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2017年第11期(发布时间: Nov 27, 2017 发布者:赵华)  下载: 2017年第11期.doc       全选  导出
1   2017-11-27 10:53:20.4 接种密度,温度,湿度持续时间和叶龄对菠菜炭疽致病菌侵染和发育的影响 (点击量:3)

由Colletotrichum spinaciae炭疽真菌引起的菠菜炭疽病作为一种新出现的植物细菌病,这种植物细菌病在土耳其地中海地区的菠菜田中造成了严重的损失。目前,作为最受消费者欢迎的菠菜品种Matador是非常容易感染菠菜炭疽病的。而且当前由于对该炭疽病病理学的认识尚不深入,在土耳其的菠菜种植业中炭疽病尚未得到有效的控制。为进一步了解各环境参数对植物炭疽病的影响,在相应的控制条件下,研究了接种量,温度,叶片湿度,植株和叶龄等因素对菠菜炭疽病发病的影响。实验中,以Matador这种菠菜品种为研究对象,在其生长至4叶阶段时,设置接种了四种孢子接种浓度的接种液:102/ml,104/ml,106/ml,2×106 / ml;另外,设置了七个温度:15,18,22,25,28,30和33℃,同时设置了9个叶片湿润持续时间:3,5,10,20,24,30,44,48和53小时。研究表明:随着接种密度从每毫升104增加到106个分生孢子,平均每株植物病害数量会增加50.7%。此外,研究发现当控制Colletotrichum spinaciae炭疽真菌接种浓度为每毫升含106个分生孢子的接种浓度时,十分适合于其炭疽真菌的感染和病变的发展。在所有实验设计的温度下都能观察到炭疽病的发病案例,而且发病率随着湿度持续时间会有所提高。当培养温度从15℃升高到22℃时,单株植株的炭疽病发病率会逐渐上升。另外当湿度持续时间增加到24 h且温度达到22℃或25℃时,菠菜幼苗的炭疽病平均发病数会增加。通过回归分析可以看出,当温度达到18℃,15℃和30℃时,单株病变数量的增加与湿度持续时间会呈线性关系。在22℃及24小时叶片湿润时间植株的炭疽病感染实验中观察到最快的发病效果。其中,发病最多的植株出现在45日龄植株中。同时,年老的叶子比年轻的叶子受到更严重的感染。这种信息可以用于针对疫情的关键阶段,并可以针对不同级别的炭疽病抗性的品种进行有针对性的定制化的喷雾处理或疾病预测。

2   2017-11-27 10:54:47.09 马铃薯和西红柿中的RB和Ph抗性基因对含致病霉菌亲本配对中卵孢子产生风险最小化的影响 (点击量:6)

马铃薯的晚疫病是由晚疫病菌引起的,目前晚疫病菌是全世界马铃薯和番茄生产的一个制约因素。目前,美国境内的马铃薯晚疫病的病原体主要是通过能够进行限制性重组且在土壤中仍具有持久活力的卵孢子无性繁殖而来。但是,两种交配类型(无性和有性繁殖)在2009年,2010年和2013年都是从威斯康辛州的马铃薯中分离鉴别出来,而且交配的类型也同样给卵孢子繁殖带来了风险。晚疫病抗性基因可用于针对降低目前美国马铃薯克隆谱系中主要的病害侵染,但其抗性不完全。因此,为评估US-22(A2),US-23(A1)和US-24(A1)克隆谱系中的疾病和卵孢子,试验研究了具有不同抗性遗传学的15个茄科宿主。试验结果表明,经过RB抗性基因转化的马铃薯和番茄与携带Ph-2和Ph-3的Mountain Magic番茄,是对所有病原菌谱系最耐受的品种,与其他12个品种(40%-- 100%的发病率)相比具有更低的发病率(<30%)。另外,通过在12-20℃的试验下,在两种繁殖方式中的易感和中等抗性宿主上接种后会有产生孢子,而且在植物组织中形成的孢子在16℃下具有最多的卵孢子。试验发现US-24与US-22杂交产生的卵孢子明显多于US-23×US-22杂交。而在具有Ph2和Ph3基因的番茄中检测不到卵孢子,并且在具有RB基因的马铃薯或番茄中经过全植物检测也无任何卵孢子被检测到。因此,具有这些基因的品种在综合性的晚疫病控制中通过限制疾病和病原体的有性阶段发挥着重要的作用。而且通过基因Ph和RB的部署可以大大降低卵孢子和性重组的风险,从而减少土壤传播的致病疫霉的种群变异和发展。

