲, 廖东庆, 黄尚飞, 陈英, 芦志龙, 陈东

2023, 39(8): 148-158. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2022-1534

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酿酒酵母是常用的工业生产菌株，改造酿酒酵母以提高其生产性能极为重要。然而，传统的改造方法存在步骤繁琐、周期长等问题。CRISPR/Cas9系统是在细菌和古细菌发现的自适应防御系统。目前CRISPR/Cas9系统已经成为基因组编辑的有力工具，能够同时改造酿酒酵母的多个基因。本文综述CRISPR/Cas9系统各组分的作用和系统的构建，介绍sgRNA靶序列的设计原则和代表性设计工具，总结对酿酒酵母进行多基因编辑的策略，以及CRISPR/Cas9系统存在脱靶和编辑效率低的问题和应对展望，为更好地应用CRISPR/Cas9系统改造酿酒酵母提供参考。

应用CRISPR/Cas9技术建立ERK激酶相分离荧光探针定点整合的稳定细胞株

杨玉梅, 张坤晓

2023, 39(8): 159-164. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0173

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旨在构建人AAVS1位点定点敲入的诱导表达型ERK-SPARK激酶荧光探针的人食管鳞癌细胞株（KYSE-150）。根据AAVS1位点的DNA序列设计和已公开ERK-SPAEK荧光探针碱基序列构建了两端带有750 bp同源臂的诱导型ERK-SPARK表达盒的同源重组供体质粒。其次，利用在线设计工具设计了 3个靶向AAVS1位点的 sgRNA，并克隆至 pX330 骨架质粒中得到3个能定点切割AAVS1位点的CRISPR/Cas9 打靶载体，将同源重组供体质粒分别与表达CRISPR/Cas9打靶载体共转染KYSE-150细胞，经Dox诱导表达24 h后进行嘌呤霉素抗性筛选和流式细胞分选，得到抵抗嘌呤霉素且表达GFP的细胞亚群。再应用 PCR鉴定基因型，以及 Western blot 检测蛋白表达。对获得的细胞群提取基因组DNA并进行PCR基因型鉴定，结果显示获得片段的大小与诱导型ERK-SPARK表达盒的大小一致。蛋白表达检测结果显示，该细胞群表达了ERK-SPARK探针融合蛋白。荧光探针成像实验结果显示，在未经Dox诱导表达条件下，细胞株有极少量泄漏表达；经Dox诱导表达后，GFP荧光蛋白在细胞质内均匀分布，无明显聚集成点现象；在加入EGF激活ERK激酶后，原本在细胞质内均匀分布的GFP绿色荧光聚集成高亮度的绿色液珠。成功获得了可诱导表达检测ERK激酶活性的SPARK荧光探针的稳定细胞株，解决了瞬时表达ERK-SPARK探针效率不稳定影响实验结果准确性的问题，为后续建立基于SPARK技术的高通量蛋白激酶抑制剂的筛选平台奠定了前期研究基础。

YFV17D非感染性报告复制子及假病毒包装系统的建立

何宇航, 胡涛, 吴震, 贺煜, 程安春, 陈舜

2023, 39(8): 165-172. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2022-1402

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构建YFV17D非感染性复制子及假病毒包装系统，旨在进一步解析黄热病毒的复制、组装分子机制。该研究利用反向遗传学技术，将基于SP6启动子的单拷贝YFV17D报告复制子改造成由CMV启动子驱动的低拷贝YFV17D报告复制子，同时将表达YFV17D结构蛋白的包装质粒与复制子质粒共同转染BHK-21细胞而建立YFV17D的反式假病毒包装系统。通过检测NanoLuc萤光素酶活性（Nluc）、oxGFP和mCherry荧光蛋白表达、间接免疫荧光实验监测病毒双链RNA来确定复制子在BHK-21细胞中复制情况和包装效果。结果表明，与复制缺陷型复制子相比，野生型复制子转染至BHK-21细胞中，随着转染时间的增加，Nluc活性、oxGFP和mCherry荧光蛋白表达也随之增加，同时dsRNA也随时间延长而增多。将复制子质粒和包装质粒共同转染至BHK-21细胞后，收集上清再次感染BHK-21细胞，随后通过检测Nluc活性和oxGFP与mCherry蛋白的表达而确定假病毒包装成功。综上，成功构建了携带不同报告基因的YFV17D复制子，用于监控病毒基因组RNA的复制；成功搭建由包装质粒提供的结构蛋白，将不具备感染性的YFV17D亚基因复制子打包成具有单轮感染能力的YFV17D假病毒系统。

