小麦(Triticum aestivum)种子的休眠特性决定其播种后的萌发整齐度,同时调控籽粒收获期的穗发芽抗性。本研究以本研究团队前期获得的一个休眠增强、抗氧化能力增强、能量代谢水平降低的小麦突变体1813WH为研究材料,对蜡熟期种子进行转录组和代谢组联合分析,通过多组学数据进行差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs)、差异积累代谢物(differentially accumulated metabolites, DAMs)筛选及相关通路验证。结果表明,与野生型(wild type, WT)相比,1813WH在氮代谢相关基因表达和代谢物积累上存在差异。DEGs与DAMs富集于精氨酸合成、氨基酸代谢及植物激素信号通路;1813WH中非还原糖—蔗糖的相对含量显著高于野生型(P<0.05),而还原糖—葡萄糖-6-磷酸(glucose-6-phosphate, G6P)、果糖-1, 6-二磷酸(fructose-1,6-bisphosphate, FBP)和果糖-6-磷酸(fructose-6-phosphate, F6P)的含量显著低于野生型(P<0.05);1813WH中茉莉酸(jasmonic acid, JA)和脱落酸(abscisic acid, ABA)相对含量低于WT,而细胞分裂素相对含量高于WT。以上研究结果表明,1813WH的种子在蜡熟期主动抑制柠檬酸循环(三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle, TCA))等核心能量代谢,将氮资源导向多胺和惰性氮如天冬酰胺的合成,推测1813WH突变体可能通过调控核心代谢网络,改变了小麦的碳氮代谢平衡与内在激素水平,从而潜在地优化了其生长与抗逆策略。基于此,推测种子可能通过一种“资源封存”策略来维持深度休眠。本研究为后续揭示其分子机制、进而调控小麦休眠性与穗发芽抗性提供了新的理论基础。

尿苷二磷酸糖基转移酶(UDP-glycosyltransferase, UGT)是植物体内一类关键酶,广泛参与次生代谢、激素平衡及逆境响应等生理过程,然而目前水稻(Oryza sativa) UGT基因功能的研究仍较缺乏。为解析UGT基因在水稻生长发育及非生物胁迫响应中的作用机制,本研究基于全基因组数据,利用生物信息学方法对水稻UGT家族进行全面分析,同时,结合qPCR技术,研究OsUGT79在4种非生物胁迫下不同组织的表达模式。本研究共鉴定到165个水稻UGT基因,其编码蛋白长度介于113~772 aa,分子量为12.53~83.65 kD,多数为酸性蛋白(95.2%)、具亲水性(50.3%)且结构较为稳定(75.2%),不均匀分布于12条染色体,启动子区富含与非生物胁迫、生长发育及激素调控相关的顺式作用元件。亚细胞定位预测显示,UGT蛋白主要位于叶绿体(57%)和细胞质(24.8%)。系统进化分析将其划分为3个大类、6个亚类(GroupⅠ~Group Ⅵ),其中GroupⅠ和GroupⅡ分别属于第1和2大类,GroupⅢ~Ⅵ归属于第3大类。85%的UGT蛋白含有GTB型超家族结构域。共线性分析结果显示,该家族存在10对片段重复基因和2对串联重复基因。代表蛋白OsUGT79由422 aa组成,分子量为51.03 kD,呈酸性、亲水且稳定,其定位于第4号染色体,属于第3大类中的Ⅵ亚族,预测位于叶绿体。qPCR结果表明,在高温、干旱和镉胁迫条件下,地上部中OsUGT79的表达量均呈先上升后下降的趋势,其中高温和镉胁迫下表达峰出现在处理12 h,而干旱胁迫下峰值提前至6 h;盐胁迫后,该基因在地上部的表达量迅速下降,并维持在较低水平。在根部,OsUGT79在4种胁迫下均于6 h开始明显上调,随后随处理时间延长而持续增加,除盐胁迫外,其余3种胁迫下表达峰均出现在24 h。恢复后(48 h),除镉胁迫外,地上部OsUGT79的表达量均显著升高,且超过胁迫处理期间的所有时间点;而根部该基因的表达量则低于胁迫期间的最高水平,甚至低于处理前的表达量。此外,根部表达的变化幅度明显大于地上部,表明OsUGT79可能在根系中主要参与早期胁迫信号的感知与初始响应,而在地上部则调控胁迫解除后的生理恢复过程。本研究系统解析水稻UGT家族的组成与进化特征,为进一步阐明OsUGT79及其他UGT成员在非生物胁迫适应中的功能提供了理论基础,也为水稻抗逆分子育种提供了重要参考。

