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林业科学研究 2021年第2期34卷 102-113页

作者：朱灵芝朱沛煌李荣陈妤季孔庶南京林业大学林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室南方现代林业协同创新中心江苏南京210037

[目的]对马尾松PmDXR基因密码子偏好性进行分析,为后续PmDXR基因的功能验证及遗传转化等研究提供理论依据。[方法]利用CodonW、EMBOSS、SPSS等软件及在线服务器,分析马尾松与其他37个物种DXR基因密码子的偏好性。对不同物种DXR基因密码... 详细信息

[目的]对马尾松PmDXR基因密码子偏好性进行分析,为后续PmDXR基因的功能验证及遗传转化等研究提供理论依据。[方法]利用CodonW、EMBOSS、SPSS等软件及在线服务器,分析马尾松与其他37个物种DXR基因密码子的偏好性。对不同物种DXR基因密码子进行中性分析、PR2-plot分析、ENc-plot分析,推测其偏好性形成的主要影响因素;同时分析比较了马尾松PmDXR基因与4种模式生物的密码子使用频率。[结果]马尾松PmDXR基因的密码子偏好性较弱,偏好使用A/T结尾的密码子。比较分析不同物种DXR基因的密码子偏好性参数,发现不同物种DXR基因密码子偏好性存在一定差异,整体看,裸子植物DXR基因密码子偏好性比被子植物强。与其他物种DXR基因的CDS序列及RSCU值聚类分析表明,马尾松与其它裸子植物DXR基因表现出相近的密码子使用偏好性。中性分析、PR2-plot分析、ENc-plot分析均表明:自然选择是影响DXR基因密码子偏好性形成的主要因素。与4种模式生物的基因组密码子使用频率比较发现,在异源转化受体选择中,酵母真核表达系统较大肠杆菌原核表达系统更适合马尾松PmDXR异源表达,拟南芥和烟草均可作为马尾松PmDXR基因的遗传转化受体,其中,烟草更理想。[结论]本研究初步揭示了马尾松PmDXR基因密码子使用规律,对后续开展基因功能验证有重要的指导作用,同时也可为研究马尾松分子进化提供一定的科学依据。

关键词：马尾松 PmDXR基因密码子偏好性异源表达外源宿主

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CRISPR/Cas9系统在林木基因编辑中的应用

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遗传 2020年第7期42卷 657-668页

作者：陈赢男陆静南京林业大学林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室南京210037 南京林业大学林学院南方现代林业协同创新中心南京210037

CRISPR/Cas9系统可以对目标基因进行精确定点编辑,是目前公认的最有发展潜力的基因编辑技术,并已在主要粮食及经济作物的精准育种方面发挥了重要作用。CRISPR/Cas9系统的出现也为林木基础研究和分子育种带来了新的途径。近年来CRISPR/C... 详细信息

CRISPR/Cas9系统可以对目标基因进行精确定点编辑,是目前公认的最有发展潜力的基因编辑技术,并已在主要粮食及经济作物的精准育种方面发挥了重要作用。CRISPR/Cas9系统的出现也为林木基础研究和分子育种带来了新的途径。近年来CRISPR/Cas9系统在林木遗传研究中的应用越来越广泛,不仅实现了抗旱、抗病等林木新品种的培育,而且在调控木质素合成和缩短林木育种周期等方面也展现了巨大潜力。本文详细梳理了CRISPR/Cas9系统在林木基因功能验证及遗传改良中的研究进展,并对未来需要完善的相关问题和发展趋势进行了展望,以期为林木功能基因组研究和林木基因工程育种提供有益参考。

关键词： CRISPR/Cas9 基因编辑林木基因功能遗传改良

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染色质转座酶可及性测序及其在木本植物中的应用前景

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南京林业大学学报（自然科学版） 2022年第5期46卷 1-10页

作者：王子玥甄艳刘光欣席梦利南京林业大学南方现代林业协同创新中心林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室江苏南京210037

染色质转座酶可及性测序(assay for transposase-accessible chromatin with high-throughput sequencing,ATAC-seq)是2013年在人类免疫细胞中建立的用于研究表观遗传调控的重要技术。该技术已在人类及小鼠等模式动物的基因组调控元件... 详细信息

