转基因动植物新品种培育
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    近日,中国农业科学院蔬菜花卉研究所与华南农业大学开展合作研究,揭示了番茄紫色果实形成的分子遗传基础以及果实表皮中花青素生物合成的分子调控网络,为番茄高品质分子设计育种奠定了基础。

    花青素是目前所发现的清除人体内自由基最有效的天然抗氧化剂,具有抗衰老、抗辐射、抗过敏、增进视力、改善睡眠、预防癌症、预防心脑血管疾病等功效。花青素广泛存在于植物中。普通栽培番茄植株一般含有一定数量的花青素,然而果实通常不产生花青素。但是某些野生种番茄含有Aft、Abg或atv等遗传位点,其果实与紫色茄子相似,因表皮能产生花青素而呈紫色。国外育种者通过传统育种手段将上述遗传位点转育到普通栽培番茄中,已经培育出高花青素的紫果番茄品种。然而,这些遗传位点具体的分子遗传机制尚不清楚。

    蔬菜所科研团队从美国引进的高花青素紫果番茄品种Indigo Rose为试验材料,利用分子遗传学研究手段,将atv位点精细定位到番茄7号染色体上约5.0 kb的区间内。该区间中只有一个基因,编码R3 MYB转录抑制因子,故将该基因命名为SlMYBATV。在含有atv位点番茄材料中,SlMYBATV基因编码区存在一个4 bp的插入,该插入导致基因移码突变和蛋白翻译提前终止。SlMYBATV突变蛋白丧失了对花青素生物合成的抑制作用,导致果皮中花青素大量合成和积累,从而果实呈现紫色。通过番茄全基因组分析,本研究还发现了一些可能参与阻遏花青素生物合成的MYB抑制因子,包括2个R3 MYB和4个R2R3 MYB抑制因子。基因转录水平分析表明,在番茄SlMYBATV突变体的果实表皮中,由于SlMYBATV突变蛋白失去了抑制功能,花色素苷生物合成途径中的大多数结构基因和部分调控基因上调表达。基于上述结果,本研究提出了一个番茄果实表皮中花青素生物合成的基因调控网络模型。

    本研究得到中国农科院科技创新工程、国家大宗蔬菜产业技术体系和广州科技计划重点项目的资助。中国农科院蔬菜所硕士研究生曹雪、华南农业大学邱正坤博士为论文共同第一作者,蔬菜所黄泽军副研究员为通讯作者。

    来源机构: 中国农业科学院 | 点击量:20
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    10月30日—31日,中国科学院遗传与发育生物学研究所在江苏沭阳县青伊湖农场组织专家组对手工栽插田块和直播田块的嘉优中科1号水稻进行<span-converted-space></span-converted-space> 实收测产,平均亩产分别达913kg/亩和909.5kg/亩。当天,还对1万4千多亩嘉优中科1号田块进行了考种,平均理论产量达900kg/亩。

    嘉优中科系列新品种是遗传发育所李家洋研究组与浙江省嘉兴市农业科学院李金军研究组合作运用“分子模块设计”这一突破性技术育成的具有引领作用的模块新品种,是在中国科学院a类战略性先导科技专项“分子模块设计育种创新体系”项目支持下产生的重要成果。

    该研究组负责人、中科院士李家洋说:“该成果是颠覆传统育种技术的大胆实践和成功探索,标志着我国科学家在现代育种理论研究方面走在了世界前列,对指导未来作物遗传改良具有重大战略意义。”

    长江中下游稻区是我国水稻主产区之一,历史上一直是水稻育种水平和生产水平非常高的地区。但近20年以来,该地区水稻产量进入一个缓慢增长期,主要表现为产量和早熟、品质、抗病虫和抗逆性等其他优良性状之间的矛盾,尤其在目前的高产栽培条件下,个体和群体的矛盾及产量和生育期的矛盾就更加突出。

