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中国科学：生命科学 2020年第2期50卷 144-153页

作者：李鹏卢文杰肖亮权明洋李连政杜庆章张德强北京林业大学林木分子设计育种高精尖创新中心北京100083 北京林业大学林木育种国家工程实验室北京100083 北京林业大学生物科学与技术学院林木花卉遗传育种教育部重点实验室北京100083

随着新一代基因组测序技术的快速发展,全基因组关联分析(genome wide association study,GWAS)在揭示林木复杂性状的数量遗传变异规律、解析关键基因的遗传调控机制及推动林木分子辅助育种等方面展示出前所未有的应用前景.本文首先综述... 详细信息

随着新一代基因组测序技术的快速发展,全基因组关联分析(genome wide association study,GWAS)在揭示林木复杂性状的数量遗传变异规律、解析关键基因的遗传调控机制及推动林木分子辅助育种等方面展示出前所未有的应用前景.本文首先综述了GWAS的核心理论、研究方法及其在木材性状和适应性遗传基础研究中的研究进展.随后,针对林木数量性状遗传研究中普遍存在的"丢失遗传力"(missing heritability)问题,本文从高通量表型组学平台的组建,多种遗传标记的联合利用,多组学数据的系统剖析以及加性、显性与上位性关联模型的开发等方面提出了未来GWAS的发展对策.最后,结合当前林木遗传改良的实践需求,展望了GWAS策略在林木分子育种领域的广阔应用前景.

关键词：全基因组关联分析系统遗传学遗传结构丢失遗传力分子育种

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林木三倍体育种研究进展及展望

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中国科学：生命科学 2020年第2期50卷 136-143页

作者：康向阳北京林业大学林木分子设计育种高精尖创新中心北京100083 北京林业大学林木育种国家工程实验室北京100083 北京林业大学生物科学与技术学院林木花卉遗传育种教育部重点实验室北京100083

植物三倍体具有生长迅速、叶片或花、果实硕大、新陈代谢旺盛、适应性强以及不孕等特点,尤其适用于无性繁殖林木的遗传改良.利用配子染色体加倍或四倍体与二倍体杂交等有性多倍化技术手段,增加目标树种一套基因组的全部同源基因,可以仅... 详细信息

植物三倍体具有生长迅速、叶片或花、果实硕大、新陈代谢旺盛、适应性强以及不孕等特点,尤其适用于无性繁殖林木的遗传改良.利用配子染色体加倍或四倍体与二倍体杂交等有性多倍化技术手段,增加目标树种一套基因组的全部同源基因,可以仅通过一轮次的育种过程实现多目标性状综合改良,培育出生长快、纤维长、木素低、纤维含量高以及抗逆性增强的用材林新品种,或者是生长迅速、叶片和果实等器官巨大、含胶量及药物成分含量显著提高的胶用、漆用、药用、叶用、果用新品种.在人工诱导配子染色体加倍选育三倍体时,实现有效处理时期的即时判别是提高三倍体育种效率的关键,而选配高配合力亲本则是提高三倍体育种效果的保障.随着林木三倍体育种理论和技术方法的突破及其不断向其他树种拓展,三倍体育种必将在提高林产品产量、改善品质以及增强抗逆性等方面发挥更大的作用.

关键词：林木三倍体性状变异育种技术新品种

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DNA甲基化研究进展及其在木本植物中的发展趋势

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中国科学：生命科学 2020年第2期50卷 154-166页

作者：房媛媛肖亮卢文杰姚良臣李连政杜庆章张德强北京林业大学林木分子设计育种高精尖创新中心北京100083 北京林业大学林木育种国家工程实验室北京100083 北京林业大学生物科学与技术学院林木花卉遗传育种教育部重点实验室北京100083

DNA甲基化是真核生物中分布最广也是最重要的表观遗传修饰类型.近年来,DNA甲基化调控动植物生长发育过程的研究引起了人们的广泛关注,关于DNA甲基化在动植物遗传育种领域的研究进展也逐渐被报道.本文通过综述DNA甲基化基本概况、主要检... 详细信息

DNA甲基化是真核生物中分布最广也是最重要的表观遗传修饰类型.近年来,DNA甲基化调控动植物生长发育过程的研究引起了人们的广泛关注,关于DNA甲基化在动植物遗传育种领域的研究进展也逐渐被报道.本文通过综述DNA甲基化基本概况、主要检测技术及其在木本植物中的研究进展,进一步探讨了林木DNA甲基化研究的未来发展趋势及主要应对策略,提出了全基因组水平的表观关联分析(epigenome-wide association study,EWAS)、CRISPR/dCas9(deactivated CRISPR-associated protein 9)系统与表观基因组等系统生物学研究方案,为解析林木复杂性状的遗传调控机制及制定分子育种策略提供了新思路.