丝状温度敏感H蛋白酶(filamentation temperature-sensitive H, FtsH)广泛存在于植物中,具有ATP酶、蛋白水解和分子伴侣活性,在植物的生长发育及植物应对逆境胁迫中发挥重要作用。为系统探究FtsH家族成员在陆地棉(Gossypium hirsutum)生长发育及盐胁迫应答中的功能,本研究基于陆地棉全基因组数据,在利用生物信息学方法对鉴定获得的39个GhFtsH基因开展全面分析的基础上,结合不同组织与非生物胁迫下的转录组数据,解析基因表达模式,进一步利用qRT-PCR检测其在'鲁棉研37号'不同发育期及不同盐浓度处理的表达模式。结果表明,39个GhFtsHs基因不均匀地分布在19条染色体上;系统进化分析将其划分为7个亚族,所有成员均包含2个典型的保守基序;部分GhFtsH成员与拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza sativa)的同源基因存在共线性关系;启动子区域含多个光响应及非生物胁迫相关顺式作用元件;大多数GhFtsH基因在叶片中高表达,GhFtsH1、GhFtsH2、GhFtsH14和GhFtsH15在非生物胁迫下同样表现出较高的表达水平。qRT-PCR结果显示,在盐胁迫条件下,GhFtsH1、GhFtsH2和GhFtsH14的表达水平随处理浓度和发育时期变化而呈现差异,其中GhFtsH2对盐胁迫的响应最敏感,推测GhFtsH2可能在棉花盐胁迫应答中发挥着关键的调控作用。本研究为深入解析棉花耐盐分子机制及抗逆育种提供了重要的理论依据。

马铃薯(Solanum tuberosum)为喜凉作物,不耐受低温,高温环境会严重阻碍其生长发育。CBF/DREB1(C-repeat binding factor/dehydroresponsive element binding)作为植物特异性转录因子对提高植物的抗逆性具有重要作用。为了解马铃薯CBF/DREB1家族成员(StDREBs)的性质和特征,本研究对StDREBs全基因组进行鉴定和分析,并检测了其在热和冷胁迫下的表达模式。结果表明,马铃薯共有8个StDREBs,氨基酸残基数为207~329,分子量为23.421~36.720 kD,含有6~8个基序,均不含跨膜结构域、信号肽和内含子,磷酸化位点为20~94个,等电点均小于7,脂肪族系数均小于80,不稳定系数均大于40,亲水性平均系数均小于0。通过检测StDREBs在热和冷胁迫下的表达模式发现,与对照组相比,StDREB4的表达水平在胁迫处理6、12、24和48 h时均显著升高(P<0.05),表明其可能与马铃薯的热和冷胁迫响应过程相关。通过构建过表达StDREB4的马铃薯转基因株系,对StDREB4的功能进行了分析,结果发现,过表达StDREB4能够通过调节抗氧化酶活性,降低活性氧水平,提高马铃薯的耐热性和耐冷性,从而促进马铃薯在热和冷胁迫下的生长。本研究为提高马铃薯耐热性和耐冷性提供了候选基因资源,有助于马铃薯产量和品质的提升。

