气候变化是全球粮食安全的主要威胁。气候变化会直接影响粮食系统,降低作物及其野生近缘种的产量和遗传多样性,从而限制未来培育优良品种的选择,降低作物适应未来挑战的能力。预计未来十年全球地表温度将平均上升 0.3 摄氏度,而《巴黎气候协定》旨在将全球变暖限制在平均 2 摄氏度以下,最好是与工业化前水平相比 1.5 摄氏度。即使《巴黎气候协定》的目标能够实现,预计的气温上升也会增加极端天气事件(包括热浪)发生的可能性,使热应激 (HS) 成为许多作物的主要全球非生物应激因素。热应激在植物营养和生殖发育的所有阶段都会对植物的形态、生理和生物化学产生不利影响。在果菜中,即使是适度的热应激也会降低果实结实率和产量,高温可能会导致果实质量不佳。在本综述中,我们强调了非生物胁迫(尤其是高温胁迫)对番茄等作物的影响,涉及决定植物生长和产量的关键过程。具体来说,我们研究了耐热性所涉及的分子机制以及开发耐热番茄品种的挑战。最后,我们讨论了一种有效提高蔬菜作物耐热性的策略。
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)。
内生细菌存在于植物根部,有益于植物生长。该研究旨在评估内生细菌联合体在促进香蕉植株生长方面的应用,并确定在香蕉植株生长过程中最大程度地帮助营养利用的基因。将一个月大的香蕉植株浸泡在 500 毫升内生细菌悬浮液中一小时,接种疫苗。在印度尼西亚艾资哈尔大学的温室中进行了为期 40 天的体内观察,在此期间计算了形态和生理生长情况。结果显示,对照植株的生长速度低于用内生细菌处理的植株。使用内生细菌可促进香蕉植株的生长,叶长、叶宽、植株高度和叶绿素水平均有所改善。此外,对用 Cytobacillus depressus、Bacillus stratophericus 和 B. mycoides 处理的香蕉植株进行半定量分析,发现了对生长有显著贡献的基因。这些基因包括WRKY33、Ma03_92660、Ma01_901890、Ma04_936790和Pho-1,2,从实验第28天开始表现出最高表达水平。
Micro-Tom 芽的突变率为 100%,而 AC 芽的突变率仅为 42.9%。与 Micro-Tom 不同,AC 编辑植物未报告产生单性结实果实(Tran 等人,2021 年;Ueta 等人,2017 年)。表 1 和表 2 表明,在测试的 ET 系群体中,转化和编辑效率都存在很大差异。虽然其中一些系具有相同的亲本来源,但它们的外来构建体采用潜力水平并不相同。值得注意的是,在 ET5 和 ET8 等优良系中,使用 pANT1ox 质粒和 pEG-IAA9 的转化效率密切相关(表 1 和补充表 1)。ET5 平均每个外植体呈现 16.88 个紫色斑点,21% 的 pEG-IAA9 转化植物具有 T-DNA 插入。ET8 中的这些数字分别为 14.32 和 33.33%。这两个品系对外来基因转化反应良好,是用作遗传改造技术材料的最佳 F8 ET 品系。在这两个品系中,ET5 表现出更高的编辑效率,表现为 G0 群体中单叶和无籽植物的数量(表 1)。然而,ET8 的高生产力和存活率有利于该品系保持和转移编辑的等位基因到下一代(表 3)。对于商业基因组编辑番茄的产生,ET8 是最佳推荐选择,它提供了高产量、高转化效率和低果实开裂率等有益特性(Nguyen 等人,2023 年)。
背景:顶花基因1(TFL1)属于磷脂酰乙醇胺结合蛋白(PEBP)家族,在高等植物花分生组织身份决定及开花时间调控中起重要作用。结果:在油菜基因组中鉴定出5个BnaTFL1基因拷贝。系统发育分析表明,5个BnaTFL1基因拷贝与祖先种芜菁和甘蓝中相应的同源拷贝聚集在一起。BnaTFL1的表达局限于花芽、花、种子、角果和茎组织中,并表现出不同的表达谱。利用CRISPR/Cas9技术产生的BnaC03.TFL1敲除突变体表现出早花表型,而其他基因拷贝的敲除突变体开花时间与野生型相似。此外,BnaTFL1基因单个拷贝的敲除突变体表现出了植株结构的改变,BnaTFL1突变体的株高、分枝起始高度、分枝数、角果数、每角果种子数和主花序上的角果数均显著减少。