基于BSA-seq和RNA-seq挖掘水稻株高相关QTL

吴元明, 林佳怡, 柳雨汐, 李丹婷, 张宗琼, 郑晓明, 逄洪波

2023, 39(8): 173-184. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0386

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株高是影响水稻产量稳定性的重要因素之一，水稻株高相关QTL的定位及候选基因的挖掘，有助于深入了解株高分子调控机制，进而为培育理想株型的水稻品种奠定基础。以油占8号及广西野生稻为亲本构建的285个CSSL群体为试验对象，结合NGS与BSA-seq等方法，利用SNP和InDel 两种分子标记进行关联分析，对可能与株高相关的基因组区段进行定位。结果显示，Δ（SNP-index）分子标记在Chr.7和Chr.10中分别关联到3.205和1.311 Mb大小的候选基因组区域。Δ（InDel-index）标记关联到的基因组区域大小分别为2.848和1.292 Mb，且全部包含于Δ（SNP-index）关联到的区间内。结合GO、KEGG、Uniprot、eggNOG等数据库中的功能注释、高质量多态性位点筛选以及已有的株高相关转录组数据，最终关联到Chr.7中的5个候选基因，包括功能和机理已知的OsTCP21。RT-qPCR结果显示，OsTCP21在高株和矮株中的表达差异与已有研究结果相一致，LOC_Os07g05050和LOC_Os07g02850在高株中表达量较高，LOC_Os07g04220和LOC_Os07g02770在矮株中表达量较高。这5个候选基因在水稻株高性状的调控中起重要的作用，OsTCP21是一个关键调控基因。

二套小麦-簇毛麦染色体附加系苗期耐盐性及籽粒硒和叶酸的含量

韩志阳, 贾子苗, 梁秋菊, 王轲, 唐华丽, 叶兴国, 张双喜

2023, 39(8): 185-193. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0003

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簇毛麦（Dasypyrum villosum）作为小麦的近缘种，具有许多优良基因，是改善小麦耐盐性和提高小麦营养品质的理想材料。以小麦-簇毛麦#2和小麦-簇毛麦#3二体附加系为材料，进行耐盐性鉴定及籽粒中硒和叶酸含量的测定。发现小麦-簇毛麦#2附加系和#3附加系在盐胁迫下的萌发率分别为16.67%-43.33%、26.67%-70.00%，均高于对照中国春（6.65%）；盐胁迫下附加系DA3V#3、DA7V#3、DA2V#3和DA5V#2的萌发率分别为70.00%、56.67%、53.33%和43.33%；盐胁迫下附加系的生长正常，株高和根长均大于对照中国春，其中DA4V#2和DA2V#3的株高分别达到15.2和16.1 cm，DA2V#3根长为3.4 cm；在14个附加系和对照中，DA2V#2和DA2V#3籽粒硒含量最高，分别为8.47和7.60 μg/g。小麦-簇毛麦#2附加系和#3附加系籽粒中叶酸含量为9.00-26.10 μg/100 g，大多数附加系高于对照中国春（10.98 μg/100 g），其中，附加系DA4V#2和DA6V#2与对照差异达极显著水平，DA6V#2比对照增加2.4倍。簇毛麦2V#3、3V#3和5V#2染色体可能存在耐盐相关基因，2V染色体可能存在富硒相关基因，6V#2染色体可能携带籽粒叶酸合成的相关基因。

苦荞转录因子基因FtbHLH3的克隆、亚细胞定位及表达分析

吕秋谕, 孙培媛, 冉彬, 王佳蕊, 陈庆富, 李洪有

2023, 39(8): 194-203. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0034

摘要 ( 325 )