    专家们表示,近年来随着重要基因资源的逐步挖掘,传统育种方法的瓶颈效应日益显现,新品种选育的困难越来越多。首先,由于种间生殖隔离的限制,很难利用近缘或远缘种的基因资源对特定的农业生物进行遗传改良;第二,传统育种易受不良基因连锁的影响;第三,进行优良基因叠加一般需要依据表型或生物测定来判断, 检测效率易受环境因素的影响;第四,育种效率较低,周期长,一般需要 10 年左右。因此当前迫切需要新型育种技术的发展。”

    在这种背景下,近几十年来,随着分子生物学和基因组学等新兴学科的飞速发展,使育种专家对基因型进行直接选择成为可能,作物分子育种因此应运而生。分子育种技术可以实现基因的直接选择和有效聚合,大幅度提高育种效率,缩短育种年限,实现“精确育种”。

    中国科学院遗传发育所副研究员刘贵富说,“比如,常规育种需要7至8年才能选出育种材料,分子育种技术能将其缩短到3至4年甚至更短,育种周期缩短为原来的1/4至1/3,实现了快速、定向、高效培育系统改良的作物新品种。打个比方,常规育种方法育种就好比是在相亲的时候是进行海选,分子育种就是在已经经过层层选拔之后的对象里进行选择。”

    “分子模块设计育种技术就是分子育种技术的一种类型。” 李家洋说,这种技术是在育种专家的田间试验之前,就对育种程序中的各种因素进行模拟、筛选和优化,确立目标基因型、提出最佳的亲本选配和后代选择策略、提高育种过程的预见性。

    “模块化设计育种就是先将育种总体目标分解成若干个单元目标,根据每个单元设计并培育一批符合单元目标的育种材料,最后按照整体目标将各单元材料具备的基因组合在一起,获得符合总体目标的品种。”刘贵富说。

    与常规育种技术相比,分子模块设计育种技术不仅克服了育种周期长,偶然性大和育种效率低下等缺点,而且还可以对当前应用的品种缺点进行精确改良和容易实现多个优良基因(性状)的聚合。利用该技术育成的品种,具有理想株型的超级稻株叶形态及高产、多抗、早熟、矮秆抗倒的优点,适宜在长江中下游稻区种植,在长江以北可作一季中稻,在长江以南可作单季晚稻或连作晚稻。

    李家洋说:“这些品种既实现了水稻超高产和抗性提升的完美结合,又实现了种植区域北移,在长江中下游地区有着广阔的推广前景。”

    李家洋表示,接下来课题组还将进一步朝“量身定制”方向努力。“比如,针对糖尿病等特殊人群,可以设计研制低糖的水稻。”

    目前,嘉优中科1号的大面积推广工作正在进行。随着该品种的大面积推广种植,每亩增产200公斤所带来的经济和社会效益将日趋凸显,真正实现了“用得上,有影响”要求,对引领我国品种升级换代有里程碑式的意义。

    据悉,1万4千多亩的嘉优中科1号将于11月10日左右组织专家进行测产。

    来源机构: 中国农业新闻网 | 点击量:32
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    近日,中国农业科学院农产品加工研究所戴小枫团队在棉花黄萎病抗病基因研究方面取得新进展。该研究从海岛棉中鉴定到1个参与大丽轮枝菌2号生理型的抗病基因,揭示了抗病基因突变与主栽品种陆地棉易感黄萎病的遗传机制。相关研究成果于10月20日在线发表于《分子植物病理学(Molecular Plant Pathology)》上。

