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    近日,中国农业科学院蜜蜂研究所解析了中国本土保护蜂种—中华蜜蜂的基因组和转录组数据,揭示了中华蜜蜂的抗螨机制。

    中华蜜蜂主要分布在亚洲,是目前我国饲养最多,具有显著经济价值的两个蜂种之一,2006年被列为国家级畜禽遗传资源保护品种。与西方蜜蜂相比,中华蜜蜂工蜂更善于利用零星蜜源,对环境的抗逆能力更强,在低温下仍然可以外出采集,可以有效的抵抗西方蜜蜂的主要寄生害虫-蜂螨的危害。其研究一直是国际上的研究热点。

    继西方蜜蜂基因组公布之后,中国农业科学院蜜蜂研究所与浙江大学、泉州师范学院、国家人类基因组上海研究中心、江西农业大学、美国农业部Beltsville蜜蜂研究中心、福建农林大学、中国科学院生物物理研究所、澳大利亚国立大学联合,致力于对中华蜜蜂的分子生物学信息进行研究。在参与单位的共同努力下,中华蜜蜂的基因组和转录组研究取得新进展。项目研究小组分析了中华蜜蜂的基因组序列和转录组数据,并将之与欧洲蜜蜂进行了对比分析。论文的基因分析研究结果表明,中华蜜蜂对螨的抗性与抗菌肽的进化、东方蜜蜂的劳动分工的遗传基础有关。在有螨的情况下,中华蜜蜂表现出更警觉的清理行为,这表明中华蜜蜂的抗螨不仅仅与外来的刺激(如视觉和螨的气味)有关,其体内的内生基因可以启动工蜂的清理行为来移除螨的危害。这些进展有助于了解中华蜜蜂的抗螨机制,为蜜蜂的生物学提供了新的视角,有助于提高全球蜜蜂的健康水平。

    本研究得到农业产业技术体系、国家自然科学基金、上海科委等项目的资助。蜜蜂所吴杰研究员等为通讯作者,蜜蜂所刁青云研究员、徐书法研究员等为第一作者。

    来源机构: 中国农业科学院 | 点击量:84048
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    1月12日,中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文研究员领衔的科研团队在番茄风味品质研究中取得重大突破。科学家利用大数据分析,揭示了番茄在驯化和育种过程中营养和风味物质发生的变化,及其调控位点,为番茄果实风味、营养物质的遗传调控和全基因组设计育种提供了路线图。相关科研论文在国际顶尖生命科学领域期刊《细胞(Cell)》2018年第1期发表,这是中国农科院第一次在该刊上发表文章,也是今年中国科学家在该刊上发表的第一篇文章。

    番茄是世界第一大果蔬作物,具有重要的经济价值。黄三文带领科研团队利用多重组学的大数据,揭示了在驯化和育种过程中番茄果实的营养和风味物质发生的变化,并发现了调控这些物质的重要遗传位点,为植物代谢物的分子机理研究提供了源头大数据和方法创新。同时,该研究结果为番茄果实风味和营养物质的遗传调控和全基因组设计育种提供了路线图。据悉,《细胞(Cell)》同期发表的评述文章认为:该项研究加深了对作物品质化学的科学认识,将推动高品质品种培育,最终消费者能够从风味更佳、营养更好的食品供应中获益。

    自2004年起,黄三文带领科研团队积极参与番茄基因组测序任务。经过10余年的潜心研究,广泛收集了全球600多份不同类型的番茄种质资源,并开展了基因组、转录组、代谢组等多组学分析,产生了约7 Tb的原始序列数据,数据分析获得了2600万个基因组变异位点、3万多个基因的表达量和980种果实代谢物的群体多组学数据,构建了全球最大园艺作物组学数据库。同时,利用基因组学技术阐明了番茄从野生番茄成大果栽培番茄的人工驯化过程,发现了现代番茄风味的丢失的基因调控机制,并发现了控制番茄风味的多个调控路径,为更为营养美味番茄的设计育种提供了路线图。成果自2012年后陆续发表在《自然遗传学(nature genetics)》《科学(Science)》等国际顶级学术期刊上,实现了我国在该领域上由“跟跑”转为“领跑”。

