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双 sgRNA 定向 CRISPR/Cas9 构建体，用于编辑有色柑橘类水果中果实特异性的 β -环化酶 2 基因
CRISPR/Cas9 基因组编辑是一种现代生物技术方法，用于改良植物品种，仅改变特定品种的一个或几个性状。然而，由于缺乏对关键基因的了解、幼苗期较长以及特定品种的整株植物难以再生，这种技术不能轻易用于改良柑橘果实的品质性状。在这里，我们介绍了一种基因组编辑方法，目的是生产果实中同时含有番茄红素和花青素的柑橘幼苗。我们的方法采用双单向导 RNA (sgRNA) 定向基因组编辑方法来敲除果实特异性的 β-环化酶 2 基因，该基因负责将番茄红素转化为 β-胡萝卜素。两个 sgRNA 同时靶向该基因以产生大量缺失，并在两个 sgRNA 靶标中诱导点突变。农杆菌 EHA105 菌株用于转化五种不同的花青素甜橙（属于 Tarocco 和 Sanguigno 品种组）和“Carrizo”枳橙（一种柑橘砧木）作为柑橘转化的模型。在目标区域测序的 58 个小植株中，86% 成功编辑。最常见的突变是缺失（从 -1 到 -74 个核苷酸）和插入（+1 个核苷酸）。此外，在六个小植株中发现了一个新事件，包括两个 sgRNA 之间区域的倒置。对于发生单个突变的 20 个小植株，我们排除了嵌合事件。小植株在营养组织中没有表现出改变的表型。据我们所知，这项工作是使用基因组编辑方法潜在改善柑橘水果品质性状的第一个例子。
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封面说明 : 干旱胁迫下 , 植物细胞通过关闭气孔减少蒸腾等一系列生理生化改变 , 维持个体完成生长发育。干旱胁迫严重 影响农作物的产量和品质。解析玉米 ( Zea mays ) 抗旱性的遗传基础并克隆抗旱关键基因 , 利用转基因、分子标记辅助选择 及基因编辑等技术增强植株的抗旱稳产能力至关重要。未来在玉米抗旱性研究中 , 应针对抗旱品种培育面临的实际问题 , 建立和完善玉米抗旱性评价体系 , 将基础研究的新发现和新技术应用于育种实践 , 以提升我国种业创新实力。详细内容见 本期 883–902 页王子阳等的文章。
基于机器学习的番茄 ( Solanum lycopersicum ) 植物疾病分类 = 基于机器学习的番茄 ( Solanum lycopersicum )植物疾病分类
在孟加拉国，番茄种植面临重大挑战，因为它易受各种微生物、寄生虫和细菌感染。通常，这些疾病的早期症状首先出现在根部和叶子中，使及时检测变得复杂。这项研究解决了及时准确检测番茄植株疾病的挑战，这对于有效的植物保护管理至关重要。传统的人工检查方法既耗时又主观，导致实施必要的保护措施的延误。因此，使用图像处理技术和机器学习算法快速可靠地检测番茄植株叶片中的疾病，旨在简化化学应用反应的检测过程。在不同光强度、视线角度和距离下捕获了一个包含 250 张番茄植株叶片图像的数据集。应用图像增强技术来增加数据集，共得到 529 张图像。这些图像被转换为 LAB 彩色图像，然后使用 OTSU 算法分割叶片图像并估计受影响患病区域的百分比。还从分割的叶片图像中提取了各种纹理特征以创建训练数据集。机器学习算法，包括支持向量机 (SVM)、K 近邻 (KNN) 和决策树，都使用该数据集进行训练和评估，以将图像分类为健康或患病。二次 SVM 算法为该数据集提供了 97.7% 的最高测试准确率。这种非破坏性处理对于提高疾病检测效率和减少番茄生产损失有着巨大的希望，无论是在孟加拉国当地还是全球。
水稻株型的遗传基础及其育种改良
地上部和根系结构是作物生产力的基础。在人工选择驯化和驯化后育种的历史中，水稻的结构与其野生祖先相比发生了显著变化，以满足农业要求。我们回顾了最近关于水稻发育生物学的研究，重点关注决定水稻植株结构的组成部分；地上部分生组织、叶片、分蘖、茎、花序和根。我们还重点介绍了影响这些结构并在栽培品种中利用的自然变异。重要的是，从发育突变体中鉴定出的许多核心调控因子已被用作育种中的弱等位基因，对这些结构产生中度影响。鉴于功能基因组学和基因组编辑的激增，本文讨论的水稻植株结构的遗传机制将为进一步推动不仅在水稻而且在其他作物及其野生近缘种中的育种提供理论基础。
利用 CRISPR/Cas9 技术培育烟草 LJ911 抗 PVY 基因
摘要：马铃薯Y病毒（PVY）是烟草（Nicotiana tabacum）的主要病害之一。近来的研究表明，Va基因（Ntab0942120）决定了作物对PVY的易感性，Va基因产物与PVY基因组连接蛋白（VPg）相互作用，启动PVY基因组翻译过程，最终导致病毒对烟草的系统性侵染。本研究以烟草品种LJ911为受体材料进行基因编辑，通过CRISPR/Cas9技术敲除Va基因，建立T1代无转基因纯合编辑植株。病理学检测表明，编辑植株获得了PVY抗性。因此，本研究产生的编辑材料为抗PVY烟草育种提供了潜在的有用遗传资源。 关键词 : PVY; 烟草; CRISPR/Cas9; Va; 抗性育种
研究使用富含微生物的蚯蚓堆肥对番茄生长和根部抗性的影响
