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分子植物育种 2021年

作者：侯静翟惠陈震霄刘晓胡正东尹佟明南京林业大学林学院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

空气凤梨(Air plant)属凤梨科(Bromeliaceae)铁兰属(Tillandsia)多年生草本植物，是地球上唯一完全生于空气中的植物，具有绿化、美化、净化的作用，已成为室内装饰的新宠，市场需求量逐年增加。而空气凤梨主要依靠种子繁殖和分株繁殖...

空气凤梨(Air plant)属凤梨科(Bromeliaceae)铁兰属(Tillandsia)多年生草本植物，是地球上唯一完全生于空气中的植物，具有绿化、美化、净化的作用，已成为室内装饰的新宠，市场需求量逐年增加。而空气凤梨主要依靠种子繁殖和分株繁殖，繁殖速度极为缓慢，限制了空气凤梨的推广应用。加快空气凤梨繁殖速率是解决这一问题的关键。本研究以市场上的名贵品种‘肥猴’(Tillandsia duratii)为材料，以其成熟饱满的种子作为外植体，研究种子消毒、诱导种子萌发、促进植株生长、组培苗移栽的最适体系。结果显示，将‘肥猴’种子用70%的酒精消毒10 s，无菌水冲洗3次，然后用2%的次氯酸钠消毒5 min，无菌水冲洗5次，接种10 d后污染率为0%。含0.4 mg/L IAA的MS培养基为最适种子培养基，种子的发芽率达100%，一个月后幼苗可长出5片真叶，移入最适壮苗培养基(MS + IBA 2 mg/L)，90 d后幼苗平均叶片数为12片，平均株高为2.30 cm。以带孔的栎木作为基质，‘肥猴’组培苗的移栽成活率达100%，其生长速度较普通播种繁殖提高了10倍以上。本研究确定了‘肥猴’组织培养的最适消毒方法及最佳培养基，建立了‘肥猴’快速育苗体系，大大提高了空气凤梨‘肥猴’的繁殖速度。

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中国鹅掌楸纤维素合酶的CRISPR/Cas9基因敲除系统的gRNA表达载体构建

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分子植物育种 2017年第6期15卷 2195-2199页

作者：徐惠芳金磊磊徐璇许梦璐张芳超郑晨陈金慧南京林业大学林学院林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室南京210037 南京林业大学南方现代林业协同创新中心南京210037

CRISPR/Cas系统最早发现于细菌,对入侵的病毒或噬菌体DNA具有免疫作用。基于CRISPR/Cas的免疫机制,设计开发的CRISPR/Cas9基因编辑系统已经成为真核生物基因编辑的主流工具,在拟南芥、水稻等高等植物的基因组功能研究中已经广泛应用。... 详细信息

CRISPR/Cas系统最早发现于细菌,对入侵的病毒或噬菌体DNA具有免疫作用。基于CRISPR/Cas的免疫机制,设计开发的CRISPR/Cas9基因编辑系统已经成为真核生物基因编辑的主流工具,在拟南芥、水稻等高等植物的基因组功能研究中已经广泛应用。本研究以中国鹅掌楸纤维素合酶(Cellulose synthase,CESA)为研究对象,首次构建了具有表达中国鹅掌楸纤维素合酶(Cellulose synthase,CESA)gRNA(guide RNA)的CRISPR/Cas9基因敲除系统,以LcCESA1基因外显子5'端的第一个外显子区域的GN19NGG序列设计gRNA引物;以p201N-Cas9为载体,Gibson Assembly誖Master Mix为连接酶,通过Gibson Assembly连接技术,将CESA1-gRNA连入p201N-Cas9中,获得p201N-Cas9-CESA1-gRNA载体。根据载体中插入序列,设计了两对检测引物,经PCR鉴定,均获得了相应大小的序列;测序分析进一步证实确认gRNA已经完整准确地连入载体。p201N-Cas9-CESA1-gRNA载体能对CESA1基因进行定向编辑,对后续研究鹅掌楸纤维素合酶的基因功能具有重要意义。

