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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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湿地松无性系松脂组分分析及评价

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广西植物 2024年第2期44卷 207-215页

作者：张文娟丁伟付宇新张志红周光李火根杨春霞南京林业大学林木遗传与生物技术教育部重点实验室/南方现代林业协同创新中心南京210037 江西省林业科学院林木遗传育种与栽培研究所南昌330032 峡江县林木良种场江西吉安331409

为从湿地松种子园现有的速生材用无性系中选择产脂力强、松脂品质高的优良无性系,并高效利用湿地松良种资源。该研究以湿地松第一代种子园内36个无性系为材料,测定其树脂质量流速以及胸径生长量,进一步采用GC-MS分析其松脂组分,并基于... 详细信息

为从湿地松种子园现有的速生材用无性系中选择产脂力强、松脂品质高的优良无性系,并高效利用湿地松良种资源。该研究以湿地松第一代种子园内36个无性系为材料,测定其树脂质量流速以及胸径生长量,进一步采用GC-MS分析其松脂组分,并基于上述指标利用相关性分析、聚类分析对参试的36个无性系进行综合评价。结果表明:(1)共鉴别出了21种松脂成分,包括8种单萜成分和13种二萜成分。(2)相关性分析显示,树脂质量流速(RMR)与单萜含量显著正相关,与枞酸型树脂酸呈弱的负相关,与海松酸型树脂酸无明显关联。(3)从松节油含量、树脂质量流速、枞酸型树脂酸、海松酸型树脂酸4个维度对参试无性系进行聚类分析,可将36个无性系分为三大类,并且各类型间差异显著,第1类的表现要远好于其他两类。(4)在产脂力高的基础上,6-44、4-11-1、1-38、3-64四个无性系单萜含量高,4-11-1、3-64、2-0420、3-468四个无性系海松酸型树脂酸含量高,而无性系2-173枞酸型树脂酸含量较高。该研究定性分析了湿地松的松脂组分,定量评估了36个无性系的产脂力与组分含量,为湿地松脂用无性系的选择奠定了基础。

关键词：湿地松松脂组分相关性聚类分析产脂力

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山新杨蔗糖合酶基因PCR介导的重组现象研究

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南京林业大学学报(自然科学版) 2021年第3期45卷 79-86页

作者：葛宝柱徐强陈赢男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

【目的】山新杨(Populus davidiana×***)是林木基因工程育种基础和应用研究的良好材料;以山新杨蔗糖合酶基因(PdbSUS)为例研究聚合酶链式反应(polymerase chain reaction, PCR)过程介导的重组现象,在此基础上区分每一个PdbSUS基因... 详细信息

【目的】山新杨(Populus davidiana×***)是林木基因工程育种基础和应用研究的良好材料;以山新杨蔗糖合酶基因(PdbSUS)为例研究聚合酶链式反应(polymerase chain reaction, PCR)过程介导的重组现象,在此基础上区分每一个PdbSUS基因的两种单倍型,为后续研究提供准确的序列信息,并为判断木本植物基因真实的单倍型遗传信息提供参考。【方法】分别采集番茄(Lycopersicon esculentum)和山新杨新鲜嫩叶,以番茄基因组为内参,利用流式细胞仪测定山新杨基因组大小及其倍性水平。参考毛果杨(***)蔗糖合酶序列设计引物,分别以山新杨基因组DNA和cDNA为模板进行同源克隆,将PCR扩增产物回收纯化,连接测序载体并转化大肠杆菌感受态细胞,挑取阳性克隆进行菌液PCR验证,将整合有外源片段的转化子进行一代测序。利用SnapGene及DNAMAN软件对测序结果进行分析比对。【结果】山新杨为二倍体植物,获得了7个PdbSUS基因的全长序列,并分别在基因组和转录水平鉴定出每个基因的两种单倍型序列。同时,检测到PCR介导的重组现象并通过限制性酶切多态性(RFLP)进行了验证。在测序的209个克隆中,发现有18个含有嵌合产物,占比8.6%,不同基因产生嵌合产物的概率为0～33.3%。检测到的嵌合产物均来自同一个位点的不同等位基因之间发生重组,未发现不同蔗糖合酶基因之间发生重组的现象。【结论】PCR介导的重组是PCR反应过程中能够衍生重组分子的一种高频事件,该现象可能是由于引物延伸不完全或聚合酶模板转换导致。在利用PCR技术克隆木本植物或其他基因组杂合度较高物种的基因时,需识别产物中重组分子才能够准确区分单倍型的遗传信息。