染色质转座酶可及性测序(assay for transposase-accessible chromatin with high-throughput sequencing,ATAC-seq)是2013年在人类免疫细胞中建立的用于研究表观遗传调控的重要技术。该技术已在人类及小鼠等模式动物的基因组调控元件鉴定、转录因子结合位点识别及转录调控机制的解析等研究领域发挥了重要作用。然而,ATAC-seq技术在植物领域中的研究应用还处于起步阶段,相关研究主要集中在拟南芥和水稻等模式植物中。笔者主要概述了ATAC-seq技术在植物中的应用,包括染色质可及性图谱绘制、抗逆机制解析、表观修饰鉴定及调控元件识别等领域的研究进展,并进一步阐述了ATAC-seq在木本植物中的应用潜力,以推动ATAC-seq技术在木本植物表观基因组学研究中的应用。

关键词：染色质转座酶可及性测序木本植物染色质可及性表观基因组学

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松科植物萜类合成酶及其基因家族研究进展

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南京林业大学学报（自然科学版） 2021年第3期45卷 233-244页

作者：朱沛煌陈妤季孔庶南京林业大学南方现代林业协同创新中心林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室江苏南京210037

萜类化合物是松科(Pinaceae)植物中重要的代谢物,它们与松科植物生长发育、信息传递、气候适应和化学防御等关系密切,在植物生理和生态等方面具有重要功能。松科植物萜类化合物还广泛应用在制药、生物燃料以及合成化学等工业领域,具有... 详细信息

萜类化合物是松科(Pinaceae)植物中重要的代谢物,它们与松科植物生长发育、信息传递、气候适应和化学防御等关系密切,在植物生理和生态等方面具有重要功能。松科植物萜类化合物还广泛应用在制药、生物燃料以及合成化学等工业领域,具有重要的经济价值。松科植物通过甲羟戊酸途径和甲基赤藓糖磷酸途径合成所有萜类物质合成所必需的5碳前体,并在异戊烯基转移酶家族、萜类合成酶家族作用下合成单萜、倍半萜和二萜等不同长度碳链的萜类分子骨架,并进一步在细胞色素P450酶家族的作用下发生甲基化、羟基化、过氧化、糖基化等酶促反应形成具有结构极为丰富的萜类化合物。和其他次生代谢过程类似,多种酶及其基因在萜烯化合物形成过程中起到了至关重要的作用,同时,萜类化合物结构多样性的形成也主要依赖于萜类合成酶及其基因。植物中已经发现了大量的萜类合成酶,由于大量植物基因组、转录组等组学数据的公布,不断有新的萜类合成酶被报道。笔者介绍了植物萜类化合物前体的合成途径及其关键酶基因、植物萜类合成酶的结构和类型,着重阐述松科植物萜类合成酶结构、功能以及相应基因家族鉴定和系统分类的研究进展,并针对松科植物萜类合成酶及其基因研究领域存在的研究树种偏少、松科植物萜烯类代谢可能存在的特异代谢路径重视程度不够、适用于针叶树种相关基因的功能研究平台搭建欠缺、多基因网络调控松科植物萜烯类合成机制研究未得到系统开展、产脂和抗逆相关的松科植物关键基因未得到挖掘与利用等相关问题提出了建议,以期为松科植物萜类生物合成机制解析及松科植物遗传改良提供参考。

关键词：松科萜类甲羟戊酸途径甲基赤藓糖磷酸途径萜类合成酶基因家族

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CRISPR:从“盲盒”基因编辑到“精准靶向”基因组编辑的未竟之旅

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南京林业大学学报（自然科学版） 2021年第6期45卷 12-14页

作者：施季森南京林业大学林木遗传与生物技术教育部重点实验室南京林业大学林学院南方现代林业协同创新中心江苏南京210037

《CRISPR/Cas基因组编辑》因获2020年诺贝尔化学奖而再度引起广泛关注。自1970年报道基因编辑小鼠以来,约有33 850条文献涉及基因编辑(据ScienceDirect)。2012年CRISPR/Cas9技术突破后的文献占98.32%,其中涉农、林植物基因(组)编辑文献... 详细信息