关键词： CRISPR/Cas9系统中国鹅掌楸 gRNA 载体构建

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CRISPR/Cas技术及其作用机理

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分子植物育种 2022年第7期20卷 2310-2319页

作者：毛金燕翟惠王洁侯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/Cas(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated)系统是一种原核生物的免疫系统,能够抵御外来病毒、质粒等遗传元件的入侵,为自身提供了获得性免疫保护机制。该系统具有操作简单、高效等优点... 详细信息

CRISPR/Cas(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated)系统是一种原核生物的免疫系统,能够抵御外来病毒、质粒等遗传元件的入侵,为自身提供了获得性免疫保护机制。该系统具有操作简单、高效等优点,通过改造使其成为了锌指核酸酶(ZFNs)技术和转录激活因子样效应物核酸酶(TALENs)技术之后的第三代定点编辑技术。目前,Cas9、Cas12、Cas13、Cas14等Cas蛋白相继出现,这些CRISPR/Cas系统在RNA的指导下,可对靶向的双链DNA、单链RNA和单链DNA进行编辑,在基因敲除或替换、转录调控、表观遗传调控、荧光成像及分子检测等领域具有广阔的应用前景。本研究将对CRISPR/Cas系统的来源、结构及其作用机理进行介绍,以期为CRISPR/Cas系统的应用研究提供一些有益参考。

关键词： CRISPR/Cas 定点编辑双链DNA 单链RNA 单链DNA

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小白菊内酯生物合成及调控研究进展

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植物生理学报 2023年第10期59卷 1841-1852页

作者：唐鑫炜陆静尹佟明戴晓港林木遗传育种全国重点实验室南方现代林业协同创新中心南京210037 林木遗传与生物技术教育部重点实验室江苏省林木遗传和高效培育重点实验室南京林业大学林学院南京210037

小白菊内酯是植物天然产生的倍半萜,抗癌效果强,常应用于新型抗癌药物的开发。小白菊内酯的含量在植物自身发育不同阶段存在明显差异且受外界环境条件影响,适宜的栽培条件和胁迫处理可以提高其产量;茉莉酸甲酯、水杨酸、酵母提取物等诱... 详细信息

小白菊内酯是植物天然产生的倍半萜,抗癌效果强,常应用于新型抗癌药物的开发。小白菊内酯的含量在植物自身发育不同阶段存在明显差异且受外界环境条件影响,适宜的栽培条件和胁迫处理可以提高其产量;茉莉酸甲酯、水杨酸、酵母提取物等诱导剂可以在环境控制的基础上进一步提高小白菊内酯含量;纳米银、纳米碳、纳米氧化钛等纳米颗粒也可作为诱导剂来诱导小白菊内酯的合成。本文主要从内在和外在因素讨论了植物生长发育、植物倍性、栽培条件、环境胁迫以及多种诱导剂对小白菊内酯含量及其相关合成基因的影响,为提高小白菊内酯含量提供参考信息,为小白菊内酯产业化提供助力。

关键词：小白菊内酯生物合成环境因子诱导剂基因表达分析

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CRISPR/Cas9系统介导的基因编辑文库筛选在植物中的应用

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分子植物育种 2021年第18期19卷 6051-6058页

作者：王洁吴怀通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系统通过对基因的定向编辑,对基因组编辑产生了革命性的影响,成功促进了突变体筛选在基因组水平上的新发展。虽然该系统构建突变体文库速度快,针对性强,且具有巨大的应用前景,目前在一些重要作物的研究中已取得了重要进展,... 详细信息

CRISPR/Cas9系统通过对基因的定向编辑,对基因组编辑产生了革命性的影响,成功促进了突变体筛选在基因组水平上的新发展。虽然该系统构建突变体文库速度快,针对性强,且具有巨大的应用前景,目前在一些重要作物的研究中已取得了重要进展,但其在木本植物中的应用仍处于初级阶段。本研究总结了CRISPR/Cas9系统在植物基因编辑文库构建方面的应用,探究该系统如何应用于构建突变敲除体库。将构建基因编辑突变体文库作为深入研究基因功能的手段,本研究综述的信息将对推进木本植物相关研究提供有益的借鉴。

