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小麦籽粒膳食纤维的遗传改良
小麦（Triticum aestivum）是全球重要的粮食作物，含有碳水化合物以及其他重要营养成分，如蛋白质、少量脂质、维生素、矿物质以及植物化学物质[1]。膳食纤维是碳水化合物低聚物和聚合物，它们不易被人体小肠消化吸收，从而导致在人体大肠中部分或完全发酵[2]。全麦谷物含有9%到20%的膳食纤维，膳食纤维的主要成分是细胞壁多糖，主要是阿拉伯木聚糖和（1,3；1,4）-β-D-葡聚糖（β-葡聚糖），分别占总膳食纤维的约70%和20%[3]。此外，小麦粒中的膳食纤维还含有抗性淀粉，这种淀粉在小肠中不被消化，能够相对不变地到达大肠和结肠[4]。
多目标基因组编辑降低小麦（Triticum aestivum L.）籽粒中的多酚氧化酶活性
本预印本的版权所有者（此版本于 2023 年 6 月 1 日发布。；https://doi.org/10.1101/2023.05.30.542859 doi：bioRxiv preprint
CRISPR 介导的顺式调控启动子编辑......
开发高产营养水稻是缓解发展中国家微量营养素缺乏问题，特别是涉及锌和铁 (Fe) 缺乏的人类营养不良问题，并实现更好应用的一种方法。Fe 和 Zn 等微量营养素的运输主要通过烟胺合酶 (OsNAS) 基因家族调控，而产量是一种涉及多个基因座的复杂性状。通过 CRISPR (成簇的规律间隔的短回文重复序列)-Cas9 进行基因组编辑，重点关注 OsNAS2 启动子，特别是删除位置 -933 处的顺式调控元件 ARR1AT，以增强籽粒和单株植物中 Zn 的积累。结果表明，我们的启动子编辑增加了单株植物的 Zn 浓度。证据还表明，每个主穗的小穗数量增加可导致单株籽粒增加。这些性状在“无转基因”和纯合植物后代中遗传。需要进行进一步研究来验证田间条件下的性状表现并阐明小穗增加的原因。
通过编辑缺乏自然变异的硫代葡萄糖苷转运蛋白基因来增强油菜育种
亲爱的编辑，当前遗传学研究的一个主要挑战是通过正向遗传学方法识别具有罕见或没有遗传变异的基因的功能，例如种质资源中的数量性状基因座定位和关联研究，特别是在多倍体作物中，研究重复基因的功能分化非常困难。在这里，我们报道了一个在硫代葡萄糖苷运输中发生罕见突变的致病基因，并创建了一种低种子硫代葡萄糖苷基因型，用于多倍体油菜的品质和抗性育种，油菜是全球第二大食用油和蛋白粕来源。硫代葡萄糖苷是众所周知的次级代谢产物，在植物防御疾病和昆虫以及人类营养/健康方面具有重要的生物学和经济作用，例如抗癌作用（Sønderby 等，2010）。然而，高种子粕硫代葡萄糖苷会导致甲状腺肿和其他有害影响。因此，20 世纪中叶开始了“双低”（低籽粒硫代葡萄糖苷和低芥酸含量）油菜育种，大大降低了籽粒硫代葡萄糖苷含量，从 0.100 m mol g –1 降低到 5.30 m mol g –1。
调控水稻产量和品质的丙酮酸激酶（PK）基因家族的全基因组分析和功能表征