《CRISPR/Cas基因组编辑》因获2020年诺贝尔化学奖而再度引起广泛关注。自1970年报道基因编辑小鼠以来,约有33 850条文献涉及基因编辑(据ScienceDirect)。2012年CRISPR/Cas9技术突破后的文献占98.32%,其中涉农、林植物基因(组)编辑文献占10.63%,林木CRISPR/Cas9基因组编辑研究也迅速起步。应编辑部之约,特付短评一二,供参考。

关键词：基因组编辑基因编辑植物基因报道基因诺贝尔化学奖

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南京地区簸箕柳雌、雄花序建成动态观察

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南京林业大学学报（自然科学版） 2023年第1期47卷 154-162页

作者：向丽尹佟明陈赢男南京林业大学林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室南京林业大学林学院南方现代林业协同创新中心江苏南京210037

【目的】柳树雌株性成熟后会产生严重的飞絮污染,阐明其性别分化的分子机制是控制飞絮污染的关键。研究柳树雌、雄花芽分化以及花序建成的关键时期,为性别分化分子调控机理研究奠定基础。【方法】以木本植物簸箕柳(Salix suchowensis)... 详细信息

【目的】柳树雌株性成熟后会产生严重的飞絮污染,阐明其性别分化的分子机制是控制飞絮污染的关键。研究柳树雌、雄花芽分化以及花序建成的关键时期,为性别分化分子调控机理研究奠定基础。【方法】以木本植物簸箕柳(Salix suchowensis)雌株和雄株花芽及花序为材料,从当年6月至翌年2月分别在17个时间点采集样品,利用石蜡切片技术对其雌、雄花芽分化及花序建成过程进行观察,分析不同发育阶段的相关特征。【结果】簸箕柳花序建成初期为6月中旬至7月初,小花原基分化期在7月中旬至8月下旬,雌、雄蕊分化期在9月上旬至11月初,11月中旬至翌年2月初雌雄花序进入休眠期,翌年2月中旬至3月为大小孢子发生及雌雄配子体发育期,随后雌雄花序开放。研究表明,花序外观形态变化与内部解剖结构变化之间具有一定的相关性。【结论】簸箕柳雌、雄花均为单性花。花序生长趋势总体呈“S”形上升趋势,在整个发育过程中,雄花序比雌花序外形稍大。簸箕柳花序外观形态可以用于判断花发育的关键时期。研究结果为全面了解簸箕柳花芽分化以及花序建成的完整过程提供了详细信息,为进一步阐明不同关键发育阶段的分子调控机制奠定了基础。

关键词：簸箕柳花芽分化花序建成外部形态解剖结构

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SPL家族基因复制及功能分化分析

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南京林业大学学报（自然科学版） 2020年第5期44卷 55-66页

作者：陈文文吴怀通陈赢男南京林业大学林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室南京林业大学林学院南方现代林业协同创新中心江苏南京210037

【目的】基因复制及随后的功能分化是基因组和物种演化的重要驱动力。植物特有的转录因子家族SPL(SQUAMOSA-promoter binding protein like)广泛参与调控植物生长发育及响应逆境胁迫,为研究重复基因的起源方式和进化命运提供了良好的研... 详细信息

【目的】基因复制及随后的功能分化是基因组和物种演化的重要驱动力。植物特有的转录因子家族SPL(SQUAMOSA-promoter binding protein like)广泛参与调控植物生长发育及响应逆境胁迫,为研究重复基因的起源方式和进化命运提供了良好的研究系统。本研究对葡萄(Vitis vinifera)、番木瓜(Carica papaya)、毛果杨(Populus trichocarpa)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)4种模式植物的SPL基因家族开展基因复制及功能分化分析,为进一步研究SPL基因功能、预测种属特异性的功能基因提供系统进化角度的参考。【方法】利用SBP特征结构域,鉴定葡萄、番木瓜、毛果杨和拟南芥4种模式植物中SPL基因家族成员,并利用最大似然法构建系统进化树。基于物种内、物种间基因组共线性,分析SPL基因家族发生基因复制的方式及差异保留情况,并计算保留的SPL直系和旁系同源基因的同义、非同义替换率,分析功能分化情况。【结果】在4种模式植物中共鉴定出SPL基因73个,其中42个是miR156的靶基因。系统进化分析显示:73个SPL基因聚类为9个主要分支,miR156靶向SPL基因成簇聚集在6个主要分支;Clade I中SPL基因编码的2个锌指结构基序为C4和C2HC,而其余8个分支中SPL基因的锌指结构基序由C3H和C2HC组成。大规模基因组复制事件(片段复制或全基因组复制)是SPL基因家族发生基因重复的主要方式。根据基因组复制事件推算,15个古基因位点理论上应复制出的360个位点中,83.6%的重复位点发生丢失或演化成非SPL基因。本研究鉴定出旁系同源基因17对,直系同源基因27对,且所有旁系和直系同源基因的Ka/Ks(非同义替换率和同义替换率之比)值均小于1。【结论】在不同物种中保留下来的SPL直系同源基因受到较强的纯化选择,在功能上具有保守性;同一物种中保留下来的SPL旁系同源基因在进化过程中维持部分功能冗余,但在组织表达偏好性和蛋白功能上已呈现出不同形式的分化。