环核苷酸门控离子通道(cyclic nucleotide gated ion channels, CNGCs)在植物的信号传导、生长发育、环境胁迫响应等多种生理过程中发挥着极为重要的作用。本研究克隆了辣椒(Capsicum annuum) CaCNGC4基因,并进行CaCNGC4的生物信息学分析、表达模式分析和亚细胞定位分析。结果显示,CaCNGC4的CDS序列长度为2 091 bp,编码696个氨基酸;该蛋白是碱性、不稳定亲水性蛋白,有6个跨膜结构域,无信号肽;亚细胞定位结果表明其定位于质膜。CaCNGC4与马铃薯(Solanum tuberosum)和欧白英(S. dulcamara)的同源性最高,分别为86.64%和85.94%,与番薯(Ipomoea batatas)的同源性最低,为70.07%。利用qPCR方法探究辣椒发育过程中激素处理(脱落酸, 赤霉素, 茉莉酸甲酯)和非生物胁迫(高温, 低温, 盐胁迫)下CaCNGC4基因的表达量变化。结果表明,激素处理和盐胁迫处理下,CaCNGC4基因的表达量呈先下降后上升再下降的趋势;高温处理1、1.5和3 h时CaCNGC4表达显著下调(P<0.05),6、12和24 h表达显著上调(P<0.05);低温处理后CaCNGC4表达显著下调(P<0.05),24 h时与对照无显著差异。该基因启动子区域含有一系列与光反应、激素、外部环境和生长发育相关的顺式元件。本研究可为辣椒生长发育的调控与品种改良工作的开展提供相应理论支撑。

血管紧张素转化酶2(angiotensin-converting enzyme 2, ACE2)作为肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system, RAS)的关键调节酶和多种冠状病毒的功能性受体,其在哺乳动物中的功能已有较多研究,但水禽特别是鹅(Anser cygnoides domesticus) ACE2的分子特性仍缺乏系统研究。本研究旨在克隆鹅源ACE2基因,构建其真核表达载体,并建立稳定表达该蛋白的中国仓鼠(Cricetulus griseus)卵巢(Chinese hamster ovary, CHO)细胞系。以中国三花鹅空肠组织cDNA为模板,通过PCR扩增获得ACE2基因全长编码序列,构建重组质粒pcDNA3.1(+)-ACE2。确定新霉素(G418)最佳筛选浓度,随后通过脂质体法将重组质粒转染至CHO细胞,经G418筛选获得抗性单克隆细胞株,采用Western blot、qPCR、免疫荧光染色及蛋白酶活性检测等方法,系统评估ACE2表达与活性。结果表明,本研究成功克隆了鹅ACE2基因编码区序列,全长2 427 bp,并构建了重组真核表达质粒pcDNA3.1(+)-ACE2,双酶切验证条带大小与预期相符(载体5428 bp, ACE2 2427 bp)。确定G418最佳筛选浓度为800 μg/mL,经筛选获得了2株表达ACE2蛋白的单克隆细胞株,分别命名为pcDNA3.1(+)-ACE2-1和pcDNA3.1(+)-ACE2-2。与pcDNA3.1(+)组相比,pcDNA3.1(+)-ACE2-1和pcDNA3.1(+)-ACE2-2细胞中ACE2 mRNA表达水平极显著升高(P<0.01)。免疫荧光检测观察到明确的ACE2阳性荧光信号,进一步验证外源蛋白成功表达。酶活性检测显示,2株细胞所表达的ACE2蛋白酶活性分别为(37.25±2.95)和(246.87±15.94) U/mg,均极显著高于pcDNA3.1(+)组(P<0.01)。进一步对2株细胞进行连续传代后检测,ACE2 mRNA表达水平及酶活均保持稳定,表明所获得的稳定系具有良好的长期表达稳定性。本研究成功建立稳定表达高活性ACE2的CHO细胞系,为鹅ACE2的分子结构与功能研究提供了可靠平台。