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bHLH（basic helix-loop-helix）转录因子在植物黄酮化合物生物合成中具有重要的调控作用。为探究苦荞[Fagopyrum tataricum（L.）Gaertn]中bHLH转录因子在黄酮化合物生物合成中的功能和分子调控机制，利用RT-PCR（reverse transcription-polymerase chain reaction）技术从苦荞中克隆了一个bHLH转录因子基因FtbHLH3，并对其进行生物信息学、亚细胞定位、转录激活活性、基因表达、基因共表达和基因表达量与总黄酮含量相关性分析。结果表明，FtbHLH3全长CDS序列为783 bp，编码260个氨基酸。保守结构域和系统进化分析表明，FtbHLH3是一个非IIIf亚家族bHLH转录因子成员。亚细胞定位和转录激活活性分析显示，FtbHLH3定位于细胞核，不具有转录激活活性。基因共表达分析表明，FtbHLH3与苦荞中拟南芥TT8同源基因FtTT8和12个黄酮化合物生物合成结构基因共表达。不同组织部位中基因表达量与总黄酮含量间相关性分析表明，FtbHLH3的表达量与总黄酮含量间具有较高的正相关性。本研究结果表明，FtbHLH3是一个定位于细胞核，不具有转录激活活性的非IIIf亚家族bHLH转录因子，可能通过与其他转录因子互作来调控苦荞黄酮化合物的生物合成。

苦荞糖基转移酶基因FtUGT143的克隆及表达分析

王佳蕊, 孙培媛, 柯瑾, 冉彬, 李洪有

2023, 39(8): 204-212. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0098

摘要 ( 323 )

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苦荞[Fagopyrum tataricum（L.）Gaertn]富含类黄酮C-糖苷，具有抗氧化、抗癌和消炎等多种保健作用。通过RT-PCR（reverse transcription-polymerase chain reaction）技术从苦荞中克隆得到了一个糖基转移酶基因，命名为FtUGT143，对其进行生物信息学、分子对接、基因表达、基因表达量与代谢物含量相关性等分析。结果表明，FtUGT143全长CDS序列为678 bp，编码226个氨基酸。密码子偏好分析结果显示，FtUGT143具有双子叶植物的密码子使用偏好性。多序列比对和进化树分析表明，FtUGT143是植物糖基转移酶基因家族中的C-糖基转移酶亚家族成员。分子对接结果表明，FtUGT143能与合成黄酮C-糖苷（牡荆素、异牡荆素、荭草素和异荭草素）的底物芹菜素和木犀草素相互作用。RT-qPCR结果显示，FtUGT143基因在苦荞的各个组织部位中均有表达，但在芽苗期的根、茎、叶中显著表达，且其在不同组织部位的表达量与4种黄酮C-糖苷积累量具有较好的相关性。研究结果表明FtUGT143是C-糖基转移酶，它可能参与苦荞中黄酮C-糖苷生物合成，对于揭示苦荞中黄酮C-糖苷的合成机制具有重要意义。

甘薯IbHQT1启动子的克隆及上游调控因子的鉴定

徐靖, 朱红林, 林延慧, 唐力琼, 唐清杰, 王效宁

2023, 39(8): 213-219. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0128

摘要 ( 281 )

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羟基肉桂酰辅酶A奎尼酸羟基肉桂酰转移酶（hydroxycinnamoyl CoA quinate hydroxycinnamoyl transferase, HQT）是绿原酸生物合成的最后一步限速酶。IbHQT1是甘薯绿原酸生物合成的关键HQT基因，为进一步揭示HbHQT1在甘薯绿原酸生物合成中的作用和转录调控机制，克隆其启动子，构建甘薯叶酵母单杂交cDNA文库，通过酵母单杂交方法筛选与IbHQT1启动子结合的上游调控因子。结果表明，1 500 bp的IbHQT1启动子序列中含有多种激素调节与防御相关的顺式元件及转录因子结合元件。构建的cDNA文库库容为1.15×10⁷ CFU，插入片段长度平均约1 200 bp。通过酵母单杂交筛选获得2个转录因子IbMYB11和IbTGA2.2，可以与IbHQT1启动子结合。IbMYB11、IbTGA2.2和IbHQT1在甘薯（QS80-12-11）不同组织和发育阶段表达类似，与绿原酸的积累存在明显的相关性。

多花黄精种子微根茎基因表达特征分析

刘保财, 陈菁瑛, 张武君, 黄颖桢, 赵云青, 刘剑超, 危智诚

2023, 39(8): 220-233. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0115

摘要 ( 229 )

