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通过编辑B型反应调节剂改良水稻农艺性状
摘要：水稻B型反应调节蛋白含有一个保守的接收结构域，随后是一个GARP DNA结合结构域和较长的C末端，其中RR21、RR22和RR23等B型反应调节蛋白参与水稻叶片、根、花和毛状体的发育。为评估B型反应调节蛋白在水稻遗传改良中的应用潜力，本研究利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术分别敲除水稻13个B型反应调节基因，在敲除载体上同时表达两个引导RNA（gRNA）以突变一个基因。利用特异性引物通过PCR筛选T 0 转化植株，筛选出大片段DNA缺失的植株。在T 1 代用Cas9特异性引物检测CRISPR/Cas9基因编辑突变体，筛选出不含Cas9的纯合突变体，并测序确认其靶区域。获得了除RR24外的12个OsRR突变体材料，初步表型观察发现不同突变体材料中株高、分蘖数、分蘖角度、抽穗期、穗长和产量等重要性状发生了变异。
使用卷积神经网络通过图像处理和分类中的水稻作物检测
人工智能（AI）今天占据了中心排名，尤其是在技术进步无处不在的情况下。在最有影响力的工具中，深度学习已经在专业和学术领域中建立了自己。本文着重于卷积神经网络在检测与大米竞争的杂草方面的有效性。为了实现这一目标，将预训练的Inception_V3模型的扩展用于图像分类，而Mobilenet则用于图像处理。这种创新的方法在大米和杂草之间有挑战性的稻田上进行了测试，这是AI领域的重大进步。然而，两种模型的训练都揭示了局限性：Inception_V3在第10次迭代后表现出过度拟合，而Mobilenet在第一次迭代中表现出较高的波动性和过度拟合。尽管面临这些挑战，但Inception_V3还是以其出色的准确性而脱颖而出。
水稻条纹病抗性可用于育种选择和品种特性评估......
水稻条纹病是一种由昆虫传播的病毒性疾病，不仅在日本，而且在东亚地区都造成了严重的损失。由于含有抗性基因的品种有助于控制这种疾病，因此需要快速识别抗性基因的技术。以往的生物测定方法不仅需要准确判断有无抗性的技术，还需要饲养带病毒昆虫和栽培试验植物的设备，因此近年来利用水稻条纹病抗性DNA标记选育抗性个体的育种已成为主流。鉴于此情况，从2023年起，水稻品种登记审查也将采用DNA标记进行特性评估。这里就分别介绍这两种情况下所使用的水稻条纹病抗性DNA标记。
盐胁迫对水稻根际土壤细菌群落的影响
盐分是限制沿海滩涂土地利用的首要因素，根际微生物在增强作物抗逆性方面发挥着至关重要的作用，对环境变化高度敏感。水稻（Oryza sativa L.）是盐渍土改良的首选作物。本研究通过高通量测序技术，对不同盐胁迫处理下水稻根际土壤微生物群落进行了研究。研究发现，盐胁迫改变了水稻根际土壤细菌群落多样性、结构和功能。盐胁迫显著降低了水稻根际土壤细菌群落的丰富度和多样性。盐胁迫下，细菌群落中绿弯菌门、变形菌门和放线菌门丰度较高，厚壁菌门、酸杆菌门和粘球菌门相对丰度降低，拟杆菌门和蓝藻门相对丰度增加。水稻根际土壤细菌群落功能主要有化学异养、好氧_化学异养、光能营养等，其中化学异养和好氧_化学异养NS3（基土中添加3‰NaCl溶液）处理显著高于NS6（基土中添加6‰NaCl溶液）处理。本研究为开发水稻专用耐盐微生物菌剂提供了理论基础，为利用有益微生物改善滨海盐渍土土壤环境提供了可行的策略。
基因组编辑的潜力从澳大利亚野生水稻亲戚那里捕获多样性
大米是全球的主食和模型作物，可以从野生亲戚的新遗传学引入新的遗传学中受益。在热带世界中，AA基因组基因组中的野生米与驯化的大米密切相关。由于其在驯化大米范围内的地方，澳大利亚野生水稻种群是稻米育种独特特征的潜在来源。这些水稻物种为改进提供了多种基因库，可用于抗压力，耐药性和营养品质等理想性状。但是，它们的特征仍然很差。The CRISPR/Cas system has revolutionized gene editing and has improved our understanding of gene functions.再加上对该物种的基因组信息的增加，可以通过基因组编辑技术来修饰澳大利亚野生水稻中的基因，从而生产新的家养。另外，可以将这些水稻物种的有益等位基因掺入培养的大米中，以改善关键特征。在这里，我们总结了澳大利亚野生水稻的有益特征，可用的基因组信息以及基因编辑的潜力发现和理解新等位基因的功能。此外，我们讨论了这些野生水稻物种的潜在驯化，以实现全球水稻生产的健康和经济利益。
利用基因编辑技术高效培育早熟水稻品种
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CRISPR/Cas9 基因组编辑技术用于水稻植株改良