关键词：林木数量性状 DNA甲基化分子育种 EWAS

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利用异速生长模型和博弈论解析藏川杨主干动态生长的遗传调控机制

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北京林业大学学报 2024年第6期46卷 154-164页

作者：危学达王玉丁孟东吴双梁丹叶梅霞邬荣领生物科学与技术学院计算生物学中心林木育种国家工程实验室林木、花卉遗传育种教育部重点实验室树木花卉育种生物工程国家林业和草原局重点实验室北京林业大学生物学院北京100083

【目的】高度与直径是树木生命历程中的2个重要生长性状,本文通过量化藏川杨主干高度和直径之间的相互作用,探究这2个性状的生长过程和生长模式,揭示藏川杨主干动态生长的遗传调控机制。【方法】基于异速生长模型和博弈论构建藏川杨高... 详细信息

【目的】高度与直径是树木生命历程中的2个重要生长性状,本文通过量化藏川杨主干高度和直径之间的相互作用,探究这2个性状的生长过程和生长模式,揭示藏川杨主干动态生长的遗传调控机制。【方法】基于异速生长模型和博弈论构建藏川杨高度与直径性状的动态生长互作微分方程,利用系统作图构建藏川杨主干生长遗传解析的统计模型。进一步以藏川杨自然群体作为研究材料,调查其在温室内的生长动态数据,结合本群体的高通量分子标记数据,开展藏川杨的全基因组基因定位工作。【结果】藏川杨主干高度和直径的整体生长曲线符合Logistic生长曲线,拆分整体生长曲线发现,藏川杨主干的直径生长对高度生长具有抑制作用,而高度生长对直径生长具有促进作用。所有藏川杨高度和直径的个体拟合优度> 0.90,且2个性状拟合的残差均服从随机分布,说明使用广义Lotka-Volterra微分方程来拟合藏川杨高度和直径效果很好。基于功能作图方法共定位到78个显著位点,可注释到52个候选基因。以2号染色体上最显著的SNP为例,对藏川杨高度和直径进行遗传解析,发现该SNP的3种基因型(AA、AC、CC)具有相似的高度–直径相互作用模式。该SNP对整体生长、独立生长和依赖生长发挥了不同方式的遗传效应。对定位到的显著位点进行功能注释,可将这些位点所在的基因分为:与木质素/细胞壁合成相关基因、与生长发育相关基因、与抗病抗逆性相关基因、与光合作用相关基因这4类。【结论】结合异速生长模型和博弈理论的基因定位模型,可检测基因如何通过合作或竞争策略来调控藏川杨主干的大小,识别树干动态生长的过程和模式,相关模型也可为其他物种重要性状之间的深层次遗传解析提供借鉴。

关键词：藏川杨博弈论异速生长模型高度直径数量性状位点

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基于转基因741杨与新疆杨杂交创制抗虫非整倍体毛白杨新种质

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北京林业大学学报 2024年第12期46卷 92-102页

作者：齐婉芯陈婷婷宋佳力安新民北京林业大学生物科学与技术学院林木遗传育种全国重点实验室林木育种与生态修复国家工程中心林木花卉遗传育种教育部重点实验室树木花卉育种生物工程国家林业和草原局重点实验室北京100083

【目的】以转BtCry3A基因三倍体741杨为母本与二倍体新疆杨为父本进行人工杂交,以期快速获得非整倍体毛白杨抗虫优良新种质。【方法】采集转基因741杨雌花枝、新疆杨雄花枝进行人工授粉杂交,收集即将脱落的花序,通过胚挽救技术获得杂交... 详细信息