高温已成为水产养殖业所面临严重挑战,近年来随着夏季水温持续升高,高温期持续延长,高温胁迫对鱼类的影响也越发明显。三倍体鱼类由于育性极低甚至不育,在生长性能、抗逆性及品质等方面具有优势,已得到较为广泛的应用,但其耐高温能力以及对高温胁迫的响应研究还相对较少。本研究以我国重要的海水经济鱼类牙鲆(Paralichthys olivaceus)为对象,评估了三倍体牙鲆的耐高温性能,同时利用转录组测序,分析了三倍体牙鲆肌肉组织对高温胁迫的分子响应,并与二倍体进行比较。结果表明,三倍体牙鲆耐高温性能较二倍体明显提高,高温耐受温度及高温下存活时间均极显著高于二倍体(P<0.01)。在31 ℃持续24 h的高温胁迫下,二倍体鱼的基因表达发生明显变化,共847个基因发生差异表达(618个上调, 229个下调),其中细胞凋亡及代谢调控等通路相关基因表达上调;高温对三倍体鱼的基因表达的影响相对较小,仅19个基因出现表达差异(16个上调, 3个下调),其中糖、脂肪酸、氨基酸等的代谢,以及细胞凋亡和FoxO等通路基因表达下调。本研究结果丰富了鱼类抗逆相关研究的理论基础,并为耐高温新种质的创制提供依据。

羌活(Notopterygium incisum)是西北地区特有的中草药资源,其地下根茎提取物在水产病原防控领域展现出独特应用潜力,但其茎叶的开发利用缺乏必要的安全性数据支撑。本研究通过超声浸提制备羌活茎叶醇水提取物,以斑马鱼(Danio rerio)胚胎为受试生物,经96 h急性暴露实验,观测胚胎发育指标后,检测胚胎抗氧化酶活性及相关基因表达量变化,探究低(1/5 LC₅₀, 5.8 mg/L)、中(2/5 LC₅₀, 11.6 mg/L)、高(4/5 LC₅₀, 23.2 mg/L)浓度提取物对斑马鱼胚胎的急性毒性和氧化应激效应。结果表明,羌活茎叶提取物对斑马鱼胚胎孵化具有抑制作用,96 h半数致死浓度为29 mg/L且毒性呈浓度依赖性,在低、中浓度下,致畸性较低,体长和心率未受到显著影响;高浓度提取物则诱导胚胎及幼鱼出现躯干囊肿、卵黄囊吸收延迟、心包水肿等畸形。氧化应激响应也表现出浓度差异,低、中、高浓度下SOD、CAT、GST活性均显著降低且呈现浓度依赖性(P<0.05)。低浓度提取物显著降低脂质过氧化损伤,并显著诱导mn-sod、gstp-2等基础抗氧化基因表达,中浓度提取物则显著激活ucp-2、cat等核心抗氧化通路基因,与高浓度提取物相比,低、中浓度MDA含量显著升高(P<0.05),同时cox-1、cat表达受到抑制,但解毒基因nqo-1被诱导上调,表明高浓度下胚胎面临更复杂的氧化应激或毒性压力。此外,中浓度下bax、bcl-2等细胞凋亡相关基因表达上调,表明中浓度可能更易引发斑马鱼胚胎细胞凋亡相关分子响应。本研究探讨了羌活茎叶提取物对斑马鱼胚胎的毒性效应和氧化应激效应,为这一废弃中草药资源利用和绿色渔药的开发提供了参考。

