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农杆菌介导的转化效率和...
摘要 四十年来，植物转化与再生技术不断发展。在水稻（Oryza sativa L.）中，农杆菌介导的转化方法利用成熟种子和未成熟胚在粳稻和一些籼稻品种中具有较高的转化效率。然而，这些方法在2010年以来华南地区开发的最新籼稻品种中转化效率较低。在本文中，我们通过基于CRISPR/Cas的基因组编辑和传统的过表达转化探索了优质高产籼稻品种南桂占（NGZ）的植物培养再生。我们以成熟种子和基因谷粒大小和数量1（GSN1）为例，比较了该品种与其他四个广泛使用的籼稻品种和一个粳稻品种的转化效率。我们观察到不同品种中过表达系的谷粒大小普遍较小，而基因编辑系的谷粒大小较大。 NGZ 表型使其成为研究基因功能的极佳模型。我们还研究了愈伤组织中单核苷酸多态性 (SNP) 的分布和再生相关基因的表达水平差异，可能揭示了 NGZ 在农杆菌介导转化中的优势来源。这些结果为 NGZ 在与谷物改良相关的基因编辑和过表达转化中的高级应用提供了启示，为“水稻育种 4.0 时代”做出了贡献。
OsPPR9 编码 DYW 型 PPR 蛋白，影响编辑效率
摘要 光合作用主要发生在叶绿体中，叶绿体的发育受核基因编码的蛋白质调控，其中五肽重复（PPR）蛋白参与细胞器RNA编辑。虽然水稻PPR蛋白家族有450多个成员，但目前只有少数蛋白被证明能影响水稻叶绿体中的RNA编辑。利用基因编辑技术创造新的水稻种质和突变体，可用于水稻育种和基因功能研究。本研究评估了OsPPR9在水稻叶绿体RNA编辑中的作用。利用CRISPR/Cas9技术获得的Osppr9突变体表现出叶片黄化和致死表型，与叶绿体发育相关的基因表达受到抑制，以及光合相关蛋白的积累。此外，OsPPR9 蛋白功能的丧失降低了 rps8 -C182、rpoC2 -C4106、rps14 -C80 和 ndhB -C611 RNA 编辑位点的编辑效率，从而影响水稻叶绿体的生长和发育。我们的数据表明，OsPPR9 在水稻叶片中高表达，并编码一个定位于叶绿体的 DYW-PPR 蛋白。此外，OsPPR9 蛋白被证明与 OsMORF2 和 OsMORF9 相互作用。总之，我们的研究结果为 PPR 蛋白在调控水稻叶绿体发育中的作用提供了新的见解。关键词：水稻 (Oryza sativa L.)，PPR 蛋白，叶绿体发育，RNA 编辑 1
大规模基因组和转录组测序分析揭示了植物中高活性腺嘌呤碱基编辑器诱导的突变景观
摘要背景：利用最近开发的 tRNA 腺苷脱氨酶 (TadA8e 和 TadA9) 改造的高活性腺嘌呤碱基编辑器 (ABE) 表现出强大的碱基编辑活性，但引发了人们对脱靶效应的担忧。结果：在本研究中，我们对 ABE8e 和 ABE9 诱导的水稻 DNA 和 RNA 突变进行了全面评估。对用四种 ABE（包括 SpCas9n-TadA8e、SpCas9n-TadA9、SpCas9n-NG-TadA8e 和 SpCas9n-NG-TadA9）转化的植物进行全基因组测序分析表明，含有 TadA9 的 ABE 导致更多数量的脱靶 A 到 G (A>G) 单核苷酸变体 (SNV)，而含有 CRISPR/SpCas9n-NG 的 ABE 导致水稻基因组中脱靶 SNV 总数更高。对携带 ABE 的 T-DNA 的分析表明，在 T-DNA 整合到植物基因组之前和/或之后可以引入靶向突变，在 ABE 整合到基因组之后会形成更多的脱靶 A>G SNV。此外，我们在 ABE 表达高的植物中检测到脱靶 A>G RNA 突变，但在 ABE 表达低的植物中未检测到。脱靶 A>G RNA 突变倾向于聚集，而脱靶 A>G DNA 突变很少聚集。结论：我们的研究结果表明 Cas 蛋白、TadA 变体、ABE 的时间表达和 ABE 的表达水平对水稻中的 ABE 特异性有影响，这为了解 ABE 的特异性提供了见解，并提出了除改造 TadA 变体之外增加 ABE 特异性的其他方法。
精准水稻抗病育种
摘要：水稻（Oryza sativa）是全球主要作物，为亚洲国家等人口提供了食物，但水稻却不断受到各种疾病的威胁，危及全球粮食安全。准确了解抗病机制对于开发抗病水稻品种至关重要。传统的遗传图谱方法，如QTL图谱，为了解疾病的遗传基础提供了宝贵的见解。然而，水稻疾病的复杂性要求采取整体方法才能准确了解它。组学技术，包括基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学，能够全面分析生物分子，揭示水稻植株内复杂的分子相互作用。使用多组学数据的各种图谱技术的整合彻底改变了我们对水稻抗病性的认识。通过将遗传图谱与高通量组学数据集叠加，研究人员可以精确定位与抗病性相关的特定基因、蛋白质或代谢物。这种整合提高了与疾病相关的生物标志物的精确度，让我们更好地了解它们在抗病中的功能作用。通过这种整合来改善水稻抗病育种代表着农业科学的重大进步，因为更好地了解抗病结构背后的分子复杂性和相互作用可以更精确、更有效地开发抗病和高产的水稻品种。在这篇评论中，我们探讨了绘图和组学数据的整合如何对提高水稻抗病性的育种产生变革性影响。