【目的】以转BtCry3A基因三倍体741杨为母本与二倍体新疆杨为父本进行人工杂交,以期快速获得非整倍体毛白杨抗虫优良新种质。【方法】采集转基因741杨雌花枝、新疆杨雄花枝进行人工授粉杂交,收集即将脱落的花序,通过胚挽救技术获得杂交子代。通过聚合酶链式反应(PCR)检测杂交子代是否含有BtCry3A基因;通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)对BtCry3A基因在母本与子代中的表达量进行分析。以二倍体新疆杨为参照,通过流式细胞技术检测杂交子代的倍性;并对子代幼苗表型进行初步观测分析。【结果】(1)通过对未发育成熟种子进行胚挽救获得8个杂交子代,其中6个杂交子代后续生长状态良好,5个子代遗传了母本的BtCry3A基因。(2)RT-qPCR检测显示,BtCry3A基因在5个子代中的表达量均高于母本,其中3#表达量为母本12倍;(3)初步判定子代1#为超四倍体,子代2#、4#、8#为非整倍体,子代3#可能为非整倍体或四倍体;(4)杂交子代表型差异大,5个杂交子代叶形、叶片大小、节间距等均不相同,其中3#和8#生长势优于亲本。【结论】通过转BtCry3A基因三倍体741杨与二倍体新疆杨杂交,快速获得了具有BtCry3A抗虫基因且发生形态变异的非整倍体毛白杨新种质,其中子代3#因抗虫基因表达量显著高于母本,且生长势优于双亲,可作为优良潜在非整倍体毛白杨新种质进行后续抗虫性测试。

关键词：毛白杨抗虫人工杂交非整倍体新种质创制

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油松离体花粉管的生长及微丝骨架分布

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林业科学 2013年第4期49卷 34-38页

作者：尚峰男宋少宇田菊王君北京林业大学林木育种国家工程实验室林木花卉遗传育种教育部重点实验室生物科学与技术学院北京100083 北京林业大学林学院北京100083

采用离体培养结合荧光定位技术对油松花粉管生长特征和微丝骨架分布规律进行研究。结果表明:油松花粉离体萌发过程,除大量呈单一花粉管形态外,还存在异形花粉管,如具2条花粉管及分枝花粉管等;在适宜培养条件下,培养60h后萌发率趋于稳定(... 详细信息

采用离体培养结合荧光定位技术对油松花粉管生长特征和微丝骨架分布规律进行研究。结果表明:油松花粉离体萌发过程,除大量呈单一花粉管形态外,还存在异形花粉管,如具2条花粉管及分枝花粉管等;在适宜培养条件下,培养60h后萌发率趋于稳定(91%以上),培养96h后花粉管长度逐渐趋于稳定(173μm以上);异形花粉管发生频率与花粉萌发率呈极显著正相关(r=0.7867,P=0.0041),花粉管分枝发生于管伸长至89.73(±3.44)μm处;在不同形态的花粉管中均有微丝骨架正常分布,并且推动花粉管细胞核和造粉体向花粉管顶端移动;在花粉管的透明区,微丝束呈现平行于花粉管的浓密网状结构,当花粉管生长较长时,微丝束有变得稀疏的趋势。

关键词：油松离体花粉管生长微丝骨架

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关于林木育种策略的思考

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北京林业大学学报 2019年第12期41卷 15-22页

作者：康向阳北京市林木分子设计育种高精尖创新中心林木育种国家工程实验室林木花卉遗传育种教育部重点实验室城乡生态环境北京实验室北京林业大学生物科学与技术学院北京100083

我国人工林培育水平较低,其原因与林木育种领域投入的人力和财力不足、对育种策略的重视和执行力不够等原因有关,导致树种遗传改良最基本的育种循环难以维持,无法支撑树种遗传改良水平持续提升和人工林生产力的提高。本文综合分析国内... 详细信息

