薇甘菊(Mikania micrantha)是一种快速生长的全球性入侵杂草,广泛分布在热带和亚热带地区。薇甘菊的入侵会对当地自然生态系统造成严重破坏,并对森林和作物生产造成巨大的经济损失。它在光合作用方面具有优势,其净光合速率与C4植物相近,固碳能力较高。研究表明薇甘菊的光合能力是其快速生长和快速殖民新栖息地的重要原因之一。然而,目前尚没有研究揭示薇甘菊光合作用的进化机制和昼夜规律。本研究采用基因组学和转录组学相结合的方法,揭示了薇甘菊光合作用的进化机制和昼夜表达模式。结果显示,在薇甘菊中有16个正选择基因,主要集中于光反应和光同化物的利用两个过程中,并且叶绿素a/b结合蛋白、苹果酸脱氢酶、丙酮酸正磷酸二激酶和苹果酸酶家族的基因数量与C4植物(高粱或玉米)相似,显著高于其他植物。在不同组织中,98.1%与光反应相关的基因在茎中具有较高表达,C4循环相关的基因中有一半以上在茎中高于叶中的表达。气孔开闭过程中,2个碳酸酐酶基因在18:00的表达量高于8:00,SLAC1和HT1基因在18:00表达量最低。此外,与光合作用相关的基因在7:00和17:00表达量较高。因此我们推测,薇甘菊能够在茎和花器官中进行光合作用,并且叶片的一些气孔在夜间能够通过CO2信号打开。此外,它的进化可能会减弱高光强时的光抑制,并在低光强时提高光合作用的效率。组织特异性光合类型和光合相关基因的不同昼夜模式可能有助于薇甘菊在新栖息地的快速定植。薇甘菊可能通过这些变化增加了它的种间优势和侵袭性。本文的研究结果为了解薇甘菊的光合作用机制及其控制和生物利用度提供了有价值的信息。
厘清大豆种质籽粒中的类胡萝卜素组分和含量对大豆种质营养品质评价具有重要意义。本研究针对遗传多样性丰富的中国大豆种质的类胡萝卜素和叶绿素含量进行了系统分析,并揭示了不同营养品质组分间的相关性。结果显示基因型、种植年份、种质类型、子叶色和生态区来源显著影响籽粒中类胡萝卜素和叶绿素含量,其平均类胡萝卜素总含量变化范围为8.15-14.72 µg g-1。大豆农家种的类胡萝卜素含量是栽培种的1.2倍,特别是绿子叶种质的类胡萝卜素和叶绿素含量显著高于黄子叶种质。需要指出的是单一组分中叶黄素的含量是最高的,其变化范围为1.35-37.44 µg g-1。类胡萝卜素和叶绿素含量与其他品质组分显著相关,这有利于育种者在强化类胡萝卜素含量同时而不影响其他品质组分。我们结果证明了大豆籽粒中的类胡萝卜素含量是丰富的,但其积累宜受遗传因素、种质类型和种质来源的显著影响。我们还鉴定了一批高类胡萝卜素含量的大豆新种质,可以为大豆育种、食品加工和化妆品行业利用。
MYB转录因子的系统分析及LuMYB216在亚麻花花色苷生物合成调控中的作用
花色苷是影响植物颜色和营养品质的重要色素。MYBs在植物花色苷的合成和积累中起着重要作用。然而,MYB转录因子在亚麻花的花色苷合成中的调节作用尚不清楚。在本研究中,从亚麻基因组中共鉴定出402个MYB转录因子,这些MYB成员在15条染色体上分布不均。其中,R2R3-LuMYB成员被分为32个亚家族。实时荧光定量(qRT-PCR)分析显示,进化树相邻亚家族中的7个R2R3-LuMYB基因具有相似的表达模式,其中LuMYB216在不同颜色的花瓣中高度表达。此外,对LuMYB216在亚麻中进行基因编辑后,观察到突变体植物的花瓣颜色、花药颜色和种皮颜色明显浅于野生型植株。测定lumyb216突变体植株的花瓣和种皮的花色苷,发现含量较野生型显著降低。相关分析表明,LuMYB216与其上游调控因子bHLH30共表达,且显著正相关。本研究系统分析了亚麻中的MYB基因家族,为研究LuMYB216在亚麻花的花色苷合成中的调控奠定了基础。
提高小麦产量是全球小麦育种者的长期目标。发掘优良遗传资源,解析小麦重要农艺性状的遗传基础,是小麦高产育种的必经之路。本研究评价了两年七个环境中由156个育成品种和77个地方品种组成的四川小麦自然群体的9个重要农艺性状表现。农艺性状调查结果表明,地方品种分蘖较多,穗粒数(KNS)较高,育成品种千粒重(TKW)和穗粒重(KWS)较高。9个农艺性状的广义遗传力(H 2)在0.74到0.95之间。利用来自小麦55K SNP芯片的43198个单核苷酸多态性(SNP)标记进行群体结构分析可以将自然群体分为三组。基于混合线性模型Q+K方法的全基因组关联分析(GWAS)共鉴定出67个数量性状位点(QTL)。本研究主要对三个重要性状的QTL进行了分析,即分别检测到的可育分蘖数(FTN)位点QFTN.sicau-7BL.1的四种单倍型、KNS位点QKNS.sicau-1AL.2的三种单倍型和TKW位点QTKW.sicau-3BS.1的四种单倍型。从2002—2013年区域试验的42个品种的产量表现来看,FTN-Hap2、KNS-Hap1和TKW-Hap2分别是每个QTL中的优良单倍型。具有三个优良单倍型的品种相比具有两个或一个优良单倍型的品种产量更高。此外,基于每穗粒数的QTL位点 QKNS.sicau-1AL.2开发了连锁的KASP-AX-108866053标记能在2018年至2021年区域试验中鉴定63个品种的三种单倍型(或等位基因)。这些遗传位点和连锁标记可用于标记辅助选择或基于图谱的基因克隆,用于小麦产量的遗传改良。
氮肥在中国的过度使用及其对农业生产的不利影响已在国内和国际引起关注。除公共机构推动的多种促进农业可持续发展的实践外,借助信息通讯技术或数字服务手段推动可持续农业实践的私人部门创新和创业正在崭露头角。本研究探讨了一个创业企业依托信息技术提供农业技术推广服务对农户采用可持续农业实践的影响。结果表明,依托信息技术的农业社会化服务并没有显著减少小麦种植中的氮肥使用量。然而,信息技术在农业社会化服务的使用却促使农民的氮肥施用趋向于可持续和精准施肥。创业企业的此种创业模式在农户参与性和财务可持续性方面面临巨大挑战。