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多花黄精种子发芽过程具有微根茎形成的特殊萌发现象，阐述微根茎形成过程中基因表达的变化有助于微根茎形态结构及其发育、种子生理等相关研究。本文通过高通量测序技术，对不同萌发状态的多花黄精种子进行转录组测序及生物信息分析。结果表明，微根茎形成时与胚根突破种皮共有显著性差异的Unigenes 17 907条，在代谢过程、催化活性、蛋白质磷酸化等Terms中均有较高的差异表达；Pathway显著性富集表明，差异基因主要富集于植物激素信号转导、淀粉和蔗糖代谢、黄酮类生物合成等通路中，且富集到植物激素信号转导通路中的基因有大量表达，尤其是油菜素内酯通路基因表达上调。微根茎变绿前后共有显著性差异的Unigenes 26 833条，主要富集在代谢过程、肽生物合成过程、催化活性等通路中；Pathway显著性富集表明，差异基因主要富集于核糖体、淀粉和蔗糖代谢、光合作用等通路中，在光合系统中几乎所有的关键酶均上调。该文明确了多花黄精种子微根茎的形成是系列基因复杂的调控网络，且油菜素内酯可能对微根茎的形成具有重要作用，微根茎变绿后即可进行光合作用，为微根茎形成的生理研究、生产上促进微根茎快速膨大、微根茎的开发利用等深入研究提供参考。

酿酒葡萄铁调节转运蛋白基因VvIRT1的克隆、表达与功能

宋志忠, 徐维华, 肖慧琳, 唐美玲, 陈景辉, 管雪强, 刘万好

2023, 39(8): 234-240. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2022-1552

摘要 ( 256 )

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克隆酿酒葡萄铁调节转运蛋白基因VvIRT，分析其表达模式及其潜在的生物学功能，为研究果树铁素吸收与高效利用机制提供理论依据。利用同源克隆法克隆酿酒葡萄VvIRT1，运用实时荧光定量PCR分析组织特异性表达模式及其在转录水平对不同铁素供应水平的响应特征，借助酵母异源表达系统分析其转运Fe²⁺的功能。从二倍体酿酒葡萄‘马瑟兰’中分离和鉴定了1个铁调节转运蛋白VvIRT1，系统发育树表明VvIRT1与芸香科柑橘CsIRT1和锦葵科陆地棉GhIRT1的遗传距离较近。VvIRT1在5年生成年树体新生根和组培幼苗根中特异表达；缺铁处理显著诱导了VvIRT1在组培幼苗全部组织（根、茎和叶）中表达，而高铁毒害显著抑制了VvIRT1在组培幼苗根中的表达。此外，酵母功能互补试验表明，VvIRT1能够恢复酵母突变菌株DEY1453的正常生长，VvIRT1具有转运外界Fe²⁺的能力。

金花茶CnbHLH79转录因子的克隆、亚细胞定位及表达分析

李博, 刘合霞, 陈宇玲, 周兴文, 朱宇林

2023, 39(8): 241-250. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2022-1562

摘要 ( 276 )

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为探究CnbHLH79转录因子在金花茶花色形成中的作用机理，克隆了金花茶CnbHLH79转录因子的编码序列，对其进行生物信息学和亚细胞定位分析，利用荧光定量PCR技术分析了CnbHLH79转录因子在金花茶不同组织，以及不同发育阶段的花瓣中的表达模式，并分析CnbHLH79转录因子的表达量与色相b*、类黄酮物质含量的相关关系。研究结果表明，CnbHLH79转录因子的开放阅读框长度为855 bp，共编码284个氨基酸，具有bHLH_AtBPE_like保守结构域。系统进化分析发现，金花茶CnbHLH79蛋白与茶树bHLH79蛋白的亲缘关系最近。亚细胞定位分析显示，CnbHLH79转录因子主要在细胞核中发挥功能。对CnbHLH79转录因子进行实时荧光定量PCR分析发现，该转录因子在金花茶的根、花等组织中表达量较高；还发现在花朵开放过程中，CnbHLH79转录因子的表达量总体呈先高后低，逐步下降的趋势；此外，CnbHLH79的表达量与色相b*值、槲皮素-7-O-葡糖苷的相关性系数分别为-0.92、-0.7，它们之间的负相关性较高。本研究将为阐明CnbHLH79转录因子在金花茶中调控类黄酮的合成机制，以及调控花瓣显黄色的作用机理奠定基础。

两种砧木楸树嫁接苗生长差异及转录组比较分析

付钰, 贾瑞瑞, 何荷, 王良桂, 杨秀莲

2023, 39(8): 251-261. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2022-1557

摘要 ( 253 )