关键词：基因组编辑 CRISPR/Cas9 突变体文库基因功能

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零样本深度学习驱动的杨树叶片表型检测方法研究

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林业工程学报 2024年第6期9卷 152-160页

作者：周磊张慧春边黎明南京林业大学机械电子工程学院林业资源高效加工利用协同创新中心南京210037 南京林业大学林木遗传育种全国重点实验室南方现代林业协同创新中心林木遗传与生物技术教育部重点实验室南京210037

叶片表型检测是感知杨树生长状态的重要手段之一,叶片颜色、姿态、纹理等形态结构表型信息可揭示植株所受胁迫的程度。其中,单个叶片分割是计算、统计其表型参数的基础。当前流行的AI算法已可满足叶片分割任务的性能需求,然而常规深度... 详细信息

叶片表型检测是感知杨树生长状态的重要手段之一,叶片颜色、姿态、纹理等形态结构表型信息可揭示植株所受胁迫的程度。其中,单个叶片分割是计算、统计其表型参数的基础。当前流行的AI算法已可满足叶片分割任务的性能需求,然而常规深度学习模型训练需要大量人工标签,制约了其发展和应用。本研究提出一种融合零样本学习和迁移学习的杨树叶片实例分割方法:运用视觉大模型GroundingDINO检索杨树苗图像中的叶片,获取对应的边界框;使用Segment Anything 2模型(segment anything model v2,SAM2)分割图像中全部对象,得到对应的掩膜(mask);将GroundingDINO模型生成的边界框作为提示,辅助SAM2过滤出叶片类别的掩膜;利用迁移学习策略,将AI生成的叶片掩膜作为标签信息,训练轻量化的YOLOv8-Segment模型。此外,构建独立测试集用于评估模型分割精度,选择交并比阈值为50%的平均精度(average precision using 50%intersection over union threshold,AP_(50))和平均交并比(mean intersection over union,mIoU)作为性能指标。结果表明,基于“Leaf”这一检索词,GroundingDINO与SAM2的组合(权重约810 MB)可实现高性能的杨树叶片分割,AP_(50)为0.936,mIoU为0.778。通过过滤异常尺寸的提示边界框,AP_(50)提升至0.942。迁移学习得到的YOLOv8-Segment模型权重仅6.5 MB,AP_(50)为0.888,大幅精简模型的同时保障了精度。本研究涉及的叶片分割模型构建过程均无须人工标注,实现了高效率、低成本的杨树叶片实例分割,可为杨树叶片计数和叶面积计算等后续表型分析应用提供技术支持。

关键词：杨树叶片表型深度学习零样本学习迁移学习

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幼化和外源激素对娜塔栎嫩枝扦插生根的影响及其生根解剖学观察

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南京林业大学学报(自然科学版) 2024年第2期48卷 129-136页

作者：卜晓婷付威李淑娴徐志标彭大庆徐林桥林木遗传育种全国重点实验室林木遗传与生物技术教育部重点实验室江苏省林木遗传和高效培育重点实验室南京林业大学林草学院南方现代林业协同创新中心江苏省盐城林场

【目的】研究幼化、激素处理对娜塔栎(Quercus texana)嫩枝扦插生根的影响，观察生根过程中插穗不定根的形成过程，探究娜塔栎扦插生根困难的原因，为娜塔栎的扦插繁殖提供理论依据和技术借鉴。【方法】以幼化(6年生母树平茬后的苗木)、... 详细信息