传统育种基于现有的自然遗传变异，需要大量的回交计划来为优良植物添加理想的性状。然而，自然界中有益等位基因或遗传变异的可用性有限，无法通过这种方法进行利用（Manshardt 2004）。同时，通过随机诱变（物理、化学或生物突变）进行育种可以产生许多性状的突变和不良变化。这些突变的育种还必须通过对非常大且耗时的群体进行筛选来识别具有所需性状的突变体（McCallum 等人，2000 年）。突变育种通常发生的频率很低（占总突变的 0.1%）。同时，标记辅助育种通常非常昂贵，并且将标记与所需性状联系起来有时非常困难且耗时。植物基因工程将产生需要复杂的监管过程和耗时的要求以及昂贵的安全性分析的产品（Lusser 等人，2012 年）。
植物引物编辑器实现水稻细胞的精准基因编辑
基因组编辑正在彻底改变植物研究和作物育种。序列特异性核酸酶 (SSN)，例如锌指核酸酶 (ZFN) 和 TAL 效应核酸酶 (TALEN)，已用于产生位点特异性 DNA 双链断裂并通过促进同源定向修复 (HDR) 实现精确的 DNA 修饰 (Steinert 等人，2016 年；Voytas，2013 年)。后来，RNA 引导的 SSN，例如 CRISPR-Cas9、Cas12a、Cas12b 及其变体，已应用于植物基因组编辑 (Li 等人，2013 年；Nekrasov 等人，2013 年；Tang 等人，2017 年；Zhong 等人，2019 年；Ming 等人，2020 年；Tang 等人，2019 年)。然而，HDR 依赖于 SSN 和 DNA 供体的同时递送，这在植物中一直具有挑战性（ Steinert 等，2016； Zhang 等，2019）。在植物中实现高效 HDR 的另一个挑战是，在大多数细胞类型中，DNA 修复倾向于非同源末端连接（NHEJ）途径而不是 HDR（ Puchta，2005； Qi 等，2013）。与受供体选择和 DNA 修复机制限制的 SSN 诱导的 HDR 不同，近年来开发的胞苷或腺嘌呤碱基编辑器可以在原型间隔物中 3-8 个核苷酸靶向窗口内将 C 转换为 T 或将 A 转换为 G（ Komor 等，2016； Nishida 等，2016； Gaudelli 等，2017）。碱基编辑器虽然效率很高，但只能指导某些转换突变，而不能执行预定的颠换突变或插入和缺失 (indel)。在所有这些背景下，最近在人类细胞中开发所谓的引物编辑器 (PE) 方面取得的突破非常令人兴奋 ( Anzalone 等人，2019 )。在引物编辑中，Cas9H840A 切口酶与逆转录酶融合。融合蛋白在编辑 DNA 链上切口，通过引导到切口 DNA 并复制由引物编辑向导 RNA (pegRNA) 编码的遗传信息来启动逆转录。多功能的 pegRNA 是一种经过修饰的单向导 RNA (sgRNA)，其 3' 端携带逆转录 (RT) 模板和引物结合位点 (PBS) 或序列中的引物。与 HDR 不同，PE 不需要 DNA 供体。在某些目标位点，PE 似乎也比碱基编辑器更精确、更高效（Anzalone 等人，2019 年）。
评估水稻种植业的能源和水足迹以提高水资源生产率
水是地球上生命的重要元素之一。在全球范围内，农业、国内消费和工业三大部门争夺水资源。印度目前拥有世界第二大人口，并且印度的农产品净出口量可能还会继续增长。这些发展将导致农业部门在不久的将来对水的需求增加。水资源管理正在成为影响向不断增长的人口提供和分配本已稀缺的淡水的关键问题。关于用水量和水资源可用性的数据尚不可用，这对水资源的可持续管理和开发构成了挑战。因此，测量和量化能量足迹、水足迹和水平衡成分对于了解有效水管理系统的水文行为至关重要。本章的目的是讨论不同种植方式下水稻与其他作物的水足迹，并讨论与水管理和水平衡研究相关的关键挑战和问题，特别是在印度河流流域，以及研究水足迹和能量平衡成分的先进方法的必要性。全球稻米生产的水足迹为 784 立方米/年，平均值为 1325 立方米/吨。谷物的平均水足迹约为 1644 立方米/吨。其中，小米的水足迹相对较大（4478 立方米/吨），而玉米的水足迹相对较小（1222 立方米/吨）。不同的耕作制度和灌溉技术会导致水生产率不同，我们将对此进行讨论。水稻的平均水足迹（1673 立方米/吨）接近所有谷物的平均水足迹。印度有大约 20 个河流流域，目前它们是灌溉部门等许多部门的地表水和地下水来源。有必要对流域的水预算组成部分进行估算，以便合理利用水资源，因为印度的水资源和河流系统在不久的将来可能面临缺水局面。在本章中，我们讨论了可用于精确估算这些主要河流流域水量预算成分的现代工具、技术和模型，例如遥感、GIS 和水文模型（如 METRIC 和 SEBAL）。