3   2017-11-27 10:56:01.457 基于面包小麦基因型的野生二粒小麦(二粒小麦亚种)导入系的农艺与遗传性状研究 (点击量:2)

在近东(地中海东部沿岸地区)肥沃新月环境条件的漫长演化史中,这也为野生二粒小麦(Triticum turgidum subsp. dicoccoides)积累了丰富的遗传多样性,并能够适应多种生物胁迫或非生物胁迫的环境条件。在人工农业生态系统中,野生驯化和后续选择的共同作用大大减少了栽培作物物种与野生祖先相比的遗传变异。野生二粒小麦基因库含有丰富的等位基因库,能够用于改善许多农业上重要的性状。于是,以面包小麦基因为模板,建立了一组高级的野生二粒小麦渗入系(ILs),其优点是结合了野生亲本的遗传多样性以及栽培品种的遗传特性。因此,基于田间评价结果,根据遗传背景将一组导入系小麦品种分为了不同的品系,而且每组新品系均在农艺学重要性状中表现出较高的表型差异。另外,通过方差分析(ANOVA)表明,绝大多数性状的等级遗传因子在大多数的遗传特性上的影响是显著的。类似地,通过已知性状的分子标记物的表征已经显示,来自不同遗传背景的导入系(IL)之间的遗传图谱不同。并且通过多变量主成分分析,揭示了植物生长状况与生殖特性之间的有趣关联,并且同样揭示了在这些特性中,一些遗传特性会对PC1和PC2中导入系(IL)的分布产生影响。此外,本文讨论了利用野生二粒小麦导入系(ILs)作为重新引入驯化过程中丢失的等位基因的表达工具及可能对小麦育种的影响。

4   2017-11-27 10:57:06.867 大量基因树的不一致及hemiplasy对北美柱状仙人掌的基因型的影响 (点击量:4)

在植物支系的分类中很少有像仙人掌一类很难被区分与归类证明。部分原因可能是由于异常高水平的基因收敛性和平行进化(即趋同性)所导致的。因此,为了更好地在分子水平上肯定系统发育假说的正确性,我们对富有争议问题的鹿角柱属(Pachycereeae)部落中四种支系仙人掌进行了基因测序,其中包含墨西哥和毗邻地区的大部分大柱状仙人掌,以及索诺兰沙漠具有标志性的树形仙人掌(Carnegiea gigantea)。于是,我们在树形仙人掌中组装了一套覆盖范围广的基因组,并为三个其他种属摩天柱形(Pachycereus)、鸡冠柱型(Lophocereus)和新绿柱形(Stenocereus)以及一个更远的外群仙人掌—叶仙人掌(Pereskia)组装了一套低覆盖率的基因组。我们通过使用这些基因组来构建4,436直系同源基因序列。通过物种树推断,可以得到相一致的系统发育结果,但是其基因树的推断结果中不一致性较高:具有至少90%自举支持的基因树的37%与物种树相冲突。显然,不一致是长世代和中等有效种群大小的产物,导致大量的不完全谱系分选(ILS)。在最受支持的基因树中,物种树中58%的同源氨基酸位点的表观同质性是由于基因树与物种树结果的不一致,而不是基因树本身的平行置换所产生的,这种现象被称为“hemiplasy”。另外,高水平的基因组不一致性的发生可能会导致表型性状的表观平行性,这可能混淆对仙人掌物种关系和性状演化的理解。

