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分子植物育种 2022年第5期20卷 1568-1580页

作者：周培军李玲玲李红岩魏辉王璞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教育部重点实验室南京210037

为探究田间种植的转Bt基因‘南林895’杨对周围生态系统的影响以及Bt基因的时空表达特征。本研究利用PCR技术检测了外源基因的稳定性,结果显示外源基因Bt依然存在于转基因杨树中,且没有发生基因水平转移现象;利用RT-qPCR和ELISA技术分... 详细信息

为探究田间种植的转Bt基因‘南林895’杨对周围生态系统的影响以及Bt基因的时空表达特征。本研究利用PCR技术检测了外源基因的稳定性,结果显示外源基因Bt依然存在于转基因杨树中,且没有发生基因水平转移现象;利用RT-qPCR和ELISA技术分别检测了Bt基因在转录和翻译水平的时空表达量,结果显示Bt基因的转录和翻译水平均在时间上呈现出明显的季节性变化,而在空间上表达变化规律不显著;利用田间测量、稀释平板培养和Sandwich等方法分别检测了转Bt基因杨树的生长、对根系周围可培养土壤微生物数量的影响及其化感活性,结果显示转基因杨树与非转基因杨树之间无显著性差异。初步检测结果表明转Bt基因‘南林895’杨没有对周围生态系统造成显著影响。本研究为今后该转Bt基因抗虫杨树的环境释放提供了坚实基础,为建立和完善转基因杨树的安全性评价体系提供了理论依据。

关键词：杨树时空表达生物安全性 Bt

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根癌农杆菌介导的柳树痂囊腔菌遗传转化探究

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分子植物育种 2022年第18期20卷 6049-6056页

作者：程强赵丽娟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京210037

柳树痂囊腔菌是柳属植物重要的真菌病原,为了建立该真菌的遗传转化体系,本研究测试了柳树痂囊腔菌对潮霉素B、卡那霉素和草铵膦的敏感性,确定80μg/mL潮霉素B用于转化子筛选;构建了双元载体,使用构巢曲霉色氨酸合成基因启动子和柳树痂... 详细信息

柳树痂囊腔菌是柳属植物重要的真菌病原,为了建立该真菌的遗传转化体系,本研究测试了柳树痂囊腔菌对潮霉素B、卡那霉素和草铵膦的敏感性,确定80μg/mL潮霉素B用于转化子筛选;构建了双元载体,使用构巢曲霉色氨酸合成基因启动子和柳树痂囊腔菌翻译延伸因子基因启动子分别驱动潮霉素抗性基因和GFP基因;在农杆菌介导的遗传转化中发现使用生长6 d菌落的分生孢子作为受体材料,农杆菌诱导培养基为pH=5.2,并添加乙酰丁香酮200μg/mL的条件下,柳树痂囊腔菌转化效率为0.62个转化子/10000个孢子;抗性菌落的PCR检测产生特异性条带,定量PCR结果显示外源基因高水平表达,并且在蓝色激发光下释放绿色荧光。使用反向PCR鉴定T-DNA插入位点,在2个转化子中发现插入突变的目标基因,进一步分析未在这两个突变体中发现生长发育和致病性的改变。本研究在柳树痂囊腔菌中建立了高效的根癌农杆菌介导遗传转化方法,有利于该菌的基因功能研究,并且促进痂囊腔属真菌共有致病机制的探索。

关键词：柳树痂囊腔菌遗传转化农杆菌介导绿色荧光蛋白潮霉素B

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柳杉半同胞子代遗传变异分析与早期选择

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南京林业大学学报(自然科学版) 2024年

作者：林强徐进李上前林云斌章允清欧阳磊福建省林业科学研究院福建省森林培育与林产品加工利用重点实验室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福建省福鼎后坪国有林场福建省顺昌埔上国有林场

【目的】通过柳杉种子园半同胞子代测定，阐明家系生长性状的遗传变异、性状相关规律，评价参试家系在试验地点的生长表现和育种价值，选择速生优良家系和单株进行推广应用。【方法】2014年在福建省福鼎后坪国有林场营建柳杉种子园半同... 详细信息

【目的】通过柳杉种子园半同胞子代测定，阐明家系生长性状的遗传变异、性状相关规律，评价参试家系在试验地点的生长表现和育种价值，选择速生优良家系和单株进行推广应用。【方法】2014年在福建省福鼎后坪国有林场营建柳杉种子园半同胞子代试验林，于试验林1～7年生时每木调查树高、胸径和冠幅等生长量指标，建立数据库，分析家系生长性状的遗传变异和相关规律，估算家系及单株遗传力，并对参试家系和单株进行评价和选择。【结果】试验林7年生时，树高、胸径、冠幅和材积的平均值分别为4.51 m、6.68 cm、2.09 m和0.0111 0 m3，变异系数为16.75%～101.60%，参试家系的适应性较好且生长性状存在丰富的变异。1～7年生试验林的树高、胸径和材积等生长性状在重复和家系间的差异均达极显著水平，生长环境和家系本身的基因型对柳杉早期生长均有显著影响。试验林1～7年生的家系遗传力为0.465～0.649，单株遗传力为0.223～0.507，在家系层次上，生长表现受中等程度之上的遗传控制；在个体层次上，生长表现受较弱程度的遗传控制。生长性状间的相关系数值为0.35～0.95，生长性状的表型相关均达极显著水平。经综合评价和估算遗传增益，选出速生家系8个，树高、胸径和材积等遗传增益的平均值分别为5.53%、7.89%和22.95%；选出速生个体35个，其树高、胸径和材积的平均遗传增益分别为23.11%、27.84%和96.77%。【结论】参试柳杉家系生长表现较好，生长性状遗传变异丰富，选择的速生优良家系和个体将为试验地区柳杉人工造林提供良种材料，为构建柳杉第2代育种群体和提升柳杉遗传改良水平提供育种材料。