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嫁接是楸树（Catalpa bungei）良种扩繁的主要途径。为探讨以梓树和滇楸为砧木的两种‘苏楸1号’良种当年生嫁接苗生长差异，比较了二者的嫁接成活率、新梢长度、新梢粗度、接穗粗度/砧木粗度、叶面积等，以筛选较佳砧木，并通过高通量测序平台对两种嫁接苗叶片和顶芽进行转录组测序分析，采用实时荧光定量PCR技术对初步筛选的差异表达基因进行验证。结果显示，以梓树为砧木的嫁接成活率和嫁接苗各生长量均显著高于以滇楸为砧木的嫁接苗；转录组测序筛选出两个组合叶片和顶芽差异表达基因共计559个，其中上调表达基因192个，下调表达基因367个；GO富集分析表明559个差异表达基因显著富集在代谢过程、细胞过程、细胞器、结合和催化活性等功能类别；KEGG富集分析表明叶片中213个差异表达基因显著富集到66条代谢途径，顶芽中137个差异表达基因显著富集到45条代谢途径；初步筛选出的Unigene0040270、Unigene0006320、Unigene0036149和Unigene0007805等4个差异表达基因的RT-qPCR趋势与转录组数据一致。本研究结果发现两种嫁接苗的生长存在显著差异，其中以梓树为砧木的嫁接苗各生长参数更好，同时在转录组角度上对其差异进行了初步解析，为楸树嫁接分子研究提供一定的参考价值。

黄瓜枯萎病拮抗芽孢杆菌的筛选、鉴定及其生防潜力

褚睿, 李昭轩, 张学青, 杨东亚, 曹行行, 张雪艳

2023, 39(8): 262-271. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2022-1574

摘要 ( 248 )

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尖镰孢菌黄瓜专化型（Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum）引起的枯萎病严重影响黄瓜产业可持续发展，为获得高效拮抗黄瓜枯萎病的芽孢杆菌并明确其促生效果，从具有一定抗性的芽孢杆菌中，筛选出高抗尖镰孢菌的生防菌株，并对其进行形态、生理生化、遗传特性及植株促生特性的评价。结果表明，菌株N1、N3和N6抑制尖镰孢菌效果显著，抑菌率分别为77.71%、75.94%、74.76%。鉴定3个菌株均为贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis），且具解钾、分泌蛋白酶、几丁质酶、果胶酶和产铁载体的能力。黄瓜幼苗防病促生盆栽试验表明，接种菌株N1、N3和N6病情指数均显著降低，在接种18 d后防病效果分别为41.93%、20.97%、66.13%。与单一接种病原菌处理相比，N1、N3和N6接种显著促进了黄瓜幼苗生长，包括株高、茎粗、叶面积、叶绿素含量、地上和地下部鲜重，其中N6处理增加效果最显著，分别增加21.56%、56.13%、47.95%、76.18%、229.89%、70%。与对照相比，处理植株长势特性除地下部鲜重外均显著降低；病原菌接种条件下，添加N6菌显著增加茎粗和地上部鲜重。N6可作为防控黄瓜枯萎病、促进幼苗生长有潜力的生物防治资源，用于黄瓜可持续高效生产。

盘龙参内生真菌胞内细菌7-2H的分离鉴定和促生特性研究

方澜, 黎妍妍, 江健伟, 成胜, 孙正祥, 周燚

2023, 39(8): 272-282. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-0038

摘要 ( 276 )

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真菌内生细菌是一类特殊细菌，在寄主真菌体内及生态系统中发挥重要作用。为发掘盘龙参内生真菌内具有促生功能的内生细菌资源，并探索其生物学功能，采用荧光原位杂交（fluorescence in situ hybridization, FISH）检测高粱附球菌Epicoccum sorghinum菌丝中内生细菌的存在后，利用菌丝组织研磨法分离内生细菌，通过菌落形态、生理生化特性及分子特征对其进行鉴定。运用特异性引物验证细菌的内生性，采用Salkowski比色法、CAS比色法以及钼锑抗比色法对菌株的促生特性进行测定，通过水稻种子促生长实验初步验证内生细菌的促生长能力，并对内生细菌进行全基因组测序和促生相关功能基因分析。真菌E. sorghinum菌丝内能观察到与荧光素标记的单链核酸探针杂交后的细菌，证实其菌丝内含有细菌，从菌丝内分离出一株内生栖稻根瘤菌Rhizobium oryzihabitans 7-2H，具有产吲哚乙酸（IAA）、铁载体和溶磷能力，可显著提高水稻幼苗的茎长、根长、鲜重和干重。菌株7-2H与标准菌株R. oryzihabitans M15基因组之间的平均核酸一致性（average nucleotide identity, ANI）值为96.98%，通过对基因组分析发现，菌株7-2H含有与产IAA、铁载体及溶磷能力相关的基因。分离得到一株真菌内生栖稻根瘤菌，该菌具有良好的促进植物生长特性，可作为后续研发微生物菌肥的菌种资源。