    该论文的第一作者为黄三文实验室博士后祝光涛、共同第一作者为罗杰实验室的博士研究生王守创,通讯作者为黄三文研究员和罗杰教授。该项研究是中国农科院基因组所与蔬菜花卉研究所、华中农业大学、美国佛罗利达大学、美国佐治亚大学、德国马普研究所的合作成果,得到了科技部、基金委、中国农科院创新工程和广东省、深圳市的支持。

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  • 3   2018-01-08 水稻有望实现高锰低镉 (编译服务:转基因动植物新品种培育)     
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    近日,中国水稻研究所种质创新课题组研究发现了一个控制水稻籽粒锰积累的主效数量性状位点(QTL),并且创制了高锰低镉水稻的优良育种材料。相关研究成果在线发表在《科学报告(Scientific Reports)》上。

    锰作为一种重要的矿质元素,在日常饮食中往往不足。通过生物强化作用虽然可以增加水稻籽粒的锰含量,但有害重金属镉含量也同时上升。研究人员利用低锰籼稻品种93-11和高锰品种培矮64s为亲本的重组自交系结合高密度遗传图谱,在水稻第7号染色体短臂上检测到一控制籽粒锰含量的主效QTL——qGMN7.1。93-11背景qGMN7.1的染色体片段代换系其籽粒锰浓度显著上升,镉浓度显著下降,根系的锰吸收能力增强。qGMN7.1最终确证是一个调控锰镉吸收的基因OsNRAMP5,基因启动子的序列变异引起了转录水平的表达差异,导致籽粒锰浓度的变化。该研究表明,OsNRAMP5在调控水稻籽粒锰含量方面起了重要作用。

    该研究得到国家自然科学基金的资助。水稻所刘朝雷博士研究生为文章的第一作者,钱前研究员和高振宇研究员为共同通讯作者。

    文章链接:https://www.nature.com/articles/s41598-017-18090-7

    来源机构: 中国农业科学院 | 点击量:83875
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    近日,中国农业科学院蜜蜂研究所蛋白质组学创新团队通过对中华蜜蜂(中蜂)和意大利蜜蜂(意蜂)大脑不同分区(蘑菇体、嗅神经叶、视神经叶)蛋白质组的比较研究发现,中蜂大脑嗅神经叶和蘑菇体增强了与嗅觉传导和学习记忆相关的功能。相关研究成果发表在《分子与细胞蛋白质组学(Molecular & Cellular Proteomics)》上。

    中蜂和意蜂是目前我国饲养最多的两个蜂种,早在35万年前西方蜜蜂就从东方蜜蜂中进化出来形成了独立的蜂种。它们在外部形态、生理特性和行为方面都形成了各自独特的生物学特性。然而,中蜂和意蜂生物学差异的神经生物学机理尚不清楚。

    通过比较两种蜜蜂大脑的不同分区蛋白质组,发现蘑菇体、嗅神经叶和视神经叶三个分区的功能差异也体现在蛋白质组的差异上。蘑菇体上蛋白质的动态变化对突触的塑造和长期记忆的形成具有重要作用。视神经叶上核糖核酸作为第二信使在视觉传导中起重要作用。然而,两蜂种嗅神经叶的蛋白质功能存在显著差异,意蜂嗅神经叶上与突触传导相关的氢离子和氢离子跨膜转运功能加强,而中蜂嗅神经叶中与突触塑造和神经递质长距离传输的微管骨架蛋白功能加强,说明两种蜜蜂在长期的进化过程中形成了与特定生境相关的嗅觉机制。同时,蛋白质合成和信号转导等与学习和记忆相关的功能在中蜂的嗅神经叶中加强了,说明中蜂在长期进化过程中形成了更灵敏的嗅觉机制适应采集零星蜜源的生物学特征。

    蜜蜂所博士研究生孟丽峰为本文的第一作者,李建科教授为通讯作者。

    全文链接:http://www.mcponline.org/content/early/2017/11/29/mcp.RA117.000159.full.pdf+htm

