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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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槭树分子标记研究进展综述

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山东林业科技 2023年第2期53卷 83-92页

作者：韩旻昊任飞燕丽萍王因花梁燕仲伟国吴德军山东省林业科学研究院/山东省林木遗传改良重点实验室山东济南250014 山东农业大学山东泰安271000

槭树(Acer L.)属槭树科,是世界范围内普遍使用的观赏树种,其品种丰富、种类繁多、用途广泛,具备很好的观赏价值、药用价值和用材价值。槭属植物不同种之间在物质组成上差异较大,因此某一种方法也许仅适用于某种或某类材料,想要找到相适... 详细信息

槭树(Acer L.)属槭树科,是世界范围内普遍使用的观赏树种,其品种丰富、种类繁多、用途广泛,具备很好的观赏价值、药用价值和用材价值。槭属植物不同种之间在物质组成上差异较大,因此某一种方法也许仅适用于某种或某类材料,想要找到相适宜的分子标记技术,应依据研究的应用目的及其研究对象不断地摸索、进步,从而选择既简单又可靠的DNA分子标记技术。现在已有数十种DNA分子标记技术,目前常用的分子标记方法有RFLP、RAPD、AFLP、SSR、ISSR、ITS、SRAP、SNP等,同时各种技术的结合使用也越来越受到重视。为了更有效的利用和保护槭属植物种质资源,使用分子标记技术对槭属进行遗传多样性分析、主成分分析、相关性分析和聚类分析等,以此有效对槭属植物进行遗传多样性和亲缘关系的研究分析、遗传图谱的构建、建立DNA指纹库、基因定位以及分子标记辅助育种等方面的研究应用。目前分子标记在槭属植物上的应用愈发广泛,技术也愈加成熟,但其存在的问题也无法忽视,在对槭属植物的分子标记技术应用的现状与目前存在的问题进行了探讨分析之后,对未来分子标记技术在槭属植物的研究方向这一重要目标提出了展望。

关键词：槭树分子标记种质资源遗传育种

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基于全长转录组序列、核基因与叶绿体基因分析琼岛杨在杨属的亲缘关系

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北京林业大学学报 2021年第10期43卷 28-37页

作者：徐家洪曾晴叶富余胡杨阳时寰宇张璇陈金辉热带特色林木花卉遗传与种质创新教育部重点实验室海南省热带珍稀名贵树种工程研究中心海南省热带特色花木资源生物学重点实验室海南大学林学院海南海口570228

【目的】琼岛杨是我国热带地区发现的一种杨树,至今其分类和进化鲜有报道。本研究旨在通过三代全长转录组测序等方法了解琼岛杨在杨属中的分类与进化。【方法】基于Pacbio Sequel测序技术获取的热胁迫下琼岛杨、加杨和小叶杨完整全长转... 详细信息

【目的】琼岛杨是我国热带地区发现的一种杨树,至今其分类和进化鲜有报道。本研究旨在通过三代全长转录组测序等方法了解琼岛杨在杨属中的分类与进化。【方法】基于Pacbio Sequel测序技术获取的热胁迫下琼岛杨、加杨和小叶杨完整全长转录本数据,通过直系同源基因计算非同义替换值(Ka)、同义替换值(Ks)及Ka/Ks值,比较直系同源基因在热胁迫下的表达模式,并结合毛果杨和簸箕柳的直系同源基因,构建了5个树种的进化树来分析杨树亲缘关系。通过克隆琼岛杨核基因(nrDNA:UDP-SQ和POPTRDRAFT_575699)和叶绿体基因(cpDNA:atpⅠ和trnF),分析基因序列在琼岛杨种群中的多态性,计算琼岛杨种内遗传距离,及与19个树种(5个杨树组和1个类外群组)的种间遗传距离。基于最大似然法和最小进化法构建了琼岛杨与19个树种的进化树,以分析琼岛杨在杨属的亲缘关系。【结果】三代转录组测序共获得660组琼岛杨、小叶杨和加杨的直系同源基因,Ks平均值为0.1505,峰值为0.02,Ka/Ks<1,占比97.27%,这显示了3种杨树较近的亲缘关系。直系同源基因表达模式分析发现,3种杨树在热胁迫下具有相同的表达模式。利用遗传距离法计算琼岛杨与19个树种中atpⅠ、trnF、UDP-SQ和POPTRDRAFT_575699等4种基因遗传距离的平均值,发现琼岛杨与白杨组具有最近亲缘关系,平均值为0.011。【结论】基于三代全长转录组测序获得的直系同源基因分析显示出,琼岛杨与其他杨树具有较近亲缘关系。克隆cpDNA和nrDNA基因,计算遗传距离和构建的进化树均表明琼岛杨与白杨组具有最近亲缘关系。cpDNA的多态性以及进化分支置信度明显高于nrDNA,表明在琼岛杨中cpDNA比nrDNA基因更具备物种鉴别能力。