【目的】研究幼化、激素处理对娜塔栎(Quercus texana)嫩枝扦插生根的影响，观察生根过程中插穗不定根的形成过程，探究娜塔栎扦插生根困难的原因，为娜塔栎的扦插繁殖提供理论依据和技术借鉴。【方法】以幼化(6年生母树平茬后的苗木)、6年生母树上剪取的当年生半木质化娜塔栎插条为材料，分别用不同质量浓度的吲哚丁酸(IBA)+萘乙酸(NAA)+间苯三酚(THB)的混合溶液浸泡插穗基部10 min,以清水处理相同时间为对照(CK),于扦插75 d后计算各处理插穗的愈伤率、生根率、根系指数和根系效果指数；同时，以幼化半木质化娜塔栎插条为材料，对不同生根阶段的插穗用FAA标准固定液固定，采用石蜡切片技术对插穗不定根的形成过程进行解剖观察。【结果】植物激素处理能显著提高娜塔栎扦插的生根效果，幼化及6年生母树插穗的生根率均表现出处理组的生根率高于对照组，其中生根率最高可达43.3%。双因素方差分析表明，幼化处理是影响娜塔栎扦插生根的重要因素，且各指标的综合分析排序发现，幼化插穗生根效果大于6年生母树插穗的。利用石蜡切片法观察娜塔栎生根过程茎部的解剖构造，发现刚剪取的插穗不含有潜伏状根原基，属于诱导根原基生根类型；存在愈伤生根和皮部生根的，属混合生根类型；解剖学观察还发现茎部韧皮部中连续的环状厚壁细胞阻碍了不定根的伸长生长。【结论】以IBA 500 mg/L+NAA 250 mg/L+THB 50 mg/L的混合溶液处理幼化娜塔栎插穗基部10 min,其扦插生根效果最佳；但是否为最适浓度需进一步验证。插穗属于诱导根原基生根类型；韧皮部存在环状连续的韧皮纤维(厚壁细胞)是导致其生根困难的原因之一。不定根原基发生的方式有两种：一种是愈伤组织内发生不定根原基，另一种是形成层附近的细胞分裂形成根原基。

关键词：娜塔栎扦插激素处理幼化处理解剖学观察

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无机纳米颗粒在植物转化中的应用

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南京林业大学学报(自然科学版) 2016年第6期40卷 162-166页

作者：霍爱玲陈金慧甄艳夏兵陈桢雨施季森林木遗传和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江苏淮阴师范学院南方现代林业协同创新中心南京林业大学理学院

随着纳米生物技术的发展,基于纳米材料构建基因载体的植物转基因技术,逐渐成为一类具有划时代意义的创新性高效植物转基因技术。笔者综述了羟基磷灰石、硅、碳纳米管、量子点、磁性纳米颗粒等无机纳米颗粒在植物转化中的应用,并比较了... 详细信息

随着纳米生物技术的发展,基于纳米材料构建基因载体的植物转基因技术,逐渐成为一类具有划时代意义的创新性高效植物转基因技术。笔者综述了羟基磷灰石、硅、碳纳米管、量子点、磁性纳米颗粒等无机纳米颗粒在植物转化中的应用,并比较了这些纳米载体的优势及存在的问题。分析认为,不同纳米材料对受体植物细胞的影响、纳米材料及其构建的载体入胞机制等基础理论问题迫切需要进一步阐明,入胞途径的细胞生物学和生理生化过程需要进一步实证,开发可定向输送目的基因到特定细胞或细胞器的安全高效新载体、目的基因的高效释放和功能激发等,将是未来一段时间内纳米植物生物技术研究的主要方向。

关键词：无机纳米颗粒植物转化基因转移核酸载体

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湖南排牙山杉木优树子代测定长期试验的遗传分析

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中南林业科技大学学报 2020年第12期40卷 1-8页

作者：边黎明陈松史月冬叶代全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江苏南京210037 南京林业大学林学院江苏南京210037 南京林业大学南方现代林业省部共建协同创新中心江苏南京210037 福建省洋口国有林场福建顺昌353211

【目的】通过杉木优树子代测定的长期试验,阐明生长和材性性状的遗传变异、遗传控制程度和年年遗传相关,以及性状间遗传相关的年龄趋势,评价参试家系的生长表现,为杉木早期选择、间接选择和配合力育种提供理论依据。【方法】以1982年营... 详细信息

