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![高通量 CRISPR/Cas9 诱变简化玉米性状基因识别[OPEN]](/simg/g:\will\search\icon\source\2\2f10bf92fd3f26433701798d1c7b2db89ccc2423.webp)
高通量 CRISPR/Cas9 诱变简化玉米性状基因识别[OPEN]
ORCID编号：0000-0001-7717-893X (H.-JL)； 0000-0001-6234-9265（左翼）； 0000-0001-5664-2975（JX）； 0000-0003-2291-1836（喀山）； 0000-0002-5036-9426 (马萨诸塞)； 0000-0002-1034-2771 (MJ)； 0000-0002-5379-4348（黄页）； 0000-0003-0295-6594（Y型）； 0000-0002-3176-739X（BH）； 0000-0002-1129-9584（JL）； 0000-0003-4725-238X (FG)； 0000-0002-4498-7412 (加大)； 0000-0003-0380-8104（左）； 0000-0003-4105-9693（全球）； 0000-0003-1992-1857 (YD)； 0000-0002-8532-6450（XY）； 0000-0001-6803-2672 （ZL）； 0000-0003-0618-4640 (Mi.Z.)； 0000-0001-9903-0629（日本）； 0000-0001-9751-7679（MB）； 0000-0001-5080-4478（WS）； 0000-0001-9095-7110 (HC)； 0000-0001-9821-3829 (XS)； 0000-0002-1046-7902（西联）； 0000-0002-0183-5574 (Y.卢)； 0000-0001-8988-3644 (刘Y.)； 0000-0002-5538-7236（江苏）； 0000-0002-7062-3495 (YQ)； 0000-0002-4269-7649 （DJ）； 0000-0001-9000-335X (ARF)； 0000-0001-8650-7811 (Jianbing Y.)
基因型组合驱动玉米/BeanIntercropping系统根际的微生物组配置的变异性
摘要：在间隔系统中，谷物和豆类之间的相互作用是由地下结构的互补性及其与土壤微生物组的相互作用强烈驱动的，这会提出一个基本的查询：不同的基因型可以改变根源微生物社区的构型？为了解决这个问题，我们进行了一项现场研究，探测了间作和多样的玉米（Zea Mays L.）和Bean（菜豆射手L.，Chaseolus coccineus L.）基因型组合的影响。通过从根际样品中细菌16S rRNA基因的扩增子测序，我们的结果表明，间编写条件会改变根际细菌群落，但是这种影响的程度基本上受到特定基因型组合的影响。总体而言，间作允许募集独家细菌物种并增强社区的复杂性。尽管如此，玉米和豆类基因型的组合决定了两个不同的群体，这些群体具有较高或较低的细菌群落多样性和复杂性，这些群体受到相关的特定豆系的影响。此外，间作玉米线在募集细菌成员的倾向上表现出不同的倾向，其响应性线更敏感，显示出与特定微生物的优先相互作用。我们的研究最终表明，基因型对根际微生物组有影响，并且针对两种物种的仔细选择基因型组合对于在间隔中实现兼容性优化至关重要。
在墨西哥Yaqui Valley的盐水的F1玉米杂种初步选择1
摘要：杂交作为盐度耐受性的玉米育种计划的一部分，可以有助于提高盐水的盈利能力，并减轻盐胁迫对植物的有害影响。本研究旨在评估从基于Griffing的方法I获得的42个F1混合体的生理和谷物产量性能，以开发最佳杂种的初步选择，用于中等盐水，以用于中等盐水，以在墨西哥Yaqui Valley，墨西哥Yaqui Valley中进行未来的研究。这些杂交在适度的盐水条件下，在晶格（7×7）设计中具有四个复制。与植物气体交换有关的六个变量，并评估了谷物产量。ANOVA，当杂种之间发现显着差异时，通过Tukey的事后测试比较了平均值，为1％。Pearson相关性均在所有变量之间估计。大多数变量表现出统计差异，除了叶绿素含量和归一化差异植被指数（NDVI）外。变量中的差异最大的光合作用，蒸腾，用水效率和气孔电导揭示了中等盐度条件下杂种内的遗传变异性。这些结果使我们能够提出具有较高光合作用的混合体（> 27 µmol CO 2 m -2 s -1），中等蒸腾作用（2-3 µmol H 2 O M -2 S -1），高水利用效率（> 8 µmol CO 2 µmol CO 2 µmol H 2 µmol H 2 O M -2 S -2 S -1）和高率（s seline for Selire for Seleter），以适用于SALINE（s）。
运输基础设施对玉米和木薯供应链的潜在影响
