叶绿体作为一种离散、高度结构化、半自主的细胞器。叶绿体的小基因组能成为合成生物学极有前途的平台。叶绿体基因工程作为一种特殊的合成生物学手段，对重建植物体内各种复杂的代谢途径具有巨大的潜力，例如提高作物的光合能力，植物的抗逆性或者合成新的药物和疫苗。然而，许多植物的叶绿体遗传转化效率低或无法进行。因此，新的转化技术和工具正在不断被开发。为了进一步拓展和促进叶绿体基因工程的应用，本文综述了近年来在叶绿体遗传转化方面的新技术，并对选择合适的合成生物元件用以构建高效的叶绿体转化载体进行了探讨。
由禾柄锈菌（Puccinia graminis f. sp. tritici）引起的小麦秆锈病是小麦生产中最为严重的真菌病害之一，严重威胁着全球小麦的安全生产。种植抗病品种是防治该病害最为经济有效的方法，而抗病品种的选育要以小麦秆锈菌种群毒力变化为依据。为此，我们持续不断的开展小麦秆锈菌种群毒力变异监测工作，在鉴定中发现了3个来自于小麦秆锈菌转主寄主小檗上产生的锈孢子的新小种34C0MRGQM、34C3MKGQM和34C6MTGSM，特别是发现小种34C0MRGQM和34C6MTGSM对我国小麦抗病育种中广泛使用的抗病基因Sr5和Sr11具有联合毒力，在我国鉴定的13310个菌株中尚未发现对Sr5和Sr11具有联合毒力的菌株。为此，本研究利用42个已知小麦秆锈病抗病基因（Sr）的小麦品系对这3个小种的毒力特征进行了分析，同时鉴定了69份我国主要小麦品种对这3个小种在苗期和成株期的抗性水平。结果表明含有Sr9e、Sr17、Sr21、Sr22、Sr26、Sr30、Sr31、Sr33、Sr35、Sr36、Sr37、Sr38、Sr47、SrTmp和SrTt3的单基因系在苗期和成株期对34C0MRGQM、34C3MKGQM和34C6MTGSM均具有良好的抗性。相反，含有Sr5、Sr6、Sr7b、Sr9a、Sr9d、Sr9f、Sr9g、Sr9b、Sr16、Sr24、Sr28和Sr39的单基因系在苗期和成株期都对这些小种高度感病。含有Sr8a、Sr10、Sr11、Sr13、Sr14、Sr15、Sr18、Sr20、Sr19、Sr23、Sr25、Sr27、Sr29、Sr32和Sr34的单基因品系对供试小种中的一个或2个表现抗性。在供试的69份小麦材料中，有41份小麦品种对供试小种在苗期和成株期都表现出良好的抗性，占59.4%。进一步分子检测表明，有20个品种可能含有抗病基因Sr31，9个品种含有Sr38，4个品种含有Sr2，没有检测到含有Sr24、Sr25和Sr26的品种。研究结果为开展兼抗高致病性的Ug99及我国小麦秆锈菌抗病基因的合理利用与抗病育种提供理论依据。
探究真菌生物农药、化学农药对苜蓿主要害虫（蚜虫、蓟马）防治效果以及对苜蓿干草生产及品质的影响。在我国苜蓿主栽区河北省、宁夏回族自治区、新疆维吾尔自治区分别选取典型试验点，采用五点取样法、高效液相色谱法以及近红外线检测法分别测定了真菌生物农药及化学农药对蚜虫、蓟马的防治效果，农药残留程度以及苜蓿干草酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、蛋白质、相对饲喂价值等品质指标。化学农药在短时间内对蚜虫和蓟马的防治效果显著优于真菌生物农药，真菌生物农药的持效期显著高于化学农药，施药后14天各地区的蚜虫校正死亡率均在50%以上。农药残留分析表明，各类药剂安全间隔期后的残留剂量均在允许范围之内。在河北地区，真菌生物农药处理后的苜蓿干草中酸性洗涤纤维以及中性洗涤纤维的含量显著低于化学药剂处理，蛋白质含量高于化学药剂处理。各处理中，绿僵菌处理下苜蓿干草相对饲喂价值最高。在产量方面，各地区真菌生物农药处理下的苜蓿干草产量高于化学农药处理。在苜蓿防治过程中可采用真菌生物农药+化学农药混用的防治模式，既可以在短时间内对苜蓿虫害防治起到较好的防治效果，又可以提高苜蓿干草产量、相对饲喂价值，降低农药使用安全风险。该研究探究了真菌生物农药以及化学农药对蚜虫、蓟马的防治效果以及不同农药处理下农药残留程度以及苜蓿干草品质及产量的变化，为探索不同区域苜蓿害虫综合防控模式、减施化学农药、提升饲草品质提供了较为全面的数据支撑。