关键词：琼岛杨直系同源基因核基因叶绿体基因亲缘关系

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枣多聚半乳糖醛酸酶基因家族的鉴定及表达分析

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分子植物育种 2021年第5期19卷 1442-1450页

作者：何颖宋爽李美育薄文浩李颖岳曹明王爱华李国强刘晓宇庞晓明北京林业大学生物科学与技术学院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京100083 河北省沧县国家枣树良种基地沧州071001 北京市十三陵林场北京102200

多聚半乳糖醛酸酶(PG)基因家族是细胞壁水解酶大家族,为了探究其在枣果发育过程中的作用,本研究通过生物信息学方法对‘冬枣’基因组进行了分析,共鉴定到41个ZjPG基因,编码263~845个氨基酸,不均匀地分布在除7号染色体外的其他染色体上,... 详细信息

多聚半乳糖醛酸酶(PG)基因家族是细胞壁水解酶大家族,为了探究其在枣果发育过程中的作用,本研究通过生物信息学方法对‘冬枣’基因组进行了分析,共鉴定到41个ZjPG基因,编码263~845个氨基酸,不均匀地分布在除7号染色体外的其他染色体上,其中36个ZjPG蛋白具有完整的保守结构域。系统发育分析将ZjPG家族成员划分为6个分枝。对枣PG基因表达模式分析,发现部分基因在果实发育后期表达较高,这可能暗示着这些基因在果实发育相应阶段起到重要作用。本研究为枣PG基因各成员的功能分析提供了基础。

关键词：冬枣(Ziziphus jujuba) 多聚半乳糖醛酸酶基因家族生物信息学

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毛白杨二氢黄酮醇-4-还原酶基因PtDFR的克隆和特性分析

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中国细胞生物学学报 2020年第6期42卷 980-987页

作者：武博高凯安新民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北京林业大学生物科学与技术学院北京100083

二氢黄酮醇-4-还原酶(dihydroflavonol-4-reductase,DFR)是调控花青素合成的关键酶。DFR对底物的选择是决定植物中花色苷种类的重要因素,并在很大程度上决定花青素的比例,最终使植物呈现不同的颜色。此外,DFR基因家族中的不同成员对底... 详细信息

二氢黄酮醇-4-还原酶(dihydroflavonol-4-reductase,DFR)是调控花青素合成的关键酶。DFR对底物的选择是决定植物中花色苷种类的重要因素,并在很大程度上决定花青素的比例,最终使植物呈现不同的颜色。此外,DFR基因家族中的不同成员对底物具有不同的催化效率,影响了植物中花青素的种类和含量,从而使植物组织或器官呈现不同的颜色。该文在分析已有毛白杨转录组数据的基础上,以毛白杨二氢黄酮醇-4-还原酶基因为研究对象,设计了一对PCR引物,以毛白杨基因组DNA为模板,通过PCR扩增获得了毛白杨DFR基因家族的1个成员,命名为PtDFR。测序结果表明,该基因序列全长为1591 bp,包含6个外显子和5个内含子,CDS长度为954 bp,编码317个氨基酸,具有1个NADP(H)保守结构域。氨基酸序列相似性分析和进化分析表明,毛白杨与银白杨、毛果杨DFR的氨基酸相似性分别高达95.65%和94.21%,而与柑橘、枣、葡萄等7个物种DFR的氨基酸相似性达到82.14%~89.29%。转录组数据分析显示,PtDFR在不同组织器官中的表达量存在明显差异,萌动营养芽表达量最高,休眠营养芽最低,且不同时期雌雄花芽表达趋势相似,该研究结果将为深入探究PtDFR的功能奠定基础。

关键词：毛白杨二氢黄酮醇-4-还原酶基因克隆表达模式

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林木遗传育种研究进展

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南京林业大学学报(自然科学版) 2020年第3期44卷 1-10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北京林业大学生物科学与技术学院

林木遗传育种是研究森林遗传和林木良种选育理论与技术的科学。其因林木地理变异规律研究而萌芽,伴随着遗传学基本理论体系形成完成奠基,在不断推动遗传改良以满足人工林高效培育的良种急需中实现林木遗传育种现代理论和技术体系构建,... 详细信息