5   2017-11-27 10:59:53.507 CRISPR-CAS9介导的木薯基因组编辑 (点击量:2)

目前研究证明,CRISPR-Cas9是一种能够用于进行基因修饰,将新的遗传信息引入作物物种的强大的基因组编辑工具。但是,它还没有被用来编辑木薯(Manihot esculenta)这一作物。为了验证CRISPR-Cas9基因编辑技术在修饰木薯基因组中的效果,Donald Danforth植物科学中心研究员John Odipio及其团队利用携带针对MePDS的gRNA的构建体在两个栽培品种中靶向定位八氢番茄红素脱氢酶(MePDS)基因。并且MePDS基因的修饰在相对较短的时间范围内产生视觉可检测的突变事件,并且不需要通过基因测序来确认。

在农杆菌介导的CRISPR-Cas9试剂进入到木薯细胞中后,两种构建体都在子叶期体细胞胚中诱导可见的白化表型,并从该位点再生植物。本次诱变分析研究共测定了38个品系,每个品种19个。显示白化表型的植物品系的频率在两个栽培品种中为90-100%。而且通过基因序列分析显示,所有被检测的株系在目标MePDS位点都携带突变点,而且记录下了这些突变点的插入,缺失和置换。另外,研究小组观察到在MePDS区域上游5'末端或下游3末端有少量核苷酸取代和/或缺失。

本研究报道的数据表明,CRISPR-Cas9介导的基因组编辑技术也同样适用于木薯,而且效率较高。

有关这项研究的更多信息,请阅读“植物科学前沿”杂志中的文章。

6   2017-11-27 11:46:42.04 农科院作科所牵头绘制出小麦D基因组精细图 (点击量:2)

近日,中国农业科学院作物科学研究所贾继增研究员主导的研究团队在小麦D基因组测序研究中又取得新进展,该研究揭示了转座子(TE)在小麦基因组中的重要功能,研究成果将极大加速小麦重要基因克隆和分子育种研究。相关研究论文于2017年11月20日在线发表在《自然—植物(Nature Plants)》期刊上。

小麦是世界上重要的农作物之一,基因组巨大而且复杂,和其它作物相比转座子含量特别高,基因组超大,这使得小麦基因组测序组装异常困难。粗山羊草是小麦D基因组供体种,对小麦品种改良非常重要。该研究团队在2013年完成了粗山羊草基因组草图的绘制工作,研究成果在《自然(Nature)》上发表。该文发表后在全世界上产生了很大影响,4年多来已被引用412次,成为小麦研究领域的高引论文之一。然而由于当时技术条件的限制,组装的水平有限,因而影响了研究的深入与基因组信息的利用。

近年来,该团队利用二代、三代等测序技术与最新的组装技术,对D基因组重新测序与组装,将组装质量提高210 倍,完成了染色体级别的D基因组精细图谱的绘制。利用高质量的组装结果,准确地进行了基因注释,构建了基因分布图、基因表达图、假基因分布图、重复序列分布图、甲基化分布图、重组率分布图和smallRNA分布图。研究发现,粗山羊草基因组中有一批基因在近期发生了复制。研究还重点分析了转座子对基因组结构、基因复制、假基因形成与基因表达的影响,发现有近1/2的基因中携带有TE,是已测序基因组中携带TE基因最多的物种,也是迄今为止报道的假基因数量最多的物种。TE通常还抑制基因的表达。该研究还首次把近30年来三代分子标记和之前检测到的重要农艺性状基因和QTL定位到小麦D基因组上,获得一个完整的整合图谱。

该研究得到了国家重点研发计划(2016YFD0101004)、国家自然科学基金、中国农科院科技创新工程和青年千人计划启动资金等项目资助。中国农科院作科所赵光耀副研究员、邹枨副研究员等为本文共同第一作者,作科所贾继增研究员、孔秀英研究员、毛龙研究员等为共同通讯作者。

本文链接:https://www.nature.com/articles/s41477-017-0067-8