我国人工林培育水平较低,其原因与林木育种领域投入的人力和财力不足、对育种策略的重视和执行力不够等原因有关,导致树种遗传改良最基本的育种循环难以维持,无法支撑树种遗传改良水平持续提升和人工林生产力的提高。本文综合分析国内外林木育种发展经验以及理论和技术成果,提出林木育种策略制定和执行需重视的几点问题:品种具有地域性和时间性以及经济属性,生态价值则属于种植改良品种所产生的附属效益,要制定科学、具体且有一定市场竞争优势的育种目标和育种周期;在此基础上强化树种基本群体、选择群体和育种群体建设与管理,采用科学的试验设计及分析方法保证准确而高效地开展遗传测定和选择,持续推进高轮次育种群体构建,并合理采用促进开花结实、相关选择或分子标记辅助选择等技术加快交配和选择进程,不断提高基本群体和选择群体遗传品质,甚至实现强优势远缘杂交品种的生产应用。对于能够无性繁殖的树种,可在一定的遗传改良阶段施加理化诱变、染色体加倍处理,进一步增加有益变异积累和利用。而对于已应用于生产却仍有不足的优良品种,可以采用遗传转化和基因编辑等分子育种进一步优化等。其中交配、遗传测定和选择是育种循环的核心以及进一步实施其他育种技术的基础,需要给予足够的重视和持续的坚持。

关键词：林木育种策略育种目标育种区育种循环

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高温诱导银灰杨花粉败育的细胞学机理研究

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北京林业大学学报 2023年第5期45卷 25-34页

作者：李智群孔博程雪桐李亮张平冬林木资源高效生产全国重点实验室林木、花卉遗传育种教育部重点实验室树木花卉育种生物工程国家林业和草原局重点实验室北京林业大学生物科学与技术学院北京100083

【目的】研究高温处理对银灰杨小孢子发生的影响,揭示高温处理导致杨树花粉败育的细胞学机理,旨在完善高温处理诱导配子染色体加倍、选育林木三倍体的技术。【方法】本研究以银灰杨为试验材料,利用38℃和41℃的高温,对不同减数分裂时期... 详细信息

【目的】研究高温处理对银灰杨小孢子发生的影响,揭示高温处理导致杨树花粉败育的细胞学机理,旨在完善高温处理诱导配子染色体加倍、选育林木三倍体的技术。【方法】本研究以银灰杨为试验材料,利用38℃和41℃的高温,对不同减数分裂时期的银灰杨花粉母细胞进行3、6 h处理,研究处理温度、减数分裂时期以及持续处理时间对败育花粉比率的影响。在此基础上,通过比较未经高温处理和高温处理后银灰杨花粉母细胞减数分裂染色体行为、微管骨架动态变化以及减数后绒毡层细胞发育的差异,揭示高温处理诱导银灰杨花粉败育的细胞学机理。【结果】(1)减数分裂时期、处理温度、持续处理时间以及减数分裂时期与处理温度、减数分裂时期与持续处理时间的交互作用均对败育花粉比率具有极显著的影响。41℃高温于中期Ⅰ持续处理3 h的败育花粉比率最高,为(25.11±4.28)%。(2)与对照组相比,银灰杨雄花芽经高温处理后,花粉母细胞减数分裂微管骨架表现出不同程度的解聚,中期Ⅰ和中期Ⅱ的部分纺锤体微管缺失,致使后期Ⅰ和后期Ⅱ的同源染色体或姊妹染色单体分离异常,产生大量的落后染色体。这些落后染色体被遗弃在细胞质中,引起微核的产生,四分体时期形成多分体而导致花粉败育。(3)高温处理可导致银灰杨花药绒毡层退化延迟,但仍能正常开裂,释放出花粉粒,因此绒毡层延迟退化不是高温处理诱导银灰杨花粉败育的原因。【结论】高温处理诱导银灰杨花粉母细胞中期Ⅰ和中期Ⅱ的部分纺锤体微管缺失,致使后期Ⅰ和后期Ⅱ产生大量的落后染色体,引起大量多分体的产生,是高温处理诱导银灰杨花粉败育的细胞学机理。

关键词：银灰杨高温败育花粉减数分裂微管骨架绒毡层

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应用15N示踪研究毛白杨苗木对不同形态氮素的吸收及分配

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北京林业大学学报 2009年第4期31卷 97-101页

