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World File Search System禾本科
无融合生殖禾本科植物的遗传转化
现有的植物转化方法和超越其极限的扩展对于作物改良仍然至关重要。对于禾本科植物来说，这甚至更加关键，主要是因为体外再生存在缺陷。尽管禾本科植物中存在许多通过农杆菌或基因枪法实现遗传转化的方案，但它们的效率取决于基因型，而且由于这些物种难以进行体外再生，因此效率仍然很低。世界各地的大学和企业中可能有许多用于谷物和其他重要作物的植物转化设施，但对于无融合生殖物种来说情况并非如此，其中许多是 C4 禾本科植物。此外，无融合生殖（通过种子进行无性繁殖）是育种的另一个限制因素。然而，无融合生殖克隆的转化是一种有吸引力的策略，因为转基因会立即固定在高度适应的遗传背景中，能够进行大规模克隆繁殖。除了巴西种植面积约为 1 亿公顷的 Brachiaria brizantha 等一些物种外，无融合生殖在经济作物中几乎不存在。然而，由于有时在野生近缘种中存在这种特性，因此主要目标是将这种特性转移到作物中以固定杂种优势。到目前为止，这是一项艰巨的任务，主要是因为无融合生殖的许多方面尚不清楚。在过去的几年中，已经确定了许多候选基因，并尝试在拟南芥和水稻中对它们进行功能鉴定。然而，真正的无融合生殖物种的功能分析远远落后，主要是由于其基因组的复杂性、性状本身的复杂性以及缺乏有效的遗传转化方案。在本研究中，我们回顾了以无融合生殖禾本科植物为重点的体外培养和遗传转化方法的现状，以及在其他相关物种中应用新工具的前景，目的有两个：为发现无融合生殖所涉及的分子途径铺平道路，并开发新的育种能力，因为这些禾本科植物中的许多都是重要的饲料或生物燃料资源。
禾本科植物中的选择性 rRNA 基因抑制
核仁显性 (ND) 是 35-48S rDNA 基因座的选择性表观遗传沉默。在异源多倍体中，它通常表现在细胞遗传学水平上，即从一个或多个进化祖先遗传下来的核仁组织区 (NOR) 失活。禾本科植物在生态和经济上是最重要的陆生植物群之一，它们经常通过杂交和多倍化事件进化。在这里，我们从细胞遗传学、分子和基因组学的角度回顾了这个单子叶植物科中 ND 现象的共同特征和独特特征。我们重点介绍了使用异源四倍体模型禾本科植物 Brachypodium hybridum 取得的最新进展，其中 ND 通常发生在种群水平，并且我们介绍了解读 NOR 核心阵列结构特征的现代基因组方法。
栽培禾本科植物基因组编辑的新希望
随着成簇的规则间隔短回文重复序列 (CRISPR) 和 CRISPR 相关蛋白 (Cas) 介导的基因组编辑的出现，近年来作物改良取得了重大进展。在这种基因组编辑工具中，CRISPR 相关 Cas 核酸酶通过其首选的原间隔区相邻基序 (PAM) 限制在其 DNA 靶标上。已经开发了许多 CRISPR-Cas 变体，例如 CRISPR-Cas9、-Cas12a 和 -Cas12b，具有不同的 PAM 要求。在这篇小型评论中，我们简要介绍了用于作物改良的基于 CRISPR 的基因组编辑工具的组成部分。此外，我们力图突出介绍 CRISPR 技术的最新发展和突破，重点比较主要变体（CRISPR-Cas9、-Cas12a 和 -Cas12b）与新开发的 CRISPR-SpRY（几乎无 PAM 基因组编辑能力）。此外，我们简要介绍了 CRISPR 技术在改良栽培草类生物和非生物胁迫耐受性以及提高品质和产量方面的应用。
有助于改良高粱的形态性状的遗传控制
全球气候变化和全球变暖，加上人口增长，引发了人们对可持续粮食供应和生物能源需求的担忧。高粱 [ Sorghum bicolor (L.) Moench] 在全球谷物产量中排名第五；它是一种 C 4 作物，比其他主要谷物具有更高的抗逆性，并且用途广泛，例如谷物、饲料和生物质。因此，高粱作为实现可持续发展目标 (SDG) 的有前途的作物而备受关注。此外，高粱是 C 4 禾本科植物的合适遗传模型，因为它具有高度的形态多样性和与其他 C 4 禾本科植物相比相对较小的基因组大小。虽然与水稻和玉米等其他作物相比，高粱育种和遗传研究落后，但最近的研究进展已经确定了控制高粱重要农艺性状的几个基因和许多数量性状位点 (QTL)。本综述概述了可能对高粱育种用于谷物和生物质利用有用的性状和遗传信息，重点关注形态发生方面。