摘要：丙酮酸激酶（PK）是糖酵解三大限速酶之一，在能量代谢中起着至关重要的作用。本研究从水稻基因组中鉴定了10个PK基因。最初，这些基因被分为两类：细胞质丙酮酸激酶（PKc）和质体丙酮酸激酶（PKp）。随后，表达分析发现OsPK1，OsPK3，OsPK4，OsPK6和OsPK9在籽粒中高表达，并且PK可以形成杂聚物。此外，研究还发现脱落酸（ABA）显著调控水稻中PK基因（OsPK1，OsPK4，OsPK9和OsPK10）的表达。有趣的是，所有这些基因都参与了水稻籽粒品质和产量的调控。例如，破坏 OsPK3 、OsPK5 、OsPK7 、OsPK8 和 OsPK10 以及破坏 OsPK4 、OsPK5 、OsPK6 和 OsPK10 分别降低了千粒重和结实率。此外，通过 CRISPR/Cas9 系统破坏 OsPK4 、OsPK6 、OsPK8 和 OsPK10 后，与野生型相比，总淀粉含量增加，蛋白质含量降低。同样，操作 OsPK4 、OsPK8 和 OsPK10 基因会增加直链淀粉含量。同时，除 ospk6 外，所有 CRISPR 突变体和 RNAi 系的谷粒与野生型相比，垩白率均显著增加。总体而言，这项研究描述了PK基因家族所有基因的功能，并展示了它们在改善水稻产量和品质性状方面的尚未开发的潜力。
CRISPR/Cas9 介导的 Tamyb10 修复，以创造收获前抗发芽红小麦
小麦收获前发芽（PHS）会降低产量和籽粒质量，几乎在世界各地的小麦种植区都会发生（Vetch 等，2019）。一般而言，红粒小麦品种比白粒小麦品种对 PHS 的耐受性更强（Himi 等，2011）。此外，籽粒外皮的红色色素中含有原花青素，其抗氧化活性和自由基清除能力具有促进健康的功效。因此，培育优良红粒小麦品种是培育高产优质小麦的重要目标。R2R3-MYB 是植物中最大的转录因子家族之一，在调节植物发育、代谢和逆境反应中起着至关重要的作用。六倍体小麦的 R2R3-MYB 转录因子 Tamyb10 可激活黄酮类化合物生物合成基因，从而决定小麦粒的红色，并影响 PHS（Himi et al.，2011）。在大多数白小麦品种中，Tamyb10-A1a、Tamyb10-B1a 和 Tamyb10-D1a 基因存在大面积插入或缺失，从而破坏了 IRTKAL/IRC 基序和调控功能（Himi et al.，2011）。在 Tamyb10 基因中，Tamyb10-B1a 等位基因在近 88.6% 的面包小麦品系中发生 19 bp 的缺失；该缺失导致开放阅读框移码，并破坏了所产生的蛋白质（Dong et al.，2015；Himi et al.，2011）。鉴于 CRISPR/Cas9 诱导的突变通常在特定靶位点处为 +1/1 bp 插入/缺失 (Zhang et al., 2014 , 2016 )，我们可以恢复 Tamyb10-B1a 等位基因内的移码突变（由 19 bp
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简介：多酚氧化酶 (PPO) 是一种双活性金属酶，可催化醌的产生。在植物中，PPO 活性可能有助于抗生物胁迫和次生代谢，但对食品生产商来说是不利的，因为它会导致产品在收获后加工过程中变色和风味特征发生变化。在小麦 (Triticum aestivum L.) 中，在碾磨过程中从谷物的糊粉层释放出的 PPO 会导致面粉、面团和最终产品变色，从而降低其价值。同源组 2 染色体上的 PPO1 和 PPO2 旁系同源基因的功能丧失突变导致小麦粒中的 PPO 活性降低。然而，有限的自然变异和这些基因的接近性使得通过重组选择极低 PPO 小麦品种变得复杂。本研究的目标是编辑 PPO1 和 PPO2 的所有副本，以大幅降低优良小麦品种中的 PPO 籽粒活性。
2021 年年度报告