豹纹鳃棘鲈(Plectropomus leopardus)作为深受消费者喜爱的水产品,其肌肉发育水平决定了产肉率和肉质品质。为探究豹纹鳃棘鲈胚后发育不同时期肌细胞生成素(myogenin, MyoG)基因在肌肉组织中的表达规律,本研究通过PCR技术扩增其MyoG基因的CDS区,使用生物信息学软件对其序列和编码蛋白进行分析,并利用qPCR技术研究其在出膜后0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55和60 d共13个时间点的表达情况。结果显示,MyoG基因CDS区全长753 bp,编码250个氨基酸,蛋白分子量为27 345.56 D,理论等电点(pI)为6.82,分子式为C₁₁₇₂H₁₈₅₃N₃₄₂O₃₈₄S₁₅;不稳定指数为72.06,为不稳定蛋白;脂肪族指数为57.76,总平均疏水性(GRAVY)为-0.644,属亲水蛋白。MyoG蛋白未见信号肽和跨膜区,为非分泌型蛋白质。将其与其他10个物种的MyoG蛋白的氨基酸序列进行同源性分析,发现其与荫平鲉(Sebastes umbrosus)、鞍斑杜父鲈䲢(Cottoperca gobio)等硬骨鱼亲缘关系较近,而与人(Homo sapiens)、非洲爪蟾(Xenopus laevis)等哺乳动物和两栖动物亲缘关系较远。qPCR结果显示,以出膜0 d为对照组,豹纹鳃棘鲈的MyoG基因在仔鱼时期(0~20 d)各时期的表达量均显著上升(P<0.05);进入稚鱼期后(20~35 d),在25 d时MyoG基因的表达再次出现极显著上升(P<0.001),30 d时表达量仍维持在较高水平(P<0.05),随后在幼鱼期(35 d后) MyoG基因的相对表达量持续下降,并在45和55 d再次出现上升趋势,其中55 d上升显著(P<0.05)。综上,MyoG基因在进化过程中具有一定的保守性,其在豹纹鳃棘鲈胚后肌肉发育过程中发挥一定作用,在仔鱼期和稚鱼期前期表达量相对较高且差异显著,进入幼鱼期后,相对表达量逐渐降低,提示该基因主要在豹纹鳃棘鲈胚后发育的仔鱼期和稚鱼期的肌肉组织中发挥作用,本研究揭示了MyoG基因在胚后发育早期的表达规律,丰富了该物种肌肉发育相关研究的基础研究数据。

红九棘鲈(Cephalopholis sonnerati)是一种新兴的高经济价值石斑鱼,其分布广泛、地理群体众多、遗传多样性丰富,但存在种质鉴定困难的问题。为了开发适用于红九棘鲈种质鉴定的分子标记和方法,本研究利用脊椎动物单拷贝基因数据库结合红九棘鲈重测序数据,筛选出位于神经酰胺葡糖基转移酶(ceramide glucosyltransferase, ugcg)基因内的红九棘鲈物种内高度保守序列,通过设计特异性引物结合琼脂糖凝胶电泳,在红九棘鲈中扩增出1条大小为226 bp的特异性条带,测序结果表明,该序列可作为鉴定红九棘鲈物种的特异性工具。本研究以筛选到的单拷贝保守基因为核心工具,首次建立了红九棘鲈种质快速、准确的鉴定方法,为红九棘鲈种质资源收集、鉴定与评价提供了有力的工具,也为红九棘鲈分子育种技术创新与良种创制提供参考。

由灰葡萄孢(Botrytis cinerea)引起的草莓灰霉病是草莓(Fragaria × ananassa)种植中高发且危害严重的病害,木霉菌(Trichoderma spp.)是目前广泛利用且高效的生物防治菌剂,为利用生防木霉菌有效防控草莓灰霉病,本研究采用稀释分离法和平板对峙法筛选对灰葡萄孢有抑制作用的木霉菌株,结合形态学特征与分子生物学分析对其进行鉴定,采用平皿培养法、显微镜观察法和盆栽灌根法测定木霉菌czit对草莓灰霉病的生防机制、盆栽防效及其对草莓幼苗的促生效果。结果表明,从健康草莓根际土壤中获得1株对灰葡萄孢具有较强抑制作用的木霉菌czit,抑制率达到80.35%。形态学特征和分子生物学鉴定结果显示,菌株czit为长枝木霉菌(Trichoderma longibrachiatum)。生防机制结果表明,长枝木霉菌czit对灰葡萄孢具有较强的竞争、抗生和重寄生作用,菌株czit能迅速占领营养空间,对峙培养7 d时可完全覆盖灰葡萄孢菌落,其挥发性代谢物对灰葡萄孢的抑菌率为64.12%,发酵代谢产物对灰葡萄孢的抑菌率为72.00%,菌株czit菌丝可通过附着、缠绕、穿透等方式发挥重寄生作用,同时可导致灰葡萄孢菌丝畸形。盆栽试验结果表明,菌株czit对草莓灰霉病的盆栽防效为66.26%,对草莓幼苗具有显著的促生作用,对草莓幼苗的株高、根长、总鲜重、根鲜重、地上部鲜重和根干重的促生率分别为35.82%、36.80%、105.34%、96.63%、116.22%和102.08%。本研究筛选出的长枝木霉菌czit对草莓灰霉病防效显著,且对草莓幼苗具有显著的促生作用,显示出良好的生防潜力和应用前景。