细胞外自身 DNA 诱导水稻根部局部生长抑制、调节活性氧产生和基因表达
胞外自身 DNA (esDNA) 抑制生长的能力正受到越来越多的研究关注，因为这可用于多种目的，包括开发特定的生物除草剂。虽然已经对几种双子叶植物的抑制作用进行了研究，但是对其在单子叶植物中的作用和随后的信号传导过程知之甚少。在本文中，我们测量了水稻 (Oryza sativa L.) 的生长情况，计算了侧根和冠根的数量，确定了绿度指数，量化了 O 2 .- 和 H 2 O 2 的产生，并确定了编码抗氧化酶 (SOD s 和 CAT s) 基因的表达，水稻是单子叶植物的模型植物。发芽 7 天后，水稻根系暴露于 0、75 和 150 µg cm -3 的 esDNA。结果发现，抑制作用与 esDNA 浓度呈负相关，这可以通过主根的长度来判断。有趣的是，这种负面影响只在直接暴露的器官（根部）中观察到，而在整个幼苗的芽长或鲜重中没有观察到。不同处理组的叶片绿度指数百分比和冠根和侧根数量也相似。然而，esDNA 暴露于根部会增加根部 O 2 .- 和 H 2 O 2 的产生。在分子水平上，这种反应的特点是抗氧化基因 SOD 3、CAT B 和 CAT C 表达减少。这些发现表明 esDNA 会局部抑制水稻生长，例如在经过处理的根部，这种反应包括增加 ROS 的产生和抑制抗氧化剂。这项研究可以作为确定浓度和暴露时间组合的基础，以显著抑制单子叶杂草的总生长，同时将对作物的影响降至最低。
揭示世界主要粮食作物抗寒机制的进展和机遇
日益加剧的气候波动威胁着世界粮食安全，因为这些是限制农业生产的非生物和生物胁迫的主要驱动因素（Rosenzweig 等人，2014 年）。非生物胁迫，例如过冷或过热、降水或干旱以及土壤盐分或钠化，是植物在应对气候变化时经历的一些最常见的胁迫类型（Ashraf 等人，2018 年；Barmukh 等人，2022 年；Soren 等人，2020 年；Varshney、Barmukh 等人，2021 年）。温度波动，尤其是极寒天气，可能导致小麦（Triticum aestivum）、水稻（Oryza sativa）和玉米（Zea mays L.）等主要谷类作物遭受寒害。这些作物要么天生不适应这种寒冷条件，要么没有专门为这种寒冷条件培育（Dolferus，2014；Janksa 等人，2010；Solanke 等人，2008）。在零度以下的条件下，细胞内或细胞外都会形成冰晶，生物膜通透性会发生变化，并产生活性氧 (ROS)。这些变化导致了一系列症状，例如发芽困难、幼苗活力下降或生长受阻、叶片变小、叶片变黄枯萎、分蘖减少、根系增殖不良、植物水分关系紊乱、养分吸收受阻、抽穗过早、种子败育增加、种子大小减小，从而导致产量下降 (Andaya &, Tai 2006 ; Hassan et al., 2021 ; Li et al., 2015 ; Oliver et al., 2002 ; Wang et al., 2013 )。
稻米亚种和japonica之间形态学特征和全基因组表达模式的区分
摘要：基因表达模式的变化会导致形态特征的变化。这种现象在最近的进化事件（例如农作物驯化和对环境压力的反应）中尤为明显，在这种情况下，表达水平的改变会产生驯养的综合症和适应性表型。大米（Oryza sativa L.）是世界上最关键的谷物作物之一，包括两个在形态上不同的亚种，Indica和Japonica。为了研究这两个水稻亚种之间的形态差异，本研究在相同的培养条件下，总共种植了Indica和Japonica的315个Landrace个体。在这项研究中测得的16个定量性状中，有12个在亚种之间表现出显着差异。为了在整个基因组序列水平上确定Indica和Japonica之间的遗传差异，我们使用包含95个水稻Landrace配件的重新方便的数据集构建了系统发育树。样品形成了两个主要组，它们整齐地对应于两个亚种Indica和Japonica。此外，基于跨五个不同组织的有效表达基因（EEG）的表达量，将12个代表性样本分为两个与两个亚种对齐的主要进化枝。这些结果表明，全基因组表达水平的差异在非压力条件下进行稳定选择，表达水平的进化趋势反映了序列变化水平。这项研究进一步支持了全基因组表达调节变化在两个水稻亚种的差异中的关键作用。
CRISPR/CAS9介导的基因编辑在作物植物中的非生物压力管理