林木遗传育种是研究森林遗传和林木良种选育理论与技术的科学。其因林木地理变异规律研究而萌芽,伴随着遗传学基本理论体系形成完成奠基,在不断推动遗传改良以满足人工林高效培育的良种急需中实现林木遗传育种现代理论和技术体系构建,并在进入21世纪之后开启了分子设计育种的深入发展阶段。经过近两个世纪的创新发展,林木遗传育种形成了一个适合树木生物学特点、遗传基础研究与育种创新应用紧密结合并协同发展的学科体系。其中,基于轮回选择不断推进以选择、交配、遗传测定为核心的育种循环,完成更高轮次的基本群体、育种群体、选择群体和生产群体建设,是可持续遗传改良的根本所在。在此基础上,或通过远缘杂交选育杂种优势突出的林木品种;或基于有性多倍体化开展多倍体育种,综合利用杂种优势和倍性优势,实现林木多目标性状改良;或采用转基因和基因编辑等分子育种技术,进一步改良已有林木品种或优异种质等。而林木良种生产仍然依赖传统的种子园制种和无性系制种,其中体胚发生技术实用化将是进一步实现种子繁殖树种遗传改良水平提升的有效途径。推动林木育种理论和技术创新,提高育种效率和效果,选育产量更高、品质更优、抗逆性更强、适应性更广的林木良种并应用于生产,保证用更少的人工林面积生产更多的木材及林产品,以减少对天然林的依赖,林木遗传育种在未来将发挥更大的作用。

关键词：林木育种轮回选择育种循环良种

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利用酵母双杂交系统筛选绒毛白蜡FvCAMTA1互作蛋白

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中南林业科技大学学报 2021年第12期41卷 111-120页

作者：燕丽萍吴德军王因花李丽任飞高铖铖山东省林业科学研究院山东省林木遗传改良重点实验室山东济南250014 山东农业大学林学院山东泰安271000

【目的】绒毛白蜡是重要的盐碱地造林树种,挖掘绒毛白蜡的耐盐潜力,对推动黄河流域盐碱地生态保护和修复具有重要意义。CAMTA是植物抗逆胁迫信号通路中的重要转录激活因子,但绒毛白蜡盐胁迫信号途径中包括FvCAMTA1在内的大部分关键基因... 详细信息

【目的】绒毛白蜡是重要的盐碱地造林树种,挖掘绒毛白蜡的耐盐潜力,对推动黄河流域盐碱地生态保护和修复具有重要意义。CAMTA是植物抗逆胁迫信号通路中的重要转录激活因子,但绒毛白蜡盐胁迫信号途径中包括FvCAMTA1在内的大部分关键基因,尚未被克隆与鉴定,与FvCAMTA1发生互作的蛋白也不清楚,严重阻碍绒毛白蜡抗盐分子机理研究的瓶颈。本研究挖掘绒毛白蜡钙调素结合转录因子FvCAMTA1的互作蛋白,为解析其抗盐性机制奠定基础。【方法】采用酵母双杂交技术对其互作蛋白进行探究,提取绒毛白蜡‘盐蜡’新品种幼苗的总RNA,利用SMART技术合成ds cDNA,依据FvCAMTA1基因的CDS序列设计引物,通过PCR扩增出FvCAMTA1基因的编码序列(约2700 bp),构建重组诱饵载体pGBKT7-FvCAMTA1转化酵母菌株Y2HGold,并在缺陷型培养基上检测诱饵载体的毒性与自激活活性,筛选与绒毛白蜡钙调素结合转录因子FvCAMTA1互作的猎物蛋白,对部分互作蛋白进行了回补验证,并对互作的猎物蛋白进行Gene Ontology(GO)注释分析。【结果】成功构建了受盐诱导的绒毛白蜡全株幼苗的cDNA酵母双杂交文库,文库滴度为4.58×10^(9)CFU·mL^(-1),插入片段长度为250~2000 bp,重组率为100%。经检测诱饵载体无法自我激活也无毒性,所筛选的猎物蛋白经测序和Blast比对分析,并对其进行了共转验证,分离得到相互作用的46个阳性克隆。GO注释显示互作蛋白参与生物过程有11种,分子功能7种,细胞组分12种。研究结果补充和完善了FvCAMTA1的信号传递途径,为进一步研究绒毛白蜡钙调素结合转录因子FvCAMTA1及其共生互作蛋白的作用机制提供了新的分子证据。【结论】成功构建了绒毛白蜡酵母双杂交文库,为鉴定FvCAMTA1的互作蛋白并解析抗盐机理研究提供了重要理论依据。