大豆根腐病是影响大豆(Glycine max)生产的重要土传病害之一,当前依赖化学农药的防治方式易引发环境污染与抗药性等问题,利用生防微生物进行生态友好型防控已成为重要研究方向。为筛选可防控大豆根腐病的生防细菌,本研究从玉米(Zea mays)根际土壤中获得1株具有抑菌活性的菌株YX3,经过菌落形态观察、生理生化特性和多基因系统发育树综合分析,鉴定其为解淀粉芽胞杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)。平板对峙试验显示,YX3对大豆根腐病致病菌尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)的菌丝生长抑制率达68.98%,可使尖孢镰刀菌菌丝出现膨大、干瘪、扭曲等畸变。其无菌发酵液能显著抑制尖孢镰刀菌的孢子萌发,挥发性代谢产物可干扰尖孢镰刀菌的色素代谢,导致菌丝褪色、结构松散,致病力减弱。酶活性检测显示,YX3可以分泌淀粉酶、蛋白酶以及纤维素酶,其基因组中含有fenA、srfAA和ituD抗生素基因,脂肽类粗提物对尖孢镰刀菌具有抑菌活性。温室盆栽试验中,YX3对大豆根腐病的防治效果为62.79%。此外,该菌株对多种植物病原真菌均表现出广谱抑菌活性(抑菌率64.44%~88.74%)。本研究表明YX3具有开发为生防菌剂的潜力,为大豆根腐病的生物防治提供了新的候选资源与理论依据。

硒是生物必需微量元素,硒代蛋氨酸(selenomethionine, SeMet)是动物从天然食物中获取硒的最主要化学形式。为了筛选枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis)与SeMet合成相关的候选基因,本研究从恩施富硒土壤样本中分离鉴定出6株枯草芽胞杆菌。利用不同剂量Na₂SeO₃分析确定分离菌株BsES(B. subtilis from Enshi)的硒耐受能力强于当地(荆州)分离获得的枯草芽胞杆菌BsJZ(B. subtilis from Jingzhou)和模式菌株Bs168(B. subtilis subsp. subtilis str. 168),并确定0.1 mg/mL Na₂SeO₃为富硒培养的最适添加剂量;高效液相色谱 -质谱联用(high performance liquid chromatography-mass spectrometry, HPLC-MS)分析表明,BsES08菌株的SeMet合成能力最强,合成量为8.90 µg/10⁸CFU,相较于对照菌株Bs168和BsJZ分别提高39.47%和34.33%;利用qPCR技术比较6株分离株中31个SeMet合成代谢相关基因的mRNA表达水平,结果表明tusA2、tusA1、TrxRB、thiS、nifS、nasD、mrp、mmuM和metE3基因在BsES08菌株中的表达量高于对照菌株,推测这些基因可能是SeMet合成相关基因;利用pHT43表达载体分别构建高表达tusA1和TrxRB基因的枯草芽胞杆菌重组菌株BsES08-tusA1和BsES08-TrxRB,重组菌的SeMet合成量明显高于受体菌BsES08,分别为10.71和11.17 µg/10⁸CFU,与BsES08相比分别提高24.90%和30.23%。本研究从恩施富硒土壤中筛选出高产SeMet的枯草芽胞杆菌菌株BsES08,其拥有较高无机硒耐受能力和有机硒转化效率,明确了9个与SeMet合成代谢相关的候选基因。本研究为富硒益生菌的开发利用提供微生物资源和候选基因。