关键词：山新杨蔗糖合酶基因 PCR介导重组模板转换嵌合产物重组分子

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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

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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杨树PeDIR19基因克隆及表达分析

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分子植物育种 2022年第9期20卷 2899-2907页

作者：李玲玲汪媛周培军羊雪菲谭文文孙伟博诸葛强南京林业大学生物与环境学院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

在植物体内由松柏醇单体聚合形成木质素和木脂素过程中,Dirigent(DIR)基因可控制松柏醇单体的立体选择性耦联,对木质素和木脂素的形成发挥重要作用。本研究以‘南林895’杨(Populus deltoides×*** cv’Nanlin 895’)为材料,克隆获... 详细信息

在植物体内由松柏醇单体聚合形成木质素和木脂素过程中,Dirigent(DIR)基因可控制松柏醇单体的立体选择性耦联,对木质素和木脂素的形成发挥重要作用。本研究以‘南林895’杨(Populus deltoides×*** cv’Nanlin 895’)为材料,克隆获得PeDIR19基因,全长为588 bp,ORF区长度为555 bp,中间含有一段长33 bp的内含子。Pe DIR19蛋白编码185个氨基酸,为疏水性蛋白。具有4个保守基序,第50~142位之间是个高度保守的结构功能域。对杨树Pe DIR19基因进行多序列比对分析,发现其与毛果杨PeDIR19(Potri.001G009100)基因同源性最高,仅有4个碱基差别。通过系统进化分析,表明PeDIR19基因属于DIR-B/D家族。通过对不同生长周期的杨树进行组织特异性表达分析,发现PeDIR19基因在组培苗阶段根中表达量最高,而在盆栽苗阶段茎中表达量最高。PeDIR19基因在杨盘二孢菌(Marssonina brunnea)胁迫诱导1 d后做出强烈响应。水杨酸、茉莉酸甲酯、脱落酸胁迫诱导下,PeDIR19基因能够强烈响应茉莉酸甲酯和脱落酸胁迫,对水杨酸胁迫响应程度相对较弱。以上研究为进一步探讨DIR基因在植物抗病生物合成途径中的功能鉴定提供坚实基础。

关键词： PeDIR19 杨树表达分析抗病

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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

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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现代林木育种关键核心技术研究现状与展望

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南京林业大学学报(自然科学版) 2022年第6期46卷 1-9页

作者：陈赢男韦素云曲冠正胡建军王军辉尹佟明潘惠新卢孟柱康向阳李来庚黄敏仁王明庥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东北林业大学林木遗传育种国家重点实验室中国林业科学研究院林业研究所浙江农林大学林业与生物技术学院省部共建亚热带森林培育国家重点实验室北京林业大学生物科学与技术学院中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所植物分子遗传国家重点实验室

良种是提升人工林生产力和增强其碳汇能力的重要基础。“林业种质资源培育与质量提升”是国家“十四五”重点研发任务之一。突破制约林木育种效率和遗传增益提升的瓶颈对于保障国家木材安全和实现“双碳”目标具有十分重要的战略意义。... 详细信息

