最新刊期
2020 年 第 6 期
Special Feature on Plant Breeding by Design and Gene Editing
Guest Editor-in-Chief: Guo-ping ZHANG
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Breeding crops by design for future agriculture
摘要：Plant breeding is both the science and art of developing elite crop cultivars by creating and reassembling desirable inherited traits for human benefit. From the bulk selection of wild plants for cultivation during early civilization to Mendelian genetics and genomics-assisted breeding in modern society, breeding methodologies have evolved over the last thousand years. In the past few decades, the “Green Revolution” through breeding of semi-dwarf wheat and rice varieties, and the use of heterosis and transgenic crops have dramatically enhanced crop productivity and helped prevent widespread famine (Hickey et al., 2019). Integration of these technologies can significantly improve breeding efficiency in the development of super crop varieties (Li et al., 2018). For example, a hybrid cotton variety CCRI63 and six related hybrid varieties account for nearly 90% of cotton production in the Yangtze River Basin (Wan et al., 2017; Wang et al., 2018). These varieties have successfully combined high yield, good quality, and biotic stress tolerance through the integration of conventional breeding, hybrid and genetically modified organism (GMO) technologies (Lu et al., 2019; Ma et al., 2019; Song et al., 2019). Unfortunately, such technology integration is not practical for most staple food crops, including rice and wheat, because of social or technical restrictions. Furthermore, plant breeding is still labor-intensive and time-consuming, and conventional breeding remains the leading approach for the release of commercial crop varieties worldwide. This is especially true for breeding cultivars and hybrids with high yield, good quality, and resistance to biotic or abiotic stresses (Liu et al., 2015; Gu et al., 2016). New germplasm, knowledge, and breeding techniques are required to breed the next generation of crop varieties.关键词：Plant breeding;Gene editing;Crop varieties;Future agriculture- 84
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发布时间：2022-01-05
Editorial
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耐盐胁迫相关离子转运蛋白与作物耐盐育种研究的进展
摘要：植物组织特别是地上部钠离子的积累是影响耐盐性的关键因素,这一过程涉及到一些离子转运蛋白,如SOS1、HKT和NHX等.不同植物种和同一物种不同品种之间的耐盐性差异很大,这种差异与耐盐胁迫相关离子转运蛋白基因表达有关.分子标记辅助育种、诱变技术、遗传转化和基因编辑技术为耐盐作物育种提供了高效有力的技术支撑,特别是迅速发展的基因编辑技术,将从非转基因的技术手段有效地改良作物的耐盐性.关键词：盐害;渗透胁迫;离子胁迫;氧化胁迫;耐盐- 66
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发布时间：2022-01-05 -
禾谷类作物低镉积累育种研究进展
摘要：镉(Cd)是毒性最强和农田受污染最普遍的重金属之一.土壤镉污染严重影响作物的产量和品质,并可通过食物链富集,从而危害人体健康.选育和种植食用部位镉低积累的作物品种是经济有效利用镉污染土壤,保证农产品安全生产,有效降低镉进入食物链的一条经济、有效的途径.本文主要介绍了近年来国内外在禾谷类作物镉低积累相关数量性状位点(QTL)定位、基因挖掘及其在低镉积累育种中的应用的最新成果;概述了镉低积累作物品种的定义、特征与选育方法,为低镉积累分子育种与生产提供理论指导.关键词：禾谷类;低镉;数量性状位点(QTL)定位;育种- 31
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发布时间：2022-01-05 -
基因编辑:将基因生物学用于植物育种的工具