植物炭疽病严重威胁农业产业的绿色可持续发展。为探索新的生物防治技术,本研究分离纯化到一株枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis) Rbac1菌株,并对Rbac1对炭疽菌等多种病原菌的拮抗防病能力进行了探究。结果显示,Rbac1菌株对茶树炭疽菌(Colletotrichum camelliae)、果生炭疽菌(Co. fructicola)、茄病镰刀菌(Fusarium solani)、黄曲霉(Aspergillus flavus)和大豆疫霉(Phytophthora sojae)等多种病原菌的抑制效果明显。分生孢子萌发实验结果显示,Rbac1菌株发酵滤液对茶树炭疽菌和果生炭疽菌的分生孢子萌发具有显著的抑制效果。抑菌稳定性实验结果显示,该菌株发酵液热稳定性良好;经不同pH处理后,pH在3~9时抑制率无显著区别;经紫外线处理60 min,其抑制率仍无明显变化。离体叶片防治实验结果显示,Rbac1菌株发酵滤液对茶树(Camellia sinensis) '白叶1号'和'黄金芽' 2个品种的炭疽病防病效果明显,防效分别为58.03%和70.99%。综上,枯草芽胞杆菌Rbac1对茶树炭疽病具有较好的生物防治潜力。本研究可为植物炭疽菌的绿色防控和新型微生物制剂的开发提供理论依据和菌种资源。

辣椒(Capsicum annuum)是全球重要经济作物,其生产常遭受辣椒疫霉菌(Phytophthora capsici)的威胁,该病原菌引起的疫病能给辣椒生产带来毁灭性损失。由于疫霉菌具有土壤存活期长、遗传变异性强等特点,传统化学防治效果有限且易引发环境问题。因此,挖掘和利用寄主自身的抗性,通过分子标记辅助选择等技术进行遗传改良成为防控该病害最经济有效的策略。本文系统综述了辣椒疫霉菌生物学特征与基因组进化特征、辣椒疫病抗性的遗传定位与抗性基因挖掘、分子机制解析及现代生物育种应用等方面的研究进展。辣椒疫霉菌属卵菌纲疫霉属,已鉴定45个以上生理小种,具备双速基因组结构,精氨酸-任意氨基酸-亮氨酸-精氨酸(Arg-Xaa-Leu-Arg, RxLR)和致皱与坏死(crinkling and necrosis, CRN)等效应子扩张与序列多态性等是毒力分化的重要分子基础。辣椒疫病抗性呈现单基因、寡基因和多基因多种遗传模式,5号染色体的主效QTL簇最为保守,10号染色体的CaRPc10.1位点已精细定位至32.36 kb区间;已挖掘出CaDMR1、Capana05g000764、Capann_59Chr10g029350、CaTPX1和CaAP2/ERF99等一批抗病候选基因与功能基因。在分子标记辅助选择育种方面,开发了ZL6726、CaNB-5480和CA10-233等标记,抗性鉴定准确率高的可达90%以上。此外,转基因、基因编辑及全基因组选择等方面的积累和突破,也为抗疫病精准育种提供了有利条件。转录组、蛋白质组及表观遗传调控等研究,揭示了辣椒通过苯丙烷合成、次生代谢、激素信号等通路协同响应病原菌侵染;组蛋白修饰、DNA甲基化等表观调控也参与抗病过程。基于效应子NLP779和PcICD1等与寄主靶标互作的机制研究,为抗病设计育种提供了潜在靶标。未来需加强抗病基因克隆与功能验证、多基因聚合、效应子-靶标互作解析,推动辣椒持久广谱抗病品种培育。本文为辣椒疫病抗性遗传改良和分子育种策略的优化提供了理论参考。