良种是提升人工林生产力和增强其碳汇能力的重要基础。“林业种质资源培育与质量提升”是国家“十四五”重点研发任务之一。突破制约林木育种效率和遗传增益提升的瓶颈对于保障国家木材安全和实现“双碳”目标具有十分重要的战略意义。由于传统林木育种周期长、效率低、表型选择精度差，以分子育种为代表的现代育种技术可以显著缩短林木育种周期，精准改良目标性状，成为实现高效林木遗传改良的关键途径。笔者分析了限制林木遗传改良进程的主要问题，阐述了全基因组选择育种等现代林木育种关键核心技术的发展现状及应用情况，并对这些技术未来发展方向进行了展望，为加速林木遗传改良的重大技术创新提供参考。

关键词：林木育种全基因组选择育种双单倍体(DH)系育种多倍体育种多基因聚合育种基因编辑育种

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鹅掌楸基因组部分SNP标记在种源评价中的应用

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安徽农业科学 2024年第21期52卷 93-96页

作者：陆叶施季森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

以6个鹅掌楸(Liriodendron chinense)种源和3个北美鹅掌楸(Liriodendron tulipifera)种源共计23个个体作为研究群体,选取11对真实SNP位点,对这253个SNP标记的PCR产物进行正反向Sanger测序。结果表明:在11个真实SNP位点中,8个SNP位点在... 详细信息

以6个鹅掌楸(Liriodendron chinense)种源和3个北美鹅掌楸(Liriodendron tulipifera)种源共计23个个体作为研究群体,选取11对真实SNP位点,对这253个SNP标记的PCR产物进行正反向Sanger测序。结果表明:在11个真实SNP位点中,8个SNP位点在中国鹅掌楸和北美鹅掌楸间呈现出多态性,其中3个位点是检测鹅掌楸和北美鹅掌楸种间分化的潜在标记。11个SNP标记在北美鹅掌楸种内都没有多态性。lm_ll_10205、lm_ll_10836、lm_ll_3853和lm_ll_82464个SNP位点在我国东部的湖南浏阳、浙江松阳和江西庐山3个种源间存在多态性,仅有lm_ll_10205位点在我国西部种源间存在多态性。前期开发的SNP标记可以用于鹅掌楸种源遗传多样性的研究。研究种源间SNP位点的变异特征为揭示鹅掌楸的起源、进化以及遗传变异多样性提供了科学数据。

关键词：北美鹅掌楸鹅掌楸 SNP标记 SNP位点种源

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马尾松PmDXR基因密码子偏好性分析

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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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湿地松木质部和针叶松脂合成基因分析

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热带亚热带植物学报 2023年第4期31卷 531-540页

作者：张文娟谷振军胡珊张志红李火根杨春霞南京林业大学林木遗传与生物技术教育部重点实验室南方现代林业创新中心南京210037 江西省林业科学院林木遗传育种与栽培研究所南昌330032 峡江县林木良种场江西吉安331409

为挖掘湿地松(Pinus elliottii)松脂合成相关的基因,对不同采脂期的木质部和针叶进行高通量转录组测序,与火炬松(Pinus taeda)参考基因组进行比对,共获得了68211条unigenes,546356450条clean reads,平均比对率达90.21%。将不同时期木质... 详细信息

为挖掘湿地松(Pinus elliottii)松脂合成相关的基因,对不同采脂期的木质部和针叶进行高通量转录组测序,与火炬松(Pinus taeda)参考基因组进行比对,共获得了68211条unigenes,546356450条clean reads,平均比对率达90.21%。将不同时期木质部、木质部与针叶间进行两两对比,以P<0.05,|log2FoldChange|>1.0为标准来筛选差异基因,并进行GO和KEGG富集分析。结果表明,参与萜类物质合成的差异基因有133个,其中大部分富集在MEP途径,从差异基因中挑选8个产脂相关的候选基因进行RT-qPCR验证,确定HMGR、DXS、TPS、ABC转运蛋白基因与产脂存在关联性。通过转录组测序与分析,挖掘出133个参与松脂萜类物质合成相关的差异基因,其中萜烯合酶基因(TPS)和ABC转运基因在正调控萜类物质合成中发挥关键作用。

关键词：湿地松松脂转录组产脂候选基因

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