在植物功能基因组学领域，褚成才研究组对多种水稻地方品种的NUE相关性状进行了评估，并通过GWAS鉴定了OsTCP19启动子中与分蘖对氮的反应（TRN）相关的变异，表明OsTCP19在适应不同地理区域局部土壤条件下发挥的重要作用（Liu et al., Nature , 2021）。左建如研究组证明了Ghd7和ARE1的优良等位基因组合在低氮条件下提高了NUE和籽粒产量，定义了基于Ghd7–ARE1的氮利用调控机制，为水稻NUE的遗传改良提供了有用的靶点（Wang et al., Mol Plant , 2021）。王永红研究组与合作者描述了造成水稻GNP多样性的新型遗传变异，揭示了调控农学重要基因表达的潜在分子机制，并为通过操纵含有顺式调控元件的IR序列来提高水稻产量提供了一种有希望的策略（Wu et al., Mol Plant , 2021）。姚善国研究组与合作者揭示了LARGE2- APO1/APO2模块介导控制水稻穗大小和粒数的新型遗传和分子机制，表明该模块是改良作物穗大小和粒数的一个有希望的靶点（Huang et al., Plant Cell , 2021）。
PDF：从土壤中获得的梭形溶菌杆菌的分离和诊断及其作为小麦作物生物肥料的用途
这项研究由伊拉克农业部植物保护局开展，旨在了解在小麦品种 IPA-99 中添加植物生长促进微生物 (PGPM)（巴西安氏螺旋菌、梭形赖氨酸芽孢杆菌、鹰嘴豆根瘤菌 CP-93、荧光假单胞菌、巨大芽孢杆菌和哈茨木霉）作为生物肥料与 25% 矿物肥料的效果。实验室研究包括分离和鉴定赖氨酸芽孢杆菌，该菌在体外与这些微生物之间没有拮抗作用。研究结果表明，T2处理在大多数性状中均表现优异，包括分蘖数（4.00 分蘖株 -1 ）、穗长（10.50 cm）、每穗小穗数（19.50 小穗穗 -1 ）、百粒重（3.50 g）和每穗粒数（35.43 粒穗 -1 ）。该处理在籽粒氮含量（4.870%）、磷含量（1.943%）、钾含量（4.156%）和蛋白质含量（30.43%）等方面也表现出色。除生物产量特性（处理T5（62.30 g株 -1 ）优于处理T1（23.10%））和收获指数（处理T2）外，T2优于所有处理。但是，它们与处理T2之间并无显著差异。关键词：小麦、梭形芽孢杆菌、生物肥料、PGPM、生长和产量性状 主要发现：梭形芽孢杆菌作为生物肥料处理，结合 25% 的推荐矿物肥料剂量，显著提高了小麦的生长和产量参数。此外，生物肥料还增加了小麦植株中 NPK 的利用率。
开发具有 Swarna 特性的高产水稻品种...
安得拉邦贡土尔阿查里亚 NG 兰加农业大学 Maruteru 区域农业研究站 (RARS) 开发了一种超级水稻品种 Swarna。Swarna 是一种采用谱系育种法开发的籼稻品种。该品种源自 Vasista 和 Mahsuri 的杂交，全球种植面积近 500 万公顷（Merugumala 等人，2019 年）。该植物为半矮生，直立株型，穗型发达，株高 90-110 厘米，每平方米 250-260 个穗，叶子深绿色，成熟期为 145-150 天。该品种无芒，尖穗呈黄色，容重为 21.5 克。籽粒长 5 毫米，宽 2.46 毫米。 Swarna 的白色谷粒的脱壳、碾磨和整精米回收率分别为 78%、68% 和 65%。该品种的碱扩散值为 4，直链淀粉含量为 24.5%。该品种的一个重要表型标记是壳，颜色为金黄色。谷粒偶尔出现白垩质。该品种的平均产量为 5.5 吨/公顷。该品种抗细菌性叶枯病 (BLB)。然而，它具有中等抗倒伏性、中等早期幼苗活力、中等根系结构和高氮磷利用效率。该品种的谷粒短而粗，直链淀粉含量中等。由于该品种在低投入管理下具有高产量，农民广泛采用该品种。Swarna 水稻品种通常在雨养和灌溉条件下种植。该品种在不同环境下表现出更高的缓冲能力（Mohapatra 等人，2021 年）。