    来源机构: 中国农业科学院 | 点击量:81793
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    12月9日,由中国农业科学院植物保护研究所科研团队通过对水稻条纹病毒(RSV)的生物学、编码蛋白功能及病毒病防控研究,揭示水稻条纹病毒通过干扰植物蛋白棕榈酰化快速建立侵染新机制,进一步探索了RSV和寄主植物之间的博弈现象,并发现了该病毒具备在与植物共进化过程中精巧地调控植物防御蛋白水平从而帮助其快速建立侵染的能力。相关研究成果在线发表在国际学术期刊《分子植物(Molecular Plant)》上。

    据悉,由水稻条纹病毒(RSV)引起的水稻条纹叶枯病是目前我国以及东亚地区粳稻生产上最严重的病毒病害之一,近几十年在我国多次爆发流行。病毒侵染植物时,只有穿过植物细胞之间的通道“胞间连丝”才能在植物细胞间移动,实现对植物的侵染。Remorin蛋白是陆地植物特有的蛋白之一,能够特异定位到细胞膜脂筏上,通过影响胼胝体的积累来调控胞间连丝的通透性,相当于把控胞间连丝孔径大小的大门。之前的研究发现该蛋白在调控病原物侵染过程中发挥重要作用。相对于真菌和细菌等植物致病微生物,病毒基因组小,结构简单,仅编码数个蛋白,其中病毒编码的运动蛋白能够辅助病毒在细胞间进行移动,植物病毒是如何通过运动蛋白打开植物细胞的通道之门是一个未解之谜。

    为鉴定参与调控RSV侵染植物的寄主因子以及了解RSV在细胞水平的侵染过程,植保所周雪平研究团队首先利用iTRAQ蛋白质谱结合病毒诱导的病毒沉默与CRISPR/Cas9体系成功鉴定了一个负调控RSV侵染的寄主因子NbREM1,NbREM1属于remorin基因家族的Group1亚组。研究证实NbREM1通过调控细胞胞间连丝孔径大小抑制RSV的细胞间移动。利用蛋白定量质谱手段发现NbREM1在病毒侵染的初期蛋白水平显著下调,而转录本水平和对照相比并没有显著的差异,说明RSV侵染可能影响Remorin的翻译后修饰过程。生化分析显示NbREM1蛋白能够被棕榈酰化修饰,而且NbREM1蛋白第206位半胱氨酸是其唯一的棕榈酰化修饰位点。NbREM1的棕榈酰化修饰突变体滞留于植物的内质网以及细胞质中,并诱导细胞自噬途径介导remorin蛋白降解,从而消除remorin对RSV细胞间移动的负调控作用,加速了病毒在细胞间的移动,说明棕榈酰化修饰对于Remorin蛋白的细胞膜定位、蛋白稳定性以及抑制病毒的细胞间移动起到重要作用。研究发现RSV侵染后能够干扰Remorin蛋白的棕榈酰化修饰,深入研究显示RSV编码的运动蛋白NSvc4能够结合Remorin C端棕榈酰化修饰位点区域,干扰其棕榈酰化修饰,导致Remorin细胞膜定位减弱并在内质网大量聚集,诱导细胞自噬并被降解(见附图)。RSV侵染导致Remorin的降解,有利于病毒打开胞间连丝快速进行细胞间的移动。

    研究中选取了RSV的两种自然寄主,单子叶寄主水稻和双子叶寄主本氏烟,分别鉴定了两种寄主植物对应的Remorin蛋白,并发现RSV采用类似的手段干扰Remorin的棕榈酰化修饰并通过自噬途径降解该蛋白,减弱其对病毒细胞间移动的抑制。本研究揭示了RSV在和寄主博弈中进化的一种抑制寄主防御的新策略。

    该论文的通讯作者为周雪平教授,第一作者为周雪平课题组博士研究生傅帅和徐毅。相关工作得到了国家现代农业产技术体系和国家基础研究973项目资助。

    来源机构: 中国农业科学院 | 点击量:75175
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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:55661
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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:55403
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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:55338
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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。

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  • 摘要:

    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:44730