摘要农业供应链在支持非洲的粮食安全方面起着至关重要的作用。但是，高分辨率供应链信息通常不可用，这阻碍了我们确定哪些粮食供应链中哪些干预措施的能力，最能提高粮食安全。在这项研究中，我们开发了赞比亚必需主食的高分辨率供应链模型，旨在估算运输基础设施的改善将如何影响粮食安全。具体来说，我们模拟了赞比亚的玉米和木薯的地区每月消费，贸易流量以及储存。然后，我们进行了一项反事实案例研究，其运输成本较低，发现降低交易成本会导致净净农业收入和净支出总额。这些结果表明，运输投资对供应商比对消费者更有益，这对小农业农业的家庭粮食安全有影响。我们的研究强调了基础设施投资提高粮食安全的潜力。
利用非整合型Wus2载体增强玉米转化和定点诱变
摘要：高效的遗传转化是快速进行基因功能分析和作物性状改良的先决条件。我们最近证明，使用我们的快速农杆菌介导转化方法，具有 NptII /G418 选择和兼容辅助质粒的新型 T-DNA 双元载体可以有效地转化玉米自交系 B104。在这项工作中，我们实施了非整合型 Wuschel2 (Wus2) T-DNA 载体方法进行农杆菌介导的 B104 转化，并测试了其对难转化自交系 B73 转化和基因编辑的潜力。非整合型 Wus2 (NIW) T-DNA 载体辅助转化方法使用两株农杆菌菌株：一株携带目的基因 (GOI) 构建体，另一株提供 NIW 构建体。为了监测 Wus2 与玉米基因组的共整合，我们将由强组成型启动子驱动的玉米 Wus2 表达盒与新的可见标记 RUBY 相结合，后者产生紫色色素甜菜碱。作为 GOI 构建体，我们使用之前测试过的 CRISPR-Cas9 构建体 pKL2359 进行 Glossy2 基因诱变。当 GOI 和 NIW 构建体都由 LBA4404Thy 菌株递送时，B104 转化频率显著提高了约两倍（10% vs. 18.8%）。重要的是，我们能够使用 NIW 辅助转化方法转化顽固性自交系 B73，并通过省略选择剂 G418 获得了三株无转基因编辑植物。这些结果表明，NIW 辅助转化可以提高玉米 B104 转化频率，并为 CRISPR 技术用于无转基因基因组编辑提供一种新选择。
花粉自我消除 CRISPR-Cas 基因组编辑可防止玉米中转基因花粉的传播
利用成簇的规律间隔短回文重复序列 (CRISPR)-CRISPR 相关核酸酶 (Cas) 介导的技术进行基因组编辑，彻底改变了基础植物科学和作物遗传改良 ( Chen et al., 2019 )。CRISPR-Cas 盒的稳定遗传转化是植物体内基因组编辑的主要方法。在许多有性生殖植物中，一个主要问题是转基因元件通过花粉传播 ( Devos et al., 2005 )。玉米 ( Zea mays L. ) 是一种典型的异交作物，每株植物可产生多达 200 万至 500 万个花粉粒 ( Goss, 1968 )，由于风传播，建议隔离距离为 200 米 ( Ma et al., 2004 )，甚至由于蜜蜂等昆虫的觅食，隔离距离可超过 3 公里 ( Danner et al., 2014 )。之前报道的使用自杀转基因的策略有效杀死了 T 0 植物产生的含有 Cas9 转基因的未成熟胚和花粉，并产生了无转基因的编辑 T 1 植物 ( He et al., 2018 )。特别是对于无性繁殖植物，该技术解决了去除转基因成分的难题，因为通过减数分裂重组和分离去除转基因成分是不可行的。然而，基因组编辑有许多有用的应用，这些应用需要将 Cas 转基因保留在植物中，包括 RNA 引导的 Cas9 作为体内靶标突变体（ Li 等人， 2017 ）和单倍体诱导偶联编辑（ Kelliher 等人， 2019 ； Wang 等人， 2019 ），通过使用 cenh3- 无效突变体作为雌配子体（ Ravi and Chan， 2010 ）。在本文中，我们提出了 PSEC，它可以防止花粉转基因从含有花粉自杀盒的 T-DNA 的植物中扩散，该 T-DNA 位于特定的单向导 RNA 和 Cas 盒旁边。同时，PSEC 仍然可以通过雌配子遗传到下一代，并且还保留 CRISPR-Cas 基因编辑活性。通过有性杂交，它以反式方式在杂交亲本基因组中诱导有效的靶突变，以用于育种应用。
玉米转化：从植物材料到释放基因修饰和编辑的品种
在过去的几十年中，植物生物技术的进步允许开发转基因的玉米品种，这些品种显着影响了农业管理并改善了全球的谷物产量。迄今为止，转基因的品种占世界玉米培养区域的30％，并结合了除草剂，昆虫和疾病耐药性，非生物胁迫耐受性，高产量和提高的营养质量等性状。玉米转化是转基因玉米发展的先决条件，不再是主要的瓶颈。使用形态调节剂的方案已显着发展，以增加转化频率和基因型独立性。使用稳定或瞬态表达和组织培养方法的新兴技术，例如使用RNA引导的内核酸酶系统作为一个体内所需的靶标的突变器，同时双倍型产生和编辑/单倍倍倍倍型诱导者介导的基因组介导的基因组编辑和plulen presection sextres sextress sex sepress，本综述总结了玉米转换方案，技术和应用的重大进展，并讨论了当前状态，包括针对特征发展的管道以及与当前和未来的基因和遗传修改和遗传编辑的玉米品种有关的调节问题。
看到的是：可视化工具箱，以提高玉米基因组编辑的选择效率