    棉花黄萎病是由大丽轮枝菌引起的头号生产病害,也是世界性难题,造成我国棉花年均产量损失15%以上,严重威胁棉花生产安全。挖掘抗病基因并应用于育种实践一直是棉花抗黄萎病分子遗传改良的基础。研究团队前期利用比较基因组和全基因关联分析从棉花中鉴定出一批抗黄萎病新位点。该研究结合转录组和病毒介导的基因沉默技术(VIGS),从其中一抗黄萎病新位点(VdRL08)鉴定出参与大丽轮枝菌2号生理型的抗病基因;基因编码核酸结合位点(NB-ARC)和富含亮氨酸重复(LRR)基序,编码产物定位于细胞核中;利用含有抗大丽轮枝菌1号生理型基因(GbVe1)的海岛棉和陆地棉种质资源群体分析发现,该抗病基因在海岛棉中高度保守,而在陆地棉中均发生了单核苷酸缺失,导致编码基因提前终止,无法编码完整的NB-ARC和LRR结构域,表明GbaNA1是介导棉花对大丽轮枝菌2号生理型的抗病基因。

    该研究由中国农科院加工所和美国加州大学戴维斯分校合作完成,加工所为第一完成单位,戴小枫研究员和美国加州大学戴维斯分校克里希那·苏巴拉奥(Krishna Subbarao)教授为共同通讯作者。该研究得到了中国农科院科技创新工程、国家重点研发计划、国家自然科学基金、公益性行业(农业)科研专项等项目的资助。

    来源机构: 中国农业科学院 | 点击量:28
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    英国洛桑研究所说,英国环境、食品与农村事务部已批准其新型转基因小麦田间种植试验的申请,它将在近期开始小规模种植,以验证这种转基因小麦可能带来的产量变化。

    洛桑研究所是英国历史悠久的农业技术开发机构,与埃塞克斯大学和兰开斯特大学合作开发了新型转基因小麦。去年11月,洛桑研究所向政府申请在研究所下属的一个农场进行田间种植试验。经过专业委员会评估和公众咨询后,政府批准了这个项目。按计划,田间种植最快在今年春季开始,并将持续至2019年。

    据洛桑研究所介绍,新开发的转基因小麦比普通小麦光合作用效率更高,也就是说,转基因小麦将阳光中的能量转化为生物质的过程更高效,能够提高产量。此前研究团队曾表示,希望转基因小麦在试验种植中能增产15%。

    参与这个项目的洛桑研究所科研人员马尔科姆霍克斯福德说,通过这项试验,团队可以评估转基因小麦在真实环境中的生长状况,在同样资源和土地面积等条件下,检验其产量能否大幅超过普通小麦。

    英国目前没有商业种植的转基因作物,用于科研的田间种植试验也非常少。

    来源机构: | 点击量:36
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    近日,中国农业科学院蜜蜂研究所在蜂王浆高产生物学机理研究中取得新进展,研究发现浆蜂和意蜂大脑膜蛋白和膜蛋白的磷酸化在重要代谢通路中存在显著差异;浆蜂的大脑膜蛋白及其磷酸化加强了对哺育和采集行为的调控,进而支持蜂王浆高产的生理需要。相关研究成果于9月7日在线发表在国际知名蛋白质组学期刊《蛋白质组学研究杂志(Journal of Proteome Research)》上。

    浆蜂是我国特有的从意蜂中选育出的世界上蜂王浆产量最高的蜂种,其大脑在调控蜜蜂行为尤其是工蜂的哺育和采集行为中发挥至关重要的作用,而膜蛋白和磷酸化修饰在大脑神经细胞生理功能和神经元信号传导中起着不可或缺的作用。

    研究团队对浆蜂和意蜂工蜂大脑的膜蛋白质组和膜磷酸化蛋白质组进行了比较研究,发现浆蜂经过多年的高产选育其大脑膜蛋白及其磷酸化修饰较意蜂发生了显著变化,加强了对哺育和采集行为的调控,进而支持蜂王浆高产的需要。在哺育蜂阶段,浆蜂大脑中的磷脂酰肌醇信号通路和花生四烯酸信号通路的功能得到加强,有利于提高对幼虫的接受率,这是蜂王浆高产的前提;在采集蜂阶段,浆蜂大脑中与神经信号传导相关的通路的功能得到加强,增强了采集蜂的对花粉采集的采集力,为蜂群提供充足的蛋白质食物以满足哺育蜂分泌蜂王浆对蛋白质的需求。研究结果对阐明蜂王浆高产和蜜蜂产浆生物学具有创新性的理论价值。