为明确我国主要甜菜产区线虫的种类和危害程度，2015-2018年我们对我国甜菜主要产区进行了系统的调查和检测。在新疆伊犁州新源县的甜菜地调查发现，部分区域甜菜长势弱，植株黄化、矮化明显，受害植株根系有明显的须根团，根上有大量的白色雌虫。采用形态学和形态测量学的方法对孢囊线虫的雌虫、孢囊和二龄幼虫进行显微观察和测量，结果表明，在我国新疆新源县甜菜上发现的孢囊群体的2龄幼虫、孢囊及阴门锥的特征和关键形态测量值与国外已报道的甜菜孢囊线虫基本一致。采用分子生物学的方法对孢囊线虫新疆新源群体的核糖体DNA-ITS、28S-D2/D3和线粒体DNA COI基因进行克隆、测序和分析发现，新源群体的核糖体DNA-ITS, 28S-D2/D3 和线粒体DNA COI基因序列和国外已报道的甜菜孢囊线虫的一致性为99.81-100%，进化分析显示新疆新源群体与国外甜菜孢囊线虫群体聚类为一个进化分支，同时采用甜菜孢囊线虫特异性引物SHF6和rDNA2，从新疆新源群体中扩增出长度为255 bp的特异性条带，分子生物学检测结果表明：我国新疆甜菜上发现的孢囊线虫为甜菜孢囊线虫。采用柯赫氏法则，将500头二龄幼虫分别接种到甜菜（SD21816）和油菜（德油6号）根系中，15天后在甜菜和油菜根系上分别发现了137和157个孢囊和雌虫，表明新疆新源群体能够在甜菜和油菜上完成生活史，且形态学和分子生物学鉴定结果和田间样品完全一致。综上所述，经形态学鉴定和分子特征分析确认，在我国新疆新源县甜菜上发现的孢囊线虫为我国检疫性有害生物——甜菜孢囊线虫，这也是甜菜孢囊线虫在我国的首次明确报道。
小麦（Triticum aestivum L.）是世界上最重要的粮食作物之一。生长素在调节植物生长发育中起关键作用。迄今为止，在小麦中几乎没有生长素相关基因被遗传证明参与小麦株型的调控。在这项研究中，我们克隆了小麦中生长素相关基因TaIAA15s，水稻中的异位表达TaIAA15-3B基因降低了水稻的株高，增加了叶夹角。小麦多样性群体相关性分析表明，TaIAA15-3B基因与小麦的株高（Ph），穗长（SL）和千粒重（TGW）相关；TaIAA15-3B的Hap-II单倍型是优异等位基因，在现代育种TaIAA15-3B的Hap-II单倍型被选择。这项研究揭示了生长素信号传导在小麦植物结构以及产量相关性状上的作用。
传染性法氏囊病（Infectious bursal disease, IBD）是一种严重危害养禽业健康发展的传染病，该病的病原是传染性法氏囊病病毒（Infectious bursal disease virus, IBDV）。IBDV的基因组由双节段双股RNA组成，即A节段和B节段。传统上，依据致病性和抗原性，IBDV可分为经典株、变异株、超强毒株和弱毒株。近年来，随着IBDV的不断变异，具有新的基因特征的IBDV毒株不断出现。传统的IBDV分类方法已不能涵盖这些新出现的毒株。因此，亟需建立一种新的IBDV基因型分类方法用于IBDV的流行病学研究。近年来，A节段基因序列常被用于IBDV的基因分类。然而，对于基因组分节段的IBDV来讲，A节段和B节段在病毒的遗传演化中都很重要，仅基于A节段基因序列的基因分类方法是不全面的。而且，原有的分类方法已经不能涵盖不断出现的IBDV节段重配病毒和最新出现的IBDV新型变异株。因此，本研究率先建立了一种兼顾IBDV基因组双节段特征的新的IBDV基因分型方法。在该分型系统中，基于A节段编码的VP2高变区核苷酸序列特征，IBDV被分为9个基因群（A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8和AII）；基于B节段编码的B-maker的核苷酸序列特征，IBDV被分为5个基因群（B1、B2、B3、B4和BII）；A2又被进一步分为4个亚群（A2a、A2b、A2c和A2d）。利用新的基因分型方法，传统的经典株、变异株、超强毒株和弱毒株分别被归类于基因群A1B1、A2B1、A3B2和A8B1。本研究中鉴定的IBDV新型变异株被归类为基因群A2dB1。本研究建立的IBDV基因分型方法，是一个灵活多样的开元系统，可用于现有毒株和新出现毒株的明确鉴定，将极大地方便IBDV的分子流行病学研究。