分化簇 163(cluster of differentiation 163, CD163)蛋白是猪繁殖与呼吸综合征病毒(Porcine reproductive and respiratory syndrome virus, PRRSV)感染的关键受体,近年来研究人员利用基因编辑技术培育了具有PRRSV抗性的猪(Sus scrofa)。本文系统综述了CD163蛋白的结构与生理功能,汇总了国内外通过不同策略(包括完全删除, 部分删除, 替换富含半胱氨酸清道夫受体5(scavenger receptor cysteine-rich 5, SRCR5)结构域及单碱基编辑)成功培育具有PRRSV抗性猪的研究案例,重点评估了这些基因编辑操作对CD163蛋白其他关键生理功能,如清除血红蛋白-触珠蛋白复合物、促进红细胞发育、免疫调节等的影响,以期为商业化基因编辑抗病动物新品种的安全性提供科学依据和参考。大量研究结果显示,删除CD163蛋白SRCR5结构域的基因编辑猪可以完全抵抗PRRSV感染。同时保留清除血浆中游离血红蛋白的功能、促进成红细胞发育的作用,以及作为肿瘤坏死因子样凋亡微弱诱导剂(TNF-like weak inducer of apoptosis, TWEAK)受体等正常生理功能,以上研究为基因编辑抗蓝耳病猪商业化应用提供了安全性依据。

随着分子育种技术的发展,基于SNP标记的全基因组选择已成为提升遗传改良效率的主要技术手段。绵羊(Ovis aries)是具有重要经济价值的家畜,开发适配其群体的高效育种工具对推动羊产业发展至关重要。本研究基于基因组数据与靶向捕获测序技术,成功开发了一款适用于绵羊育种的50K SNP液相芯片。整合iSheep数据库中355个个体的SNP数据与10只东弗里生羊的重测序数据,筛选出了58 859个高质量SNP位点,其中31 729个为核心功能位点(53.91%),筛选出的SNP平均间距为43.9 kb,涵盖与重要经济性状相关的功能区域。随机抽取100只绵羊对该芯片进行质量检测,结果表明该芯片在绵羊群体中表现出优良性能：比对率超过99.7%,捕获效率高于76%,冗余率低于12%,SNP检出率达95.98%以上。进一步使用该育种芯片进行全基因组关联分析,检测影响绵羊生长性状(如体重, 体长, 腹围, 胸围等)的遗传位点。结果显示,该芯片可成功识别多个与生长性状相关的显著SNP位点。该芯片在绵羊分子育种中具有广泛的应用前景,特别是在重要经济性状相关的育种工作中,能够提高育种效率,推动绵羊遗传改良。本研究为未来绵羊生长性状的分子标记选择提供了科学依据。

三七(Panax notoginseng)是我国名贵中药材,由恶疫霉(Phytophthora cactorum)引起的疫霉病是其生产上最具毁灭性的病害之一,严重威胁其产量和品质。为筛选三七疫霉病绿色防控的新型微生物资源,本研究以疫霉病发病田块的健康三七为材料,采集主根、侧根、茎、叶、叶柄及果实6个部位样品,采用稀释涂布法分离内生细菌,结合形态特征观察与16S rRNA基因测序进行物种鉴定,筛选对三七疫霉病病原菌具有优异抑制效果的生防菌株。采用平板对峙法测定所有菌株对三七疫霉病的拮抗能力,并筛选最优拮抗菌株进行盆栽试验以验证其防治效果。从三七疫霉病田的健株中共分离58株分离物,通过平板对峙法从中筛选获得13株对恶疫霉具有显著抑制效果的拮抗细菌。其中,自主根分离获得的菌株PNMR-1(鉴定为普城沙雷氏菌(Serratia plymuthica))拮抗效果最佳,对峙培养7 d的抑菌率达60.56%;显微观察发现,该菌株可明显抑制恶疫霉菌丝生长,导致菌丝畸形。盆栽试验结果表明,菌株PNMR-1对三七疫霉病的防治效果为67.54%,略低于化学药剂氟啶胺的防治效果(70.19%),但差异不显著。本研究获得1株对三七疫霉病病原菌具有显著抑制作用的新型生防菌株—普城沙雷氏菌PNMR-1,可作为三七疫霉病生物防治的优良菌种资源。