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World File Search System油菜
改造油菜、甘蓝型油菜的多种非生物胁迫耐受性
全球变暖、干旱、洪水和其他极端事件等气候变化的影响对全球作物生产构成了严峻挑战。油菜对油料产业的贡献使其成为国际贸易和农业经济的重要组成部分。这种作物遭受的多种非生物胁迫越来越多，导致农业经济损失，因此，让油菜作物在同时面临多种非生物胁迫时具有生存和维持产量的能力至关重要。为了更好地了解压力感知机制，需要分析多种压力响应基因和其他调控元件（如非编码 RNA）的调控途径。然而，我们对这些途径及其在油菜中的相互作用的理解还远未完成。本综述概述了目前对压力响应基因及其在赋予油菜多种压力耐受性方面的作用的了解。通过组学数据挖掘分析网络串扰现在使得揭示植物压力感知和信号传导所需的潜在复杂性成为可能。本文还讨论了新型生物技术方法，例如无转基因基因组编辑和利用纳米粒子作为基因传递工具。这些方法有助于为开发具有更少监管限制的、能够抵御气候变化的油菜品种提供解决方案。本文还强调了合成生物学通过微调应激调节元件来设计和修改网络的潜在能力，以适应植物对应激的适应。
利用汇集的 CRISPR 文库对油菜进行基因组规模的靶向诱变
近年来利用CRISPR-Cas9系统构建的二倍体作物突变体文库为功能基因组学和作物育种提供了丰富的资源，然而由于基因组的复杂性，在多倍体植物中实现大规模的定点诱变是一项巨大的挑战。本文证明了利用混合CRISPR文库在异源四倍体油菜中实现基因组规模定点编辑的可行性。共设计了18,414个sgRNA来靶向10,480个目的基因，得到了1104株含有1088个sgRNA的再生转基因植株。编辑询问结果显示，178个基因中93个被鉴定为突变，编辑效率为52.2%。此外，我们发现 Cas9 介导的 DNA 切割倾向于在由同一个 sgRNA 引导的所有靶位点发生，这是多倍体植物中的新发现。最后，我们展示了利用后基因分型植物对各种性状进行反向遗传筛选的强大能力。从正向遗传研究中发现了几个可能主导脂肪酸谱和种子油含量且尚未报道的基因。我们的研究为功能基因组学、优良作物育种提供了宝贵的资源，并为其他多倍体植物的高通量定向诱变提供了良好的参考。
诱导物的父本染色体消除引发油菜双单倍体的诱导
合成的八倍体油菜籽 Y3380 在用作花粉供体为植物授粉时可诱导母本双单倍体。但双单倍体形成的潜在机制仍不清楚。我们推测双单倍体诱导发生在诱导系的染色体传递到母本卵细胞，并通过受精形成合子时。在合子有丝分裂过程中，父本染色体被特异性地消除。在消除过程中，部分父本基因可能通过同源交换渗入母本基因组。然后，合子单倍体基因组加倍（早期单倍体加倍，EH 现象），加倍的合子继续发育成完整的胚胎，最终形成双单倍体后代。为了验证假设，本研究以八倍体Y3380品系为标记，将4122-cp4-EPSPS外源基因回交，得到六倍体Y3380-cp4-EPSPS作为父本材料，对3个不同的母本材料进行授粉。在授粉后48 h观察诱导品系与母本杂交的受精过程，受精率分别达到97.92%和98.72%。授粉12 d后，用原位PCR检测胚中存在cp4-EPSPS，授粉后13 — 23 d，F 1 胚含有cp4-EPSPS基因的概率高达97.27%，而后逐渐下降，在23 — 33 d时为0%。同时免疫荧光观察了3~29天胚胎中cp4-EPSPS的表达情况。随着胚胎的发育，cp4-EPSPS标记基因不断丢失，伴随胚胎死亡，30天后在存活的胚胎中检测不到cp4-EPSPS的存在。同时对诱导后代的SNP检测证实了双单倍体的存在，进一步表明诱导过程是由于父本染色体特异性的丧失引起的。四倍体诱导后代表现出诱导系基因位点的筛选，有杂合性，也有纯合性。结果表明，在诱导过程中，诱导系染色体被消除。
调控油菜 PSII 修复循环的致死基因 BnaC06.FtsH1 的精细定位与鉴定
摘要：光系统Ⅱ是叶绿体的重要组成部分，其修复过程对缓解光抑制至关重要，对提高植物的抗逆性和光合效率具有重要意义。致死基因被广泛应用于基因编辑的效率检测和方法改进。本研究在油菜中发现了一个自然发生的致死突变体7-521Y，该突变体子叶黄化，受双隐性基因cyd1和cyd2控制。通过全基因组重测序和图位克隆相结合的方法，利用15 167个黄化个体将CYD1精细定位到29 kb的基因组区域上。通过对转基因进行共遗传分析和功能验证，确定BnaC06.FtsH1为目的基因；它编码一个丝状温度敏感蛋白H 1 (FtsH1)水解酶，能够降解拟南芥中受损的PSII D1。BnaC06.FtsH1在甘蓝型油菜的子叶、叶片和花中表达量较高，且定位于叶绿体中。此外，在7-521Y中，FtsH上游调控基因EngA的表达上调，D1的表达下调。FtsH1和FtsH5的双突变体在甘蓝型油菜中是致死的。通过系统发育分析发现，在芸苔属植物中FtsH5的丢失，剩下的FtsH1是PSII修复周期所必需的。CYD2可能是甘蓝型油菜A07染色体上FtsH1的同源基因。我们的研究为致死突变体提供了新的见解，其发现可能有助于提高油菜 PSII 修复周期的效率和生物量积累。