利用甘蔗 CRISPR/Cas9 技术对非栽培草类进行遗传改良
在不断变化的气候情景下，草原保护和发展已成为赋予其生态系统服务功能可持续性的当务之急。通过有针对性地对本地草种进行基因改良，可以有效实现这些目标。据我们所知，关于在天然和半天然草原中普遍存在的非栽培草种（柳枝稷、野生甘蔗、草原大麦、狗牙根草、中国银草等）的基因编辑的研究成果非常少。因此，为了探索这一新颖的研究方面，本研究旨在将用于改良栽培草类尤其是甘蔗的基因编辑技术也用于非栽培草类。我们建议将甘蔗作为非栽培草类基因改良的典型作物的假设是，与其他栽培草类（水稻、小麦、大麦、玉米等）相比，甘蔗的多倍体和非整倍体导致基因编辑的复杂性。另一个原因是，考虑到高度的遗传冗余，已经开发和优化了甘蔗（x = 10 – 13）的基因组编辑方案。因此，据我们所知，本综述是第一项客观评估 CRISPR（成簇的规律间隔的短回文重复序列）/Cas9 技术在甘蔗中的概念和功能的研究，评估其高度多功能性、目标特异性、效率、设计简单性和多路复用能力，以探索针对生物和非生物胁迫对非栽培禾本科植物进行基因编辑的新研究视角。此外，甘蔗基因编辑面临的巨大挑战导致了 CRISPR 工具的不同变体（Cas9、Cas12a、Cas12b 和 SpRY）的开发，其技术性也得到了严格评估。此外，还强调了该技术在非栽培禾本科植物基因编辑过程中可能出现的不同局限性。
UDP-糖基转移酶是决定广谱和专效灰翅夜蛾宿主植物范围的关键因素
植食性昆虫已经进化出复杂的解毒系统来克服许多植物产生的抗食草动物化学防御。然而，这些生物转化系统在通才和专才昆虫物种中有何不同，以及它们在确定昆虫宿主植物范围方面的作用仍是一个悬而未决的问题。在这里，我们表明 UDP - 葡萄糖基转移酶 (UGT) 在确定 Spodoptera 属内昆虫物种的宿主范围方面起着关键作用。对宿主植物宽度不同的 Spodoptera 物种进行比较基因组分析，发现在通才物种中 UGT 基因数量相对保守，但在专才 Spodoptera picta 中 UGT 基因假基因化水平较高。CRISPR - Cas9 敲除 Spodoptera frugiperda 的三个主要 UGT 基因簇表明，UGT33 基因在使该物种利用禾本科植物玉米、小麦和水稻方面发挥重要作用，而 UGT40 基因促进棉花的利用。进一步的体内和体外功能分析表明，UGT SfUGT33F32 是使广谱 S. frugiperda 能够解毒苯并恶嗪类化合物 DIMBOA（2,4-二羟基-7-甲氧基-2H-1,4-苯并恶嗪-3（4H）-酮）的关键机制，DIMBOA 是由禾本科植物产生的强效杀虫毒素。然而，虽然这种解毒能力在几种广谱 Spodoptera 物种中得到了保留，但专食文殊兰植物的 Spodoptera picta 因 SpUGT33F34 的非功能性突变而无法解毒 DIMBOA。总之，这些发现为了解昆虫 UGT 在宿主植物适应中的作用、广谱和专谱之间进化转变的机制基础提供了见解，并为控制一组臭名昭著的害虫提供了分子目标。
GENESPACE 追踪多个基因组中的感兴趣区域和基因拷贝数变异
摘要 许多分类群中多个染色体规模的参考基因组序列的开发已产生对分子进化模式和过程的高分辨率视图。尽管如此，利用跨多个基因组的信息仍然是几乎所有真核生物系统中的重大挑战。这些挑战包括研究染色体结构的进化、寻找数量性状基因座的候选基因以及检验有关物种形成和适应的假设。在这里，我们提出了 GENESPACE，它通过整合保守的基因顺序和直系同源性来解决这些挑战，以确定所有基因在多个基因组中的预期物理位置。我们通过从三个生物组织水平剖析存在-缺失、拷贝数和结构变异来证明这一实用性：跨越 3 亿年的脊椎动物性染色体进化、跨禾本科（草类）植物家族的多样性以及 26 个玉米品种。 GENESPACE R 包中构建和可视化同源直系同源性的方法为现有的基因家族和同源性程序提供了重要的补充，特别是在多倍体、杂交和其他复杂基因组中。