作者：董雯怡聂立水李吉跃沈应柏张志毅北京林业大学水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室华南农业大学林学院北京林业大学生物科学与技术学院北京林业大学林木育种国家工程实验室林木花卉遗传育种教育部重点实验室

为探讨毛白杨苗木对不同形态氮素的吸收、分配及利用特性,以毛白杨新无性系83号插条苗为试材,于2007年3—9月在北京林业大学苗圃,应用15N示踪技术测定在相同施氮量下毛白杨苗木对硝态氮(NO3-15N)和铵态氮(NH4-15N)的吸收率、利用率及分... 详细信息

为探讨毛白杨苗木对不同形态氮素的吸收、分配及利用特性,以毛白杨新无性系83号插条苗为试材,于2007年3—9月在北京林业大学苗圃,应用15N示踪技术测定在相同施氮量下毛白杨苗木对硝态氮(NO3-15N)和铵态氮(NH4-15N)的吸收率、利用率及分配率等指标。结果表明:①施肥后28 d,苗木对两种氮肥的吸收利用达到最大值,其中,标记NO3-15N肥吸收率为0.36 g/株,利用率达35.98%;标记NH4-15N肥吸收率为0.15 g/株,利用率为14.53%。②苗木NO3-15N肥平均利用率(19.75%)约为NH4-15N肥(7.95%)的2.5倍。③施肥后各个时期,全株的NO3-15N肥Ndff值均显著大于NH4-15N肥。各器官对NO3-15N肥的征调能力明显高于NH4-15N肥,茎对肥料征调的竞争能力最强,其次为叶和根。④氮素分配率在各器官中差异显著(P<0.05),总体趋势为叶>根>茎。叶中NO3-15N的分配率均高于NH4-15N,根中储存的氮素主要供地上部分生长所需,总体呈逐渐下降的趋势,茎是氮素贮藏的"临时库",苗木主要通过茎将吸收的氮素输送到叶等生长旺盛的部位。

关键词：毛白杨硝态氮铵态氮吸收率氮肥利用率来自肥料氮的百分率(Ndff) 分配率

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茶壶枣离体多倍体诱导关键技术研究

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北京林业大学学报 2019年第7期41卷 49-56页

作者：郭烨崔艳红孔德仓曹明庞晓明李颖岳林木育种国家工程实验室林木花卉遗传育种教育部重点实验室北京林业大学生物科学与技术学院北京100083 北京林业大学期刊编辑部北京100083 河北省沧县国家枣树良种基地河北沧州071001

【目的】离体多倍体育种是枣树育种的重要方法,对其关键技术的研究有利于建立和完善枣树离体多倍体育种体系,加快枣树多倍体种质的创制。【方法】以茶壶枣无菌叶片为材料,将预培养不同天数(7~20 d)的叶片固定后制成石蜡切片,进行细胞学... 详细信息

【目的】离体多倍体育种是枣树育种的重要方法,对其关键技术的研究有利于建立和完善枣树离体多倍体育种体系,加快枣树多倍体种质的创制。【方法】以茶壶枣无菌叶片为材料,将预培养不同天数(7~20 d)的叶片固定后制成石蜡切片,进行细胞学观察以确定适宜的预培养时间。在此基础上,将叶片不定芽再生技术与秋水仙素染色体加倍技术相结合,在叶片预培养8、9、10、11 d后,分别用70和90 mg/L的秋水仙素处理48和72 h,并对处理后得到的不定芽进行流式细胞术倍性检测。【结果】通过对叶片最佳预培养时间的细胞学研究可以得出,茶壶枣无菌叶片在预培养8~9 d时,分生细胞的分裂能力最强,且未出现分化现象,在此时期用秋水仙素对叶片进行处理,可大大提高诱导率,并且可以有效避免嵌合体和混倍体的出现。染色体加倍试验发现,在预培养8 d后,用70 mg/L的秋水仙素处理72 h,其诱导率最高,达4.11%,并成功获得8株多倍体植株。通过流式细胞术确定这8株多倍体均为纯合四倍体。【结论】本研究探索出了将茶壶枣叶片不定芽再生体系与秋水仙素染色体加倍技术相结合,人工诱导茶壶枣多倍体的技术方法。

关键词：茶壶枣细胞学观察染色体加倍四倍体

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