关键词： SPL基因家族 miR156 全基因组复制串联复制功能分化

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CRISPR/Cas技术在木本植物改良中的应用

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南京林业大学学报（自然科学版） 2021年第6期45卷 24-30页

作者：侯静毛金燕翟惠王洁尹佟明南京林业大学林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室南方现代林业协同创新中心南京林业大学林学院江苏南京210037

木本植物育种周期长、种质资源匮乏,已成为限制木本植物种质创新的主要因素。CRISPR/Cas系统是近年来发展起来的能够实现对基因组进行精准定点编辑的技术,具有操作简单、周期短、效率高等优点,可实现基因的敲除、插入、替换等目的,从而... 详细信息

木本植物育种周期长、种质资源匮乏,已成为限制木本植物种质创新的主要因素。CRISPR/Cas系统是近年来发展起来的能够实现对基因组进行精准定点编辑的技术,具有操作简单、周期短、效率高等优点,可实现基因的敲除、插入、替换等目的,从而精确地引入目标性状。目前,该技术已在多种家畜、昆虫、作物中得到了成功应用,对大量性状进行了改良,实现了种质资源的原始创新,大大缩短了育种年限。CRISPR/Cas技术的产生为木本植物的遗传改良提供了契机。笔者对CRISPR/Cas技术在杨树(Populus spp.)、苹果(Malus spp.)、柑橘(Citrus spp.)、葡萄(Vitis vinifera)、木薯(Cassava spp.)等木本植物育种中的应用进行了总结,该技术实现了T0代木本植物优良基因型的固定,在生长、材性、抗病性、抗旱性等性状上得到了明显改善,加快了木本植物育种进程,提高了育种效率。但该技术在木本植物中的应用尚处于起步阶段,还存在脱靶率高、编辑效率低、纯合突变少等问题。基于此,对CRISPR/Cas技术在木本植物中的应用前景进行了展望,以期为木本植物基因功能研究及品种改良提供有益参考。

关键词： CRISPR/Cas 基因组编辑分子育种木本植物品种改良

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南京地区美洲黑杨雌、雄花芽分化的解剖学研究

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南京林业大学学报（自然科学版） 2022年第1期46卷 197-202页

作者：陆静陈文文吴怀通陈赢男南京林业大学林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室南京林业大学林学院南方现代林业协同创新中心江苏南京210037

【目的】研究多年生木本植物花芽分化进程和特点,揭示树木成花分子调控机制。【方法】分别以南京地区成年美洲黑杨(Populus deltoides)雌株和雄株为材料,详细记录其花芽发育的完整过程,并采用石蜡切片技术对雌、雄花芽发育各阶段进行解... 详细信息