CRISPR/CAS9基因编辑的新兴和有希望的生物技术方法正在彻底改变作物的改善。然而，在转化或之后或之后的正面选择，较低的及时性和劳动力的性质以及随后对突变的识别是其农业应用的主要挑战，是从上游（高发射）突变体筛选到下游商业商业生产（He and Zhao，Zhao，2020）。尽管已使用视觉标记，尤其是包括绿色荧光蛋白（GFP）和红色荧光蛋白（RFP）的荧光标记，已被用于快速可视化转基因材料（Qi等人，2020年）（2020年）（2020年），但成本效益和非侵蚀性crispr-secr-dectr-decration and Crist-crist crist-crist-defty Gene and noff Chromient in Infandy in Infcantion工具仍在其中，其构成的工具是其构成的工具。 （Callaway，2018年）。此外，需要特殊的光源来可视化荧光信号，这增加了荧光标记物的应用成本和不便，尤其是在领域条件下。我们开发了一个可视化工具箱，即Vimebox（Visual Maize Editing Toolbox），用于选择玉米（Zea Mays）中的正变换体。在Vimebox系统中，表达Cas9的矢量包括一个基因盒，该盒子包含从组织特异性启动子表达的可见标记物；通过可见标记易于分离的无CAS9核也正在经过基因编辑。vimebox提供了两个优点：（i）它可以增强dsred2的表达，这使得含有cas9的种子在自然光中可见，并且不会影响基因组编辑的效率或植物的发展。（ii）它对不同种子组织有效，例如，使用特异性启动子或启动子优先表达在胚胎或核龙中。此外，Vimebox在不同的其他场景中还具有潜在的应用。
玉米杂交种性能和品系配合力的基因组预测
玉米育种中最重要的两项活动是开发具有高一般配合力 (GCA) 和特殊配合力 (SCA) 值的自交系，以及鉴定具有高产量潜力的杂交种。基因组选择 (GS) 是一种很有前途的基因组工具，可根据从基因组预测 (GP) 估算的基因组估计育种值对未经测试的育种材料进行选择。在本研究中，进行了 GP 分析，以在三个玉米品系逐个测试试验中估计杂交种、GCA 和 SCA 的谷物产量 (GY) 表现，其中所有材料在 10 到 11 个多地点试验中进行了表型分析，并使用中密度分子标记平台进行了基因分型。结果表明，在模型的所有试验中，包括品系和测试者的加性效应，对杂交种表现的预测能力范围为 0.59 到 0.81。在同时包含加性和非加性效应的模型中，杂交种性能的预测能力得到了提高，所有试验的范围为 0.64 至 0.86。GY 的 GCA 预测能力较低，在仅包含自交系的模型的所有试验中范围为 0.14 至 0.13；在同时包含自交系和测试者的模型的所有试验中，GY 的 GCA 预测能力得到了提高，范围为 0.49 至 0.55，而 GY 的 SCA 预测能力在所有试验中均为负值。测试者之间的 GY 预测能力从 0.66 到 0.82 不等；测试者之间的杂交种性能很难预测。GS 提供了基于分子标记信息预测新杂交种性能和新自交系的 GCA 的机会，通过对更少的多地点试验进行表型分析，可以大幅降低总育种成本。 2021 中国作物学会和中国农业科学院作物科学研究所。由 Elsevier BV 代表科爱传播有限公司制作和托管。这是一篇根据 CC BY-NC-ND 许可协议开放获取的文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。
通过自动微生物和玉米（Zea Mays）的植物降解的石油污染土壤修复和生物降解
摘要：生物学方法目前是从土地上去除有害物质的最常用方法。这项研究工作着重于对石油污染土地的修复。研究了脂肪液烃和PAHS的生物降解，因此研究了生物放射B1和B2的结果。生物制备B1是根据自毒细菌开发的，由菌株Dietzia sp。in118，gordonia sp。in101，53 In Mycolicibacterium frederiksbergense，119 In119 In rhodococcus erythropolis，113 In113和Raoultella sp。in109，而生物制剂B2富含真菌，例如sydowii，asspergillus versicolor，candida sp。，cardosporium halotolerans，penicillium chrysogenum。由于在接种生物制备B1的土壤下进行的生物降解测试的结果，TPH和PAH的浓度分别降低了31.85％和27.41％。用生物制备B2的土壤接种b2更有效，因此TPH的浓度降低了41.67％，PAH降低了34.73％。另一个问题是使用Zea Mays的预处理G6-3B2土壤的植物修复。测试是在三个系统（系统1-Soil G6-3B2 + Zea Mays; System 2-Soil G6-3B2 +生物制品B2 + Zea Mays; System 3-SOIL G6-3B2 + BIPGA-PGA + ZEA MAYS）持续6个月。在系统3中获得了最高程度的TPH和PAH降低，分别为65.35％和60.80％。使用Phytotoxkit TM，Ostracodtoxkit TM和Microtox®在非接种系统1中记录了最低的植物修复效率，其中TPH的浓度降低了22.80％，PAH降低了18.48％。