TERMINAL FLOWER 1 基因敲除改变了油菜的开花时间和植株结构
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。
油菜（Brassica napus L.）子房胚珠数量的遗传基础及分子机制剖析
每子房胚珠数 (ONPO) 决定了每果种子数的最大潜力，而种子数是作物种子产量的直接组成部分。本研究旨在利用新开发的油菜双单倍体 (DH) 群体剖析 ONPO 的遗传基础和分子机制。在所有四个研究环境中，201 个 DH 品系的 ONPO 呈正态分布，变化范围从 22.6 到 41.8，表明数量遗传适合于 QTL 定位。开发了 19 个连锁群内 2111 个标记的骨架遗传图谱，总长度为 1715.71 cM，标记间平均为 0.82 cM。连锁图谱鉴定出 10 个 QTL，分布在 8 条染色体上，解释 7.0-15.9% 的表型变异。其中四个与报道的相同，两个被重复检测到且影响相对较大，凸显了它们在标记辅助选择中的潜力。高、低 ONPO 品系两库子房（胚珠起始阶段）的植物激素定量分析显示，九种亚型植物激素的水平存在显著差异，表明它们在调节胚珠数量方面发挥着重要作用。转录组分析鉴定出两库之间 7689 个差异表达基因 (DEG)，其中近一半富集到已报道的调控 ONPO 基因的功能类别中，包括蛋白质、RNA、信号传导、杂项、发育、激素代谢和四吡咯合成。整合连锁 QTL 作图、转录组测序和 BLAST 分析，鉴定出已报道的胚珠数基因的 15 个同源物和 QTL 区域中的 327 个 DEG，这些被视为直接和潜在的候选基因。这些发现进一步加深了对ONPO遗传基础和分子机制的认识，将有助于未来基因克隆和遗传改良，从而提高油菜种子产量。
CRISPR/Cas9 介导的 BnFAD2 和 BnFAE1 基因编辑改变了油菜中的脂肪酸谱
摘要：脂肪酸组成决定了油料作物油脂的品质，是遗传改良的重要目标。FAD2（脂肪酸脱氢酶2）和FAE1（脂肪酸延长酶1）是关键的脂肪酸合成基因，已成为遗传操作改变油料植物脂肪酸组成的重点研究对象。本研究以油菜品种CY2（含油量约50%；其中芥酸含量为40%）为营养品质，利用CRISPR/Cas9介导的BnFAD2和BnFAE1基因基因组编辑技术，获得新型敲除植物。设计两条引导RNA，分别针对一个拷贝的BnFAD2基因和两个拷贝的BnFAE1基因。通过序列分析，鉴定出一些在BnFAD2和BnFAE1基因的3个靶位点发生突变的株系。其中三个品系在 BnFAD2 和 BnFAE1 基因的所有三个靶位点均发生了突变。种子脂肪酸组成分析表明，所有三个位点的突变导致油酸含量（70–80%）与 CY2（20%）相比显著增加，芥酸含量大大降低，多不饱和脂肪酸含量略有下降。我们的结果证实了 CRISPR/Cas9 系统是改良这一重要性状的有效工具。
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。
高效的原生质体再生协议和 CRISPR/...
原生质体再生困难是CRISPR/Cas9基因编辑技术在油菜（Brassica napus L.）研究和育种中有效应用的一大障碍。本研究首次描述了一种快速有效的油菜品种Kumily原生质体分离、再生和转染的方法，及其在基因编辑中的应用。从3-4周龄叶片中分离的原生质体在MI和MII液体培养基中培养以形成细胞壁和细胞分裂，然后在芽诱导培养基和芽再生培养基中继代培养以产生芽。研究了不同基础培养基、植物生长调节剂的类型和组合以及每种培养基上原生质体培养时间与原生质体再生的关系。结果表明，MI培养基中较高浓度的NAA（0.5 mg l −1）和2,4-D（0.5 mg l −1）对原生质体形成细胞壁和维持细胞分裂至关重要，而此后应降低生长素的浓度以形成愈伤组织和诱导芽。对于芽再生，需要相对高浓度的细胞分裂素，在所有测试组合中，2.2 mg l −1 TDZ与生长素0.5 mg l −1 NAA的组合可获得最佳效果，芽再生率高达45％。我们的结果还表明，原生质体在不同培养基上的培养时间至关重要，因为较长的培养时间会显著降低芽再生频率。此外，我们优化了油菜的转染方案。利用该优化方案，我们成功编辑了控制油菜中硫代葡萄糖苷运输的BnGTR基因，且突变频率很高。