    蜜蜂所助理研究员韩宾为本文的第一作者,李建科教授为通讯作者。该项研究得到了中国农业科学院创新工程、国家自然基金青年项目和国家蜂产业技术体系的资助。

    全文链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jproteome.7b00371

    来源机构: 中国农业科学院 | 点击量:45
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    近日,中国农业科学院生物技术研究所科研团队在高等植物避荫反应调控机制方面取得新进展,首次阐明了光敏色素和基因调控模块之间的互作联系,完善了避荫反应的调控机理,为耐荫、耐密植作物新品种的培育奠定了理论基础。相关研究成果8月24日在线发表在国际著名学术期刊《自然·通讯(Nature Communications)》上。

    面对可用耕地日趋减少和人口的不断增加,密植栽培是提高作物单位面积产量的有效途径。然而,密植条件会引起植株的相互遮荫导致植株感受的光照质量发生改变,从而激发植株的一系列避荫反应,表现为植株的株高增加,茎秆变细,叶片变窄、早衰,开花提早,分枝减少,最终导致植株产量降低。因此,生产上要求培育耐密植的作物品种,耐密高产必须具有合理的株型。耐密性的实质是在高密度环境下作物群体光合效率高,光合产物源、流、库合理高效运转,从而获得较高的群体产量,而合理的株型将对密植条件下源、库、流的合理分配起到重要的调节作用。过去研究表明,光敏色素是植物体内感受红光和远红光的主要光受体,具有抑制避荫反应的功能。然而,光敏色素如何调控下游基因表达从而调节避荫反应的分子机理尚不清楚。

    生物所研究团队发现拟南芥在遮荫条件下光敏色素的功能受到抑制,导致其互作因子(phytochrome-interacting factors, PIFs)蛋白快速积累,并且这些PIF蛋白能与MIR156基因家族多个成员启动子直接结合并抑制这些MIR156基因的表达,引起其靶基因SPL家族成员表达升高,后者进一步调控了植物株高、分枝数目、叶柄长度、叶片数目、叶片面积、开花时间等一系列重要农艺性状的改变。该研究首次阐明了光敏色素phyB-PIFs和miR156-SPLs调控模块之间的互作联系,完善了避荫反应的调控机理,为耐荫、耐密植作物新品种的培育奠定了理论基础。

    生物所为论文第一完成单位,谢钰容副研究员和刘扬博士为共同第一作者,王海洋研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委和北京市自然科学基金委的资助。

    来源机构: 中国农业科学院 | 点击量:84
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    近日,由中国农业科学院油料作物研究所创新团队选育出我国首个紫花观赏型芝麻品种“H16”。

    芝麻是我国传统的优质油料作物,富含芝麻素、植物甾醇等多种营养物质,对人体健康有益。长期以来,我国芝麻主要用于小磨香油、芝麻酱、脱皮芝麻等食品加工,深受大众喜爱。

    围绕推进农业供给侧结构性改革,油料所芝麻与特色油料遗传育种创新团队加大资源发掘和材料创新力度,不断拓展芝麻新功能,利用发掘的紫花黑芝麻资源“武宁黑”为母本,与引进的美国资源“me den”杂交,选育出我国首个紫花观赏型芝麻新品种“H16”。该品种株型较紧凑、花色深紫鲜艳、花序密生,花期长达30天左右,在园林绿化、观光旅游、休闲农业等方面具有广泛的应用前景。该品种属单杆三花四棱,株高较矮,结蒴性好,产量较高,种皮乌黑,还可兼做黑芝麻品种用于食品和保健品加工,是兼具观赏和食用价值的优质芝麻品种。

    来源机构: 中国农业科学院 | 点击量:91
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    伊利诺伊大学的研究人员已经开发出一种在牛体内产生三维胚胎图像的方法,这种方法可以帮助人类在体外受精前确定胚胎存活率。