一株Olivibacter jilunii 纤维素降解菌株的分离鉴定与降解能力分析

饶紫环, 谢志雄

2023, 39(8): 283-290. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985

摘要 ( 261 )

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为了获得常温新型纤维素降解细菌，在园林堆肥中分离纯化得到一株具有纤维素降解能力的细菌菌株18B。通过刚果红染色实验和滤纸降解实验验证其纤维素降解能力。通过16S rRNA序列比对和全基因组比对确定其属于Olivibacter属，且与Olivibacter jilunii 14-2A^T最为接近，进一步生理生化特征比较分析发现，其与O. jilunii 14-2A^T在生长温度、氧化酶和糖酵解等方面存在差异。菌株18B在12-48℃范围内能生长，最适生长温度在30-37℃。O. jilunii 14-2A^T的生长温度在4-42℃；菌株18B的氧化酶检测为阳性，糖酵解为阴性，O. jilunii 14-2A^T则不具有氧化酶活性同时糖酵解为阳性。结合基因组共线性比对结果可知，菌株18B与O. jilunii 14-2A^T存在一定的进化关系。纤维素降解能力检测发现，在37℃，200 r/min培养至第5天时，菌株18B的纤维素酶活最高可达82.14^+0.99_-9.90 U/L，同时在以羧甲基纤维素钠为唯一碳源，仅添加无机氮源的培养条件下可维持酶活不退化。O. jilunii 14-2A^T则不具有纤维素降解能力，也无法在羧甲基纤维素钠为唯一有机碳源的培养环境下存活。筛选全基因组测序结果可知菌株18B基因组上存在纤维素酶系基因。在大肠杆菌中异源表达筛选所得纤维素酶系基因，并检验表达产物的降解能力，结果表明筛选所得纤维素酶系基因确有酶活。综合以上结果，最终确定菌株18B属于具有纤维素酶活的O. jilunii新生理株。

一株鱼源致病性嗜水气单胞菌XDMG的全基因组测序及比较基因组分析

郭少华, 毛会丽, 刘征权, 付美媛, 赵平原, 马文博, 李旭东, 关建义

2023, 39(8): 291-306. doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2022-1507

摘要 ( 326 )

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探索致病性嗜水气单胞菌XDMG侵染鱼类的作用机制，对其基因组结构、功能和进化关系等基本特征与参考菌株进行比较分析。对嗜水气单胞菌XDMG进行全基因组测序，利用Newbler、SeqMan、Glimmer等软件对测序得到的原始数据进行组装、拼接、注释，再基于看家基因构建系统发育树分析，确定进化关系的基础上，与4株不同地区的嗜水气单胞菌进行基因组的比较分析。嗜水气单胞菌XDMG全基因组序列长4.99 Mb，GC含量为60.84%，共预测到4 935个编码基因，有明确功能的基因有4 137个，发现99个tRNA和3个rRNA；4 061个基因具有直系同源族分类，3 228个基因与基因本体论相关，与代谢通路有关的基因有2 663个；在嗜水气单胞菌XDMG基因组中预测了101个串联重复序列和14个基因岛，具有 AI-1、AI-2和AI-3 三种QS系统的相关基因。通过基因组对比分析，嗜水气单胞菌XDMG与国内嗜水气单胞菌J-1菌株和美国来源的嗜水气单胞菌AL09_71菌株具有较近的亲缘关系；在毒力基因、外膜蛋白和O-抗原基因簇的比较中与美国来源的嗜水气单胞菌AL09_71保守性更高。通过对嗜水气单胞菌XDMG基因组进行较为全面的基因组注释及基因组的比较分析，为嗜水气单胞菌功能基因组学、基因工程疫苗方面的研究提供基础数据。

2023, 39(8): 307.

摘要 ( 118 )

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