摘要：人口不断增长给世界粮食安全带来了严峻的挑战,植物育种是应对这一挑战的最重要手段之一.过去三十年来,性状形成和调控的新知识(如功能基因组学)和新技术(如生物信息学和表型组学)极大地支持了植物育种的发展.基因编辑,特别是基于CRISPR/Cas技术和其衍生技术,已成为强有力的植物研究技术,可能直接改变植物育种的方法和策略.植物表型性状受编码基因和非编码基因的控制,在本文中,我们提出了编辑这两类基因的不同策略.对于编码基因,其编码蛋白的活性和数量可在转录和转录后水平以及翻译和翻译后水平加以调节,我们由此提出了创造基因功能性变异从而改变性状表型的基因编辑策略.对于非编码基因,则可以采用基因编辑技术对其转录水平或对靶基因的目标序列加以改造,达到产生新的性状的目的.此外,我们还提出了一种基于原生质体的基因编辑方案,使基因编辑技术更适合于植物育种.总之,本文提出了一系列可供植物育种者选择的将基因生物学知识转化为实用育种策略的方案,即基因编辑技术成为将基因生物学知识用于植物育种的技术.关键词：基因编辑;表达调控;新等位基因;性状形成;植物育种- 107
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发布时间：2022-01-05
Review
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硅养分补充对双季杂交稻系统水稻氮磷养分利用率的影响及其土壤生态机制
摘要：目的揭示双季杂交稻系统中硅(Si)养分补充对水稻养分利用率与对土壤养分有效性影响的相应关系及其生态机制.创新点发现一定量的Si养分补充可提高稻田土壤氮(N)和磷(P)养分的有效性,并促进水稻根系对养分的吸收,从而提高水稻产量及肥料利用率.其核心生态机制是补充Si养分可显著增加稻田土壤的微生物总量,从而促进土壤养分同化固定,提高土壤中N和P的矿化以及易矿化的土壤微生物量氮(MBN)和土壤微生物量磷(MBP)的储备.方法2017和2018连续两年,在双季稻作区设计了系列田间试验,统一常规养分管理,于早稻和晚稻种植期间设置五个有效Si用量梯度处理(即 0(对照)、7.8、15.6、23.4和31.2 kg/ha Si),分析收获后的水稻生长性状(株高、籽粒产量、植株生物量等),水稻根、茎、叶和籽粒中N和P的含量,土壤有效态N和P的含量以及土壤微生物量碳(MBC)、MBN和MBP的含量,最后统计分析Si的供应与对水稻N和P养分利用率、土壤养分有效性、MBC、MBN和MBP的影响及其相互关系.结论Si养分补充可增加双季杂交稻系统土壤微生物总量,促进土壤养分同化固定,提高土壤养分的有效性以及易矿化的有机养分的储备,使得土壤养分易于被水稻根系吸收利用,从而提高水稻肥料利用率,促进水稻的生长发育,提高水稻产量.其中Si施用量为23.4 kg/ha时双季水稻产量及N和P肥利用率均达到最大值,此时土壤有效态氮与总氮比(AN/TN)、有效态磷与总磷比(AP/TP)以及MBN和MBP也均达到最大值.上述结果表明,通过Si养分补充可适当削减双季杂交稻系统因过多化学肥料投入带来的面源污染问题.关键词：硅养分;肥料利用率;生态机制;双季稻系统- 118
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发布时间：2022-01-05 -
猪精液冷冻过程中白藜芦醇处理对其凋亡和凋亡途径的影响
摘要：目的阐明白藜芦醇(RSV)在猪精液冷冻保存中的应用效果及作用机制.创新点在冷冻过程中添加RSV,观察其对猪冻后精子抗冻能力的影响,并阐明其细胞凋亡作用机理.方法在猪精液的冷冻和解冻过程中添加1 mmol/L RSV,解冻后检测精子活力、线粒体膜电位、腺苷三磷酸(ATP)含量、凋亡水平和凋亡通路中相关基因的表达情况.结论(1)与鲜精相比,冷冻精液的活力、顶体完整性和质膜完整性均显著降低,冷冻前后RSV处理未能显著提高精子活力(0.44 vs. 0.40,P>0.05),但能显著提高顶体完整性(57.65% vs. 47.00%,P<0.05)和质膜完整性(46.67% vs. 38.85%,P<0.05).(2)解冻后精子线粒体膜电位显著下降,RSV的添加能提高精子膜电位水平. (3)冷冻解冻过程中添加RSV能显著降低精子的活性氧(ROS)水平(58.65% vs. 88.41%,P<0.05),增加精子的ATP含量(0.49 µmol/L vs. 0.25 µmol/L,P<0.05).(4)TUNEL凋亡检测后,冷冻精子的凋亡率(80.41%)与鲜精组(9.70%)相比显著增加(P<0.05),RSV处理能显著降低冻精的凋亡比例(68.32%,P<0.05).(5)实时荧光定量聚合酶链反应(qRT-PCR)的结果显示,猪精液冷冻后,无论是死亡受体介导凋亡途径中的相关基因(肿瘤坏死因子α(TNF-α)、TNF受体超族配体(FasL)和半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶8(Caspase-8)),还是线粒体介导凋亡途径中的相关基因(锰超氧化物歧化酶(MnSOD)、B淋巴细胞瘤-2(Bcl-2)、Bcl-2相关X蛋白质(Bax)和半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶9(Caspase-9)),均产生明显变化,RSV添加亦能显著改变其表达水平.综上所述,猪精液冷冻解冻过程中RSV添加虽未能显著提高精子活力,但仍表现为抗氧化保护效果,体现在改善了线粒体功能,并通过改变死亡受体和线粒体介导的凋亡途径中相关基因的表达水平,降低了冻后精子的细胞凋亡.关键词：白藜芦醇(RSV);猪精液冷冻;抗氧化剂;线粒体功能;凋亡途径- 155
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发布时间：2022-01-05 -
Her-2阳性乳腺癌淋巴结转移相关的miRNA的筛选及其与患者预后关系的研究
摘要：目的寻找一种或多种能预测人类表皮生长因子受体2(Her-2)阳性乳腺癌患者是否发生淋巴结转移及其预后的分子标志物.创新点本研究发现,miR-455与Her-2阳性乳腺癌转移相关,可能是一个预测Her-2阳性乳腺癌患者淋巴结转移和预后的分子标志物.miR-455可以通过与长链非编码RNA人肺腺癌转移相关转录本1(MALAT1)的相互作用,在乳腺癌的淋巴结转移过程中发挥重要功能.方法通过下载肿瘤基因组图谱(TCGA)数据库中与乳腺癌相关的微小RNA(miRNA)测序数据,筛选与乳腺癌淋巴结转移相关的miRNA,进一步分析这些miRNA与乳腺癌患者预后的相关性.同时,用实时荧光定量聚合酶链反应(qRT-PCR)方法检测这些miRNA在不同程度淋巴结转移的Her-2阳性乳腺癌患者组织中的表达水平,及其与预后的相关性.通过细胞学实验研究过表达miR-455对Her-2阳性乳腺癌细胞系MDA-MB-453增殖和侵袭能力的影响,并用qRT-PCR检测过表达miR-455对MALAT1表达的影响.结论miR-455可能是Her-2阳性乳腺癌患者淋巴结转移和预后的潜在预测因子.关键词：乳腺癌;人表皮生长因子受体2(Her-2);淋巴结转移;微小RNA(miRNA);人肺腺癌转移相关转录本1(MALAT1)- 128
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发布时间：2022-01-05
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