日益增加的气候波动威胁到世界粮食的确定性，因为这是限制农业生产的非生物和生物压力的主要驱动因素（Rosenzweig等，2014）。的非生物应力，例如过度冷或热，降水或干旱的发作以及土壤盐度或苏迪克，代表了植物在气候变化中经历的一些最常见的压力（Ashraf et al。，2018; Barmukh et al。，2022; Soren等，2020; Soren et al。，2020; Varshey; Varshey，Barmuke，barmukh et al a al al a al an a al a al a al an a al a al。温度波动，尤其是极度冷的发作，可能导致主要谷物作物（例如小麦（Triticum aestivum），大米（Oryza sativa）和玉米（Zea Mays L.））的寒冷损伤。这些农作物不是自然地适应或未专门为这种冷条件而繁殖（Dolferus，2014； Janksa等，2010； Solanke等，2008）。在零下条件下，冰晶体的形成，生物膜的渗透性改变以及细胞内或细胞外的活性氧（ROS）的产生。These changes result in a combination of symptoms like poor ger- mination, reduced seedling vigor or stunted growth, reduced leaf size, leaf yellowing and withering, reduced tillering, poor root proliferation, disturbed plant water relations, impeded nutrient uptake, premature heading, increased seed abortion, and reduced seed size leading to reduced yield (Andaya &, Tai 2006 ; Hassan et al., 2021 ; Li et Al。，2015年； Oliver等人，2002年；
在水稻中管理棕叶斑
双极性or蛋蛋白是一种严重的子宫菌病原体，负责大米的棕色叶斑，导致数量和质量的产量损失很大。这种疾病在全球范围内普遍存在，影响大多数水稻种植地区，并对许多生产大米的国家具有历史意义。病原体可以在任何生长阶段感染大米，表现出各种植物部分的症状。最初的症状看起来像小，圆形，深棕色至紫色的斑点，可以发展为带有浅棕色至灰色中心的圆形或椭圆形病变，最终导致脱落的边缘。尽管化学杀菌剂提供了一定的控制，但它们通常对环境和人类健康产生不利影响。杀菌剂，例如carbendazim，丙吡啶唑，M-45和Ridomil，在控制该疾病方面表现出不同程度的疗效，合成杀真菌剂显示出最高的有效性，可实现高达100％的抑制作用。可以防止致病机制定植，降低致病性和增强植物免疫反应的生物学剂，已被分析为最环保的疾病控制替代方法。尽管Oryzae的全球意义具有全球意义，但关于生物防治药物，微生物组工程，患病率，遗传多样性以及与产量损失相关的协同应用的全面数据有限。需要进一步的研究来解决这些知识差距并增强疾病管理策略。关键词：生物防治，化学控制，疾病症状，病原体可变性，管理，水稻产量。简介稻米（Oryza sativa L.）是全球粮食安全的基石，为世界一半以上的人口提供了必不可少的营养。作为全球第二大农作物，米饭是关键
用于作物改善和未来农业的基因组工程
到2050年，人口预计将达到100亿（粮农组织，2017年）。我们这个时代的一个主要挑战是学习如何养活扩大的人口并成功地做到这一点。主要是由于绿色革命和植物育种技术的进步，目前的作物产量可以为大多数人口提供足够的食物。然而，由于气候变化和可耕地的可用性有限，作物产量似乎正在稳定，甚至在下降。为了养活100亿人口的全球人口，需要增加60％的生产率（Springmann等，2018）。因此，提高农业生产力和可持续性对整个世界至关重要。迫切需要在作物生产中的科学突破和技术创新，以确保未来的全球粮食安全。遗传变异是农业改善的基础。植物育种的目的是创建和利用这些遗传量。在植物育种的悠久史上（Hickey等，2019），已经使用了四种主要技术：通过基因组编辑，跨育种，突变育种，转基因育种和育种（Chen等，2019；图1）。传统的植物育种（交叉繁殖）涉及植物的靶向穿越，以通过性重组结合理想的特征，在改善农业生产力方面发挥了重要作用。但是，由于杂交只能用于引入亲本基因组中已经存在的特征，因此精英生殖限制的遗传变异性低从1950年代后期开始的第一次绿色革命来阐明这种策略，其中“矮人”的基因突变被繁殖到主要的主食作物中，例如小麦（Triticum aes-ees-tivum）和稻米（Oryza sativa），以获得高品种的品种（Khhush，2001年）。