【目的】通过杉木优树子代测定的长期试验,阐明生长和材性性状的遗传变异、遗传控制程度和年年遗传相关,以及性状间遗传相关的年龄趋势,评价参试家系的生长表现,为杉木早期选择、间接选择和配合力育种提供理论依据。【方法】以1982年营建在福建省洋口国有林场的湖南排牙山种子园37株优树自由授粉子代测定林为对象,以林龄2~5 a和9~10 a树高,3~6 a、8~10 a、33 a和36 a胸径,以及36 a弹性模量为目标性状,利用基于最佳线性无偏预测并整合空间效应的混合线性模型方法,分析性状的遗传变异、单株狭义遗传力和性状间的遗传相关。【结果】树高、胸径和弹性模量性状在家系间均存在极显著的差异,林龄36 a时,径生长最优家系F7比最小家系F26和对照F38分别高29.7%和9.7%,弹性模型最高家系F14比最低家系F19和对照F38分别高29.0%和12.3%;性状的加性遗传变异系数介于4.4%~9.6%之间,胸径性状总体呈现先减小后增加再减小的趋势,树高性状呈现总体减小的趋势;胸径的加性遗传方差、空间自相关误差方差、随机误差方差第10年比第3年分别增加了357%、117%和309%,树高增加了294%、518%和337%,胸径第36年比第3年增加了563%、229%和993%;树高和胸径的单株狭义遗传力估计值分别介于0.18~0.30和0.10~0.21之间,且总体呈下降的趋势,说明树高和胸径性状受中等偏弱的遗传控制;生长性状的年年加性遗传相关极强,估计值均高于0.73,且随着林分年龄的增加有缓慢减小的趋势;胸径与树高间的加性遗传相关极强,估计值均高于0.97,且与弹性模量的加性遗传相关估计值为-0.038。【结论】湖南排牙山杉木优树自由授粉优良家系能作为高世代遗传改良的材料,树高和胸径性状之间可以进行有效的间接选择和早期选择,以缩短育种周期和提高育种效率。

关键词：杉木生长性状弹性模量狭义遗传力遗传相关

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水杨酸对紫外线胁迫下杉木组培苗的影响

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江苏农业科学 2016年第9期44卷 207-210页

作者：吴华苏倩陈金慧匡华林施季森成铁龙南京林业大学林学院/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 南京林业大学南方现代林业协同创新中心江苏南京210037

水杨酸(SA)在植物的抗病、抗逆境胁迫中发挥着重要作用,为研究水杨酸对杉木抗紫外胁迫的影响,以杉木组培苗为试验材料,在培养基中添加不同浓度(0、50、100、150、200 mg/L)SA(以不添加SA作为对照组),用紫外灯模拟自然界UV-B辐射对其进... 详细信息

水杨酸(SA)在植物的抗病、抗逆境胁迫中发挥着重要作用,为研究水杨酸对杉木抗紫外胁迫的影响,以杉木组培苗为试验材料,在培养基中添加不同浓度(0、50、100、150、200 mg/L)SA(以不添加SA作为对照组),用紫外灯模拟自然界UV-B辐射对其进行处理,测定紫外胁迫下杉木组培苗内源SA含量的变化,以及经SA预处理后杉木组培苗在紫外胁迫前后的生理状态及光合作用效率的变化。结果显示:不经SA预处理的杉木组培苗在紫外胁迫下内源SA含量随着照射时间的增加而增加,说明SA参与了紫外胁迫响应;经100、150 mg/L SA预处理后,有效降低杉木组培苗丙二醛含量,缓解紫外胁迫对杉木幼苗的伤害,POD活性、可溶性蛋白含量及叶绿素荧光参数(Fv/Fm值、YⅡ、qN、qP)均升高,显示SA能调节上述物质含量来增强杉木组培苗的抗紫外能力,从而有效保护杉木组培苗免受紫外胁迫的伤害。

关键词：杉木组培苗水杨酸紫外胁迫生理指标 POD活性可溶性蛋白质含量叶绿素荧光参数

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