小米和小小米基因组序列在加强子孙后代粮食和营养安全中的作用
摘要：小米是禾本科的一种小粒谷物。它们被认为是气候适应性强、未来人类营养丰富的谷物。与其他主要谷物相比，小米对生物和非生物胁迫具有抗性，在低质量、维护较少、降雨较少的土壤中生长良好。由于小米在亚洲和非洲半干旱热带地区不太流行和不常种植，许多人仍然不太了解小米的重要性。联合国已宣布 2023 年为国际小米年 (IYM 2023)，以促进小米种植并在全球范围内推广其健康益处。几年前，由于缺乏基因组序列，分子生物学在小米中的应用还处于起步阶段。大多数小米的基因组序列都可以在 NCBI 和 Phytozome 数据库中找到。在这篇综述中，我们讨论了小米基因组序列的细节，以及从小米原生基因组中识别出的候选基因。本文还讨论了小米数量性状基因座和全基因组关联研究的现状。利用小米基因组序列进行功能基因组学研究并将信息转化为作物改良将有助于小米和非小米谷物在未来的恶劣环境中生存。这些努力将有助于加强粮食安全并减少 2050 年全球营养不良。
小谷子对非生物胁迫的转录组响应
由于气候变化的迅速和有害影响，全球粮食和营养安全正受到干旱、盐碱、寒冷和炎热等非生物胁迫的威胁。小米是一种极具前景的农作物，因其对气候变化和营养食品和饲料日益增长的需求的适应能力，有可能确保全球粮食安全。小米是一种多样化的小种子 C4 禾本科植物，考虑到其对气候变化的持久性和对营养食品和饲料日益增长的需求，在保障世界粮食供应方面具有巨大的潜力。随着通过微阵列和下一代测序获得的基因组信息迅速增加，转录组学促进了对非生物胁迫带来的变化的广泛检查和量化。这规定了一种确定重要基因表达的必要方法。这项技术进步旨在破译支撑分子机制/途径的基因表达模式。其他技术，例如全基因组表达分析（可深入了解控制细胞过程的调控网络）、全基因组位置分析（可阐明转录调控蛋白对基因的控制）和基因组选择，可增强小米育种群体中抗逆性预测的可靠性。本综述通过整理小米中对非生物应激反应特有的差异表达基因 (DEG) 和转录因子 (TF)，强调了转录组学对小米改良的影响，这可以为培育具有气候适应力的品种开辟有利的途径和令人着迷的机会。
用于智能手机上植物识别的人工智能......
近年来，可用于帮助现场植物识别的智能手机应用程序数量激增。可用的方法有很多，从基于人工智能 (AI) 和自动图像识别自动识别植物的应用程序，到需要用户使用传统二分法键或多访问键的应用程序，再到可能只有一系列图像而没有明确的系统来识别任何感兴趣的物种的应用程序。所有照片均由作者拍摄。在这里，我只关注那些可用于从上传的图像中自动识别植物的免费应用程序，最多只需要用户做出一些小决定（列于表 1 中）。我首先确认，无论是在现场使用实时图像，还是在计算机显示器上显示并通过智能手机拍摄该图像后对其进行测试，这些应用程序的行为都相似。然后，我在 38 张对比鲜明的英国野生和归化植物图像上测试了找到的 10 个免费自动植物识别 (id) 应用程序的性能（包括禾本科、莎草科、草本植物和木本植物，以及花、叶、果实或整株植物的图像），这些图像主要选自我自己的 visual-flora 网站 (visual-flora.org.uk)。样本包括许多常见物种、一些花园逃逸物种和几种不太常见甚至稀有的物种（例如 Cyperus fuscus）。每个应用程序对每张图像测试五次，因为许多应用程序即使使用完全相同的图像，也给出出人意料的差异化识别结果。所有测试均在 2019 年 10 月或 11 月进行，但许多应用程序都在不断改进。图 1 显示了测试的 38 张图像中的一些，其中一些被所有应用程序成功识别，也有一些仅被