控制土传疾病是番茄生产的主要问题之一。本研究旨在调查使用富含细菌和真菌的蚯蚓堆肥对感染根结线虫 (Meloidogyne javanica) 和枯萎病 (Fusarium oxysporum) 的番茄植株生长参数的影响。蚯蚓堆肥的应用量包括控制量、最佳量和过量量。生物防治剂是菌根真菌 (Glomus mosseae) 和两种拮抗细菌 (枯草芽孢杆菌和恶臭假单胞菌)。这些生物防治剂可单独使用、二元组合使用，也可在不同蚯蚓堆肥应用量下以三元组合使用。实验结束时测量了生长参数，包括茎干湿重、根干湿重和叶绿素指数。结果表明，在两种水平上施用蚯蚓堆肥以及在所有组合处理中接种生物防治剂，显著 (P < 0.001) 改善了感染病原体的植物的生长参数。在两种水平的蚯蚓堆肥和感染镰刀菌的三种生物防治剂组合中获得的大多数研究参数最高，而在蚯蚓堆肥施用和生物防治剂以及感染两种病原体的对照条件下获得的生长参数最低。总体而言，我们的研究结果表明，蚯蚓堆肥和生物防治剂的组合使用在提高番茄植株对根结线虫和镰刀菌的防御能力方面具有显著效果，因此可以提高植株的生长水平。
栽培番茄（Solanum lycopersicum）无DNA基因组编辑及原生质体再生方法的建立
摘要 关键信息 我们建立了一种基于核糖核蛋白的CRISPR/Cas9无DNA基因组编辑方法在栽培番茄中应用，并获得了高突变率的转染原生质体再生突变植株。 摘要 近年来，基因组编辑作为一种研究和育种方法的应用为许多作物的性状改良提供了许多可能性。在栽培番茄（Solanum lycopersicum）中，迄今为止只建立了携带CRISPR/Cas9试剂的稳定的农杆菌介导转化方法。转染原生质体芽再生是基于核糖核蛋白的CRISPR/Cas9无DNA基因组编辑方法在栽培番茄中应用的主要瓶颈。在本研究中，我们报道了利用CRISPR/Cas9技术实现栽培番茄的无转基因育种方法，包括优化原生质体分离和克服转染原生质体芽再生障碍。结果表明，含0.1 mg/L IAA和0.75 mg/L玉米素的芽再生培养基为最佳激素组合，再生率可达21.3%。原生质体分离转染4个月后，成功获得高突变率的再生植株。获得的110株再生M 0 植株中，有35株（31.8%）同时发生SP和SP5G基因突变，SP或SP5G基因中至少一个等位基因的编辑效率高达60%。
Slr1-d7 和 ... 的生成和转录组分析
摘要：水稻SLR1基因编码DELLA蛋白（具有DELLA氨基酸基序的蛋白质），其功能丧失突变通过抑制植物生长而使植物矮化。我们利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术在水稻中靶向突变DELLA/TVHYNP结构域，生成具有半显性矮化表型的slr1-d突变体。在31株转基因植株中获得了16个遗传编辑株系。深度测序结果表明，突变体在SLR1基因的TVHYNP结构域靶位点有6种不同的突变类型。同源编辑植株在T1代中选择了没有通过分离转录的T-DNA（T-DNA）的个体。slr1-d7和slr1-d8植株导致对赤霉素（GA）不敏感的矮化表型，叶片皱缩，节间缩短。通过 RNA-seq 进行的全基因组基因表达分析表明，在编辑的突变体植物中，两个与 GA 相关的基因 GA 20 OX 2（赤霉素氧化酶）和 GA 3 OX 2 的表达水平有所增加，这表明 GA 20 OX 2 充当了 GA 12 信号的转换器。这些突变体植物需要改变 GA 反应，至少部分是由于植物激素信号系统过程的缺陷，并阻止了细胞伸长。新的突变体，即 slr1-d7 和 slr1-d8 系，是有价值的半显性矮化等位基因，具有利用 CRISPR / Cas9 系统在水稻中进行分子育种的潜在应用价值。
热带植物 2024 , 3: e030 芋头病毒诱导基因沉默系统的构建及应用
摘要 病毒诱导的基因沉默（VIGS）技术是快速鉴定植物基因功能的重要手段，建立稳定的芋头VIGS系统可为快速高效验证基因功能提供技术支持。以烟草脆裂病毒（TRV）为载体，构建以八氢番茄红素脱氢酶（CePDS）为指示基因的VIGS系统，并通过沉默CeTCP14基因以进一步验证该系统的稳健性。以赣榆一号芋头为材料，采用叶片注射法，以OD 600 = 0.6的CePDS构建VIGS系统，沉默植物率为12.23%，CePDS表达量与对照相比约为59.34%～77.18%，CePDS沉默植物的叶绿素含量降低了37.80%～56.11%。叶片注射OD 600 = 1.0可显著提高芋头的沉默植株率，达到27.77%，但叶片注射法和球茎真空处理的沉默植株率差异不显著。在赣榆2号中，用OD 600 = 1.0菌液和球茎真空处理对CeTCP14进行进一步沉默，沉默植株率为20%，CeTCP14表达量为对照的43.94%～63.34%，同时球茎中淀粉含量与对照相比显著降低，为70.88%～80.61%。综上所述，结果表明基于TRV的VIGS系统在芋头中是有效的，菌液浓度是影响VIGS系统的关键因素，CeTCP14能够影响芋头球茎中淀粉的积累。建立健全的芋头VIGS系统可为后续快速验证基因功能奠定良好的基础。
植物基因转化生产 CRISPRed 高油酸花生
NIRS 分析表明，所有种子均为高油酸（表 3）。同样，45 颗华育 23 号种子也被用作 NIRS 分析的单个种子样品，正如预期的那样，所有种子均为正常油酸（表 3）。与华育 23 号相比，T1 植株较矮，荚果稍大（图 6，表 4）。