番茄 (Solanum lycopersicum L.) 嫁接主要用于防止土传病原体的危害和非生物胁迫的负面影响,不过使用高活力砧木也可以提高产量和果实品质。在低养分投入农业的背景下,将优良品种嫁接到具有更高氮利用效率 (NUE) 的砧木上可支持直接的产量最大化策略。在本研究中,我们评估了使用过量表达拟南芥 (AtCDF3) 或番茄 (SlCDF3) CDF3 基因的植物作为砧木来提高低氮投入下嫁接接穗的产量,此前有报道称这些基因可提高番茄的 NUE。我们发现 AtCDF3 基因可诱导更多的糖和氨基酸产生,从而使生物量和果实产量在充足和有限的氮供应下都更高。相反,SlCDF3 基因没有发现积极影响。激素分析表明,赤霉素 (GA 4 )、生长素和细胞分裂素 (tZ) 可能参与 AtCDF3 对 N 的反应。这两个基因引发的不同反应可能至少部分与 AtCDF3 转录本通过韧皮部到枝条的移动性有关。在该嫁接组合的叶片中,我们持续观察到转录因子靶基因(如谷氨酰胺合酶 2 (SlGS2) 和 GA 氧化酶 3 (SlGA3ox))的表达较高,这些基因分别参与氨基酸和赤霉素的生物合成。总之,我们的研究结果进一步深入了解了 CDF3 基因的作用方式及其在嫁接方法中的生物技术潜力。
通过全基因组测序,研究了由单个母株的合子、成熟胚和未成熟胚再生的水稻植株 (Oryza sativa L.,‘Nippon-bare’) 的体细胞克隆变异。还对母株和其种子繁殖子代进行了测序。在子代中检测到了 338 个母株序列变异,平均值范围从种子繁殖植株的 9.0 到成熟胚再生体的 37.4。利用种子繁殖植株中的变异计算出的自然突变率为 1.2 × 10 –8,与之前报道的值一致。种子繁殖植株中变异的单核苷酸变异 (SNV) 比例为 91.1%,高于之前报道的 56.1%,且与再生体中的差异不显著。总体而言,如前所述,再生体中 SNV 的转换与颠换比率较低。成熟胚再生的植物的变异明显多于不同子代类型。因此,在水稻遗传操作过程中,使用受精卵和未成熟胚可以减少体细胞克隆变异。
通过全基因组测序,研究了由单个母株的合子、成熟胚和未成熟胚再生的水稻植株 (Oryza sativa L.,‘Nippon-bare’) 的体细胞克隆变异。还对母株和种子繁殖子代进行了测序。在子代中检测到了 338 个母株序列变异,平均值范围从种子繁殖植株的 9.0 到成熟胚再生体的 37.4。利用种子繁殖植株中的变异计算出的自然突变率为 1.2 × 10 –8,与之前报道的值一致。种子繁殖植株中变异的单核苷酸变异 (SNV) 比例为 91.1%,高于之前报道的 56.1%,且与再生体中的差异不显著。总体而言,如前所述,再生体中 SNV 的转换与颠换比率较低。成熟胚再生的植物的变异明显多于不同子代类型。因此,在水稻遗传操作过程中,使用受精卵和未成熟胚可以减少体细胞克隆变异。
为了以最有效的方式恢复转基因柑橘植株,使用选择标记基因至关重要。在这项研究中,结果表明,将乙酰乳酸合酶 (ALS) 基因的突变形式与添加到选择培养基中的除草剂选择剂伊玛莠平 (IMZ) 结合使用可以实现这一目标。这种方法能够开发顺式基因再生体,即不掺入目前用于转基因选择的细菌基因的植株,此外,它还允许生成经过编辑的非转基因植株,这些植株的内源性 ALS 基因发生了改变,从而产生 IMZ 抗性。在这项研究中,将外植体与携带与 T-DNA 中的 nSpCas9 融合的胞苷脱氨酶的农杆菌共培养,并在添加了 IMZ 的培养基中选择再生体,从而恢复了柑橘突变体,其中 ALS 已使用碱基编辑器系统转化为 IMZ 抗性形式。对无转基因植物的分析表明,T-DNA 基因的瞬时表达足以诱发 ALS 突变,从而以 11.7% 的频率产生 IMZ 抗性芽。据我们所知,这是第一份关于无 T-DNA 编辑柑橘植物的报告。虽然需要进一步优化以提高编辑效率,但这种方法将允许生成具有改进的感官/农艺特征的新柑橘品种,而无需使用外来基因。