【目的】研究多年生木本植物花芽分化进程和特点,揭示树木成花分子调控机制。【方法】分别以南京地区成年美洲黑杨(Populus deltoides)雌株和雄株为材料,详细记录其花芽发育的完整过程,并采用石蜡切片技术对雌、雄花芽发育各阶段进行解剖观察。【结果】在南京地区,每年5月底至6月初成年美洲黑杨的当年花枝上形成肉眼可见的花芽。随后的花芽分化过程可以分为5个阶段:苞片分化期(6月中旬之前)、小花原基起始期(6月中旬至7月中旬)、雌蕊/雄蕊分化期(7月中旬至11月)、休眠期(12月至翌年1月)和雌/雄配子体形成期(翌年2—3月),最终在早春形成单性花。【结论】美洲黑杨雌、雄花均为Ⅱ型单性花,即某一性别花中不存在相反性别花器官的残留。在整个花芽发育过程中,雄花芽较雌花芽大而饱满,雌、雄花芽鳞片外观嫩绿、质地坚硬,花芽长度生长趋势呈"S"形曲线。研究结果可为进一步深入研究杨树花器官发育及性别分化的分子机制提供必要的前提和基础。

关键词：美洲黑杨雌雄异株花芽发育解剖观察

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绣球小孢子母细胞减数分裂染色体行为及花粉特征

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林业科学 2023年第7期59卷 89-95页

作者：王子玥刘光欣邱帅高凯魏建芬甄艳席梦利南京林业大学南方现代林业协同创新中心林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室南京210037 杭州市园林绿化股份有限公司杭州310020

【目的】建立绣球花发育的形态学指标与减数分裂进程的对应关系,观测小孢子母细胞减数分裂过程中染色体行为及花粉特征,为绣球种质创新奠定工作基础。【方法】采集不同发育阶段的花序,卡宝品红压片后,观察可育花的花粉母细胞减数分裂情... 详细信息

【目的】建立绣球花发育的形态学指标与减数分裂进程的对应关系,观测小孢子母细胞减数分裂过程中染色体行为及花粉特征,为绣球种质创新奠定工作基础。【方法】采集不同发育阶段的花序,卡宝品红压片后,观察可育花的花粉母细胞减数分裂情况,统计减数分裂异常现象出现的比例,利用液体培养基培养并测定花粉萌发力。【结果】1)绣球‘无尽夏’花序边缘的装饰花开放之前,可育花的花粉母细胞细胞质浓厚、核仁明显。当花序边缘的装饰花微微开放时,可育花的花蕾直径在3~3.5 mm,花药宽约0.5 mm,长约1 mm,此时花粉母细胞减数分裂进入粗线期。随着可育花进一步发育,可以观察到从终变期到花粉粒的各个时期。花序边缘的装饰花完全开放时,可育花的减数分裂已经结束,此时可育花的花蕾直径在4 mm左右,花药宽约1 mm,长约1.5 mm。2)绣球‘无尽夏’在减数分裂过程中染色体行为正常,2个杂种F1的小孢子母细胞减数分裂过程出现大量异常现象。Hydrangea macrophylla‘Magical Jade’×***的杂种F1在小孢子母细胞减数分裂中期I有46.41%的细胞出现游离于赤道板之外的染色体,52.48%的细胞在后期I和末期I会出现落后染色体或形成染色体桥,35.11%的细胞在末期Ⅱ出现微核现象。***‘Taube’×***‘Veitchii’的杂种F1在小孢子母细胞减数分裂中期I出现未配对染色体的比率为15.31%,在后期I和末期I有17.30%的细胞出现落后染色体或形成染色体桥,末期Ⅱ未观察到微核现象。3)绣球‘无尽夏’花粉粒为球形,大小一致,直径为(16.72±0.75)μm,萌发率为(25.15±3.54)%。在2个杂种F1中观察到有球形和形态不规则的皱缩花粉,***‘Taube’×***‘Veitchii’杂种F1球形花粉粒的直径为(16.60±1.73)μm,萌发率为(16.26±1.72)%。***‘Magical Jade’×***杂种F1的球形花粉粒可分为大小2类,小花粉粒的直径为(16.48±0.71)μm,大花粉粒的直径为(23.30±1.82)μm,是小花粉的1.41倍,推测为2n花粉,大花粉占花粉粒总量的(6.12±1.01)%。【结论】花序边缘的装饰花微微开放,可育花的花蕾直径3~4 mm,可以作为绣球离瓣组花粉母细胞减数分裂启动的标志。绣球‘无尽夏’及***‘Taube’×***‘Veitchii’的杂种F1花粉萌发率较高,在后期的育种工作中可以进一步用作杂交亲本。

关键词：绣球花粉母细胞减数分裂特征

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