    不孕对于那些想要孩子的人来说是毁灭性的。许多人寻求治疗,一个试管婴儿周期的费用可能是20000美元,因此希望尽可能少地尝试失败。关于胚胎健康的先进知识可以帮助医生选择最有可能导致成功怀孕的方法。

    这一新方法发表在《自然通讯》杂志上,源于来自美国贝克曼先进科学技术研究所的一个项目使美国电气与计算机工程教授Gabriel Popescu和动物科学教授Matthew Wheeler开展了合作。

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    近日,中国农业科学院水牛研究所梁贤威研究员主持完成的科技部国际科技合作专项“奶水牛遗传改良关键技术的合作研究与应用”通过验收,这表明我国奶水牛基因组选择育种技术取得突破性进展,该研究是水牛研究领域国际科技合作的又一项代表性成果。

    该项目围绕我国奶水牛产业育种领域共性的关键问题,与意大利农业经济委员会联合开展研究,通过引进意大利水牛SNP90K芯片技术和评估、沼泽型水牛高通量测序、中国奶水牛SNP200K芯片研发和全基因组关联分析等系列研究,经消化、吸收、再创新,成功研发了一款高密度的通用型奶水牛SNP200K芯片;筛选出了一批显著影响奶水牛产奶性状的SNP标记;构建了一套奶水牛基因组选择育种技术,并应用该技术初步在养殖示范区开展了高产奶水牛核心群的选择,这对解决我国当前产业面临的种源匮乏以及产奶量低的问题,迅速增加良种奶水牛存栏量,加快水牛产业的发展,促进农民增收、产业增效,具有重要的意义。

    通过该项目的合作,以此为契机于2015年10月建立了中意水牛联合研究中心,推进我国在水牛科技国际合作领域迈入了一个新的台阶,也为开展水牛遗传改良研究找到了新的突破口。

    该研究取得的突破标志着我国奶水牛选育初步进入了现代分子育种的新时代,开启了奶水牛基因组选择育种研究的“大门”,并对我国奶水牛产业健康发展提出了新要求,即进一步加强奶水牛基础数据库建设。

    来源机构: 中国农业科学院 | 点击量:9
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    近日,中国农业科学院上海兽医研究所王权研究员、薛俊欣博士、蒋蔚副研究员等在弓形虫(Toxoplasma gondii)致病机制的研究中取得新进展。该研究揭示了硫氧还蛋白还原酶(TR)是在弓形虫抵抗来自宿主的氧化损伤的过程中发挥重要作用的一种毒力因子。相关研究成果于2017年7月7日在线发表于《美国实验生物学杂志》(FASEB Journal)上。

    该研究通过免疫二维电泳结合串联质谱成功鉴定弓形虫急性感染血清中的多个重要蛋白,其中弓形虫硫氧还蛋白还原酶(TgTR)是一种不含硒代半胱氨酸TR,能在消耗NADPH的条件下通过维持硫氧还蛋白的还原状态,帮助病原体抵抗来自宿主免疫细胞的氧化损伤。对重组硫氧还蛋白还原酶进行了催化动力学研究;利用CRISPR/CAS9 基因编辑技术敲除弓形虫TR基因,结果表明敲除TgTR的弓形虫虫株体内的活性氧(Reactive oxygen species,ROS)和脂质过氧化产物丙二醛(Malondialdehyde,MDA )水平升高、总抗氧化能力降低,对过氧化氢造成的氧化应激微环境敏感性升高,细胞入侵效率和增殖速度降低,感染TgTR敲除株弓形虫的小鼠存活时间明显长于感染野毒株或互补株的小鼠。从而证实TgTR在弓形虫抵抗氧化损伤的过程中发挥重要作用,且是弓形虫感染的重要毒力因子。TR是多数寄生虫的药物靶标和疫苗候选抗原分子,在此基础上进一步研究,可为弓形虫疫苗的研制及弓形虫病的防控提供理论依据。

    来源机构: 中国农业科学院 | 点击量:7