关键词：柳杉种子园半同胞子代生长性状遗传变异早期选择

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38年生马尾松种源生长及材性联合分析

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南京林业大学学报(自然科学版) 2022年第3期46卷 203-212页

作者：胡兴峰吴帆孙晓波陈厚平殷安政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安徽省六安市裕安区国有林木良种场

【目的】通过分析已达成熟期的马尾松种源生长与材性变异,揭示不同性状在地理种源上的变异规律,并筛选适合在安徽省六安市及类似立地区域推广的速生且材质优良的纸浆材种源。【方法】以安徽省六安市裕安区国有林木良种场的38年生(成熟林... 详细信息

【目的】通过分析已达成熟期的马尾松种源生长与材性变异,揭示不同性状在地理种源上的变异规律,并筛选适合在安徽省六安市及类似立地区域推广的速生且材质优良的纸浆材种源。【方法】以安徽省六安市裕安区国有林木良种场的38年生(成熟林)马尾松55个种源为试材,测定其胸径、树高、管胞长度及宽度、基本密度和微纤丝角,进行生长与材性联合分析。【结果】胸径、树高、材积、管胞长度、管胞宽度、微纤丝角和基本密度在种源水平上均差异极显著(P<0.01)。各性状表型变异系数、遗传变异系数分别为3.02%～58.61%、5.56%～28. 16%;胸径、树高、材积、管胞长度、管胞宽度、基本密度和微纤丝角种源遗传力分别为0.665 7、0.558 9、0.616 9、0.996 3、0.965 6、0.739 3和0.823 3。相关性研究表明:生长性状与纬度呈显著负相关,与经度相关不显著;材性与经纬度均相关不显著,但表现出局部的变异规律;生长性状间相关性高于生长与材性间相关性;微纤丝角从髓心至树皮总体随着龄级的增大而减小,木材基本密度、管胞长和宽从髓心至树皮总体随着龄级的逐渐增大而增大,变化幅度随着龄级的增大而减小。通过综合指数选择出5个综合性状优良种源,其胸径、树高、材积、管胞长度与宽度、基本密度和微纤丝角平均遗传增益分别为3.69%、5.72%、15.12%、7.05%、-1.12%、0.17%和-6.46%。【结论】成熟林马尾松种源间差异显著,并且生长性状存在从南向北逐渐减小的变异规律,材性与经纬度不相关,对其进行纸浆材生长与材性联合选择具一定潜力,可为纸浆材马尾松良种选择提供可靠依据。

关键词：马尾松种源基本密度管胞微纤丝角材性

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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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北美鹅掌楸LtuHMGS基因的克隆与生物信息学分析

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中南林业科技大学学报 2022年第1期42卷 146-155页

作者：张成阁戈瑶瑶刘换换宗亚仙吴栩佳杨立春李火根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 南京林业大学南方现代林业创新中心江苏南京210037 南京林业大学林学院江苏南京210037

【目的】研究北美鹅掌楸LtuHMGS基因的结构特性、亚细胞定位及表达模式,为从分子水平探究北美鹅掌楸萜类合成途径提供理论基础。【方法】从北美鹅掌楸转录组数据库中鉴定出一条HMGS基因序列,采用RACE技术克隆其全长cDNA,将其命名为LtuH... 详细信息

【目的】研究北美鹅掌楸LtuHMGS基因的结构特性、亚细胞定位及表达模式,为从分子水平探究北美鹅掌楸萜类合成途径提供理论基础。【方法】从北美鹅掌楸转录组数据库中鉴定出一条HMGS基因序列,采用RACE技术克隆其全长cDNA,将其命名为LtuHMGS。对LtuHMGS基因的ORF进行生物信息学分析,探究其理化性质及与同源基因的系统进化关系;利用烟草瞬时转化系统对LtuHMGS基因编码蛋白进行亚细胞定位;采用RT-qPCR技术分析LtuHMGS基因在北美鹅掌楸的组织表达谱。【结果】LtuHMGS基因的ORF全长1425 bp,共编码474个氨基酸,蛋白质分子式为C_(2340)H_(3608)N_(614)O_(721)S_(24),分子量为52.65 kD,α-螺旋为其氨基酸序列的主要二级结构且该蛋白不含信号肽和跨膜区域,是一种非分泌型蛋白。对LtuHMGS蛋白的保守结构域预测分析发现其氨基酸序列含有羟甲基戊二酰辅酶A合酶保守结构域,亚细胞定位表明LtuHMGS蛋白可能更多地存在于细胞质膜中。同源序列比对和系统进化树分析表明,北美鹅掌楸LtuHMGS蛋白序列与其他物种的序列高度相似且与樟科的沉水樟和山鸡椒的HMGS蛋白的进化关系更近。RT-qPCR结果发现,LtuHMGS基因在北美鹅掌楸雌蕊中的表达量远高于其他组织。【结论】从北美鹅掌楸中克隆得到1条编码羟甲基戊二酰辅酶A合酶的候选基因(LtuHMGS),该基因可能参与北美鹅掌楸萜类物质的合成,是研究北美鹅掌楸萜类合成机制的关键酶基因之一。

关键词：北美鹅掌楸 LtuHMGS基因基因克隆生物信息学分析亚细胞定位 RT-qPCR

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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

《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：盲盒基因编辑精准靶向

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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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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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