关键词：绒毛白蜡 FvCAMTA1 酵母双杂交蛋白互作 GO分析

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转AtDME1基因‘84K’杨的获得及目的基因诱导表达分析

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北京林业大学学报 2020年第6期42卷 26-32页

作者：吴晓娟鲁俊倩常英英钟姗辰苏晓华张冰玉林木遗传育种国家重点实验室国家林业与草原局林木培育重点实验室中国林业科学研究院林业研究所北京100091

【目的】DNA甲基化是一种重要的表观遗传标记,在植物生长发育、环境响应等过程中发挥重要作用。本研究将拟南芥去甲基化基因AtDME1导‘84K’杨基因组中,通过化学诱导表达实验,研究AtDME1基因在转基因杨树中的诱导表达特性,为建立杨树甲... 详细信息

【目的】DNA甲基化是一种重要的表观遗传标记,在植物生长发育、环境响应等过程中发挥重要作用。本研究将拟南芥去甲基化基因AtDME1导‘84K’杨基因组中,通过化学诱导表达实验,研究AtDME1基因在转基因杨树中的诱导表达特性,为建立杨树甲基化诱导变异体系,进而实现杨树品种改良等奠定良好基础。【方法】以白杨派优良品种84K杨无菌苗叶片为受体材料,采用农杆菌介导法将化学诱导启动子与AtDME1基因导入‘84K’杨;经过潮霉素筛选、常规PCR检测及DNA测序等方法对抗性植株进行鉴定。通过化学诱导剂17-β-雌二醇对随机挑选的1个转基因株系离体叶片进行诱导处理,处理时间为0、3、6、12、24、48、96、144 h,采用qRT-PCR检测处理叶片中外源基因AtDME1的表达量变化。【结果】本研究中,潮霉素分化筛选共获得了抗性芽224个,经生根筛选获得6株抗性植株,经分子检测证实这6株抗性植株均为转AtDME1基因植株,扩繁后分别标号为转基因AD-1~6。qRT-PCR检测结果显示,化学诱导剂17-β-雌二醇处理3 h时,目的基因AtDME1的表达量基本达到最大值,效果持续至12 h后逐渐减弱。【结论】化学诱导剂17-β-雌二醇能迅速有效地调控转基因杨树中AtDME1基因的表达,为进一步研究DME1基因在杨树基因组甲基化调控方面的作用机制奠定基础,也为杨树化学诱导表达特性的研究做好了铺垫。

关键词： 84K杨转基因植株去甲基化基因化学诱导表达

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翅果油树脂肪酸合成的分子调控机制

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森林与环境学报 2025年第1期45卷 91-100页

作者：李倩倩胡晓艳冯宇奇李昊炀张建国杜淑辉山西农业大学林学院山西晋中030800 山西农业大学食品科学与工程学院山西晋中030800 中国林业科学研究院林业研究所北京100091

翅果油树是重要的木本油料树种,其种仁中油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸含量高,但目前翅果油树脂肪酸生物合成分子调控机制尚不清楚。以不同发育期翅果油树种仁为对象,采用气相色谱-质谱法(GC-MS)和转录组学方法,解析翅果油树种仁脂肪酸含... 详细信息

翅果油树是重要的木本油料树种,其种仁中油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸含量高,但目前翅果油树脂肪酸生物合成分子调控机制尚不清楚。以不同发育期翅果油树种仁为对象,采用气相色谱-质谱法(GC-MS)和转录组学方法,解析翅果油树种仁脂肪酸含量动态变化规律及其合成与调控机制。结果表明:发育末期不饱和脂肪酸占翅果油树种仁脂肪酸总量的90%以上。其中,油酸、亚油酸含量高达56.03、56.69 mg·g^(-1),分别占脂肪酸总量的42.35%、42.85%。转录组学分析表明:436个基因参与脂质代谢相关途径,其中178个基因直接参与脂肪酸生物合成,2735个基因参与碳水化合物代谢相关途径。加权基因共表达网络分析(WGCNA)结果表明,MEturquoise模块与油酸、亚油酸含量呈显著正相关(P<0.05)。共表达网络分析表明,转录因子EmWRI1是翅果油树脂肪酸生物合成的重要调控因子。

关键词：翅果油树油脂积累加权基因共表达网络分析共表达网络分析转录因子EmWRI1

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