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黑豆 [Vigna] 的遗传学、基因组学和育种...
黑豆 [ Vigna mungo (L.) Hepper] 是一种营养丰富的豆科作物，主要生长在南亚和东南亚，其中印度的种植面积最大，那里的黑豆作物受到多种生物和非生物胁迫的挑战，导致产量严重损失。改善遗传收益以提高农场产量是黑豆育种计划的主要目标。这可以通过开发对主要疾病（如绿豆黄花叶病、乌豆叶皱缩病毒、尾孢叶斑病、炭疽病、白粉病）和昆虫害虫（如白蝇、豇豆蚜虫、蓟马、茎蝇和豆象）具有抗性的品种来实现。除了提高农场产量外，结合市场偏好的性状还能确保采用优良品种。黑豆育种计划依赖于有限数量的亲本系，导致所开发品种的遗传基础狭窄。为了加速遗传增益，迫切需要纳入更多不同的遗传物质，以改善育种群体的适应性和抗逆性。本综述总结了黑豆的重要性、主要的生物和非生物胁迫、可用的遗传和基因组资源、潜在作物改良的主要性状、它们的遗传以及黑豆用于开发新品种的育种方法。
基因编辑技术及其在豆科植物中的应用
豆科植物富含蛋白质和植物化学物质，数千年来一直是人类的健康饮食。鉴于豆科植物在人类营养和农业生产中的重要作用，研究人员付出了巨大努力来获得豆科植物的新遗传性状，如产量、抗逆性和营养品质。近年来，豆科植物基因组资源的显著增加为应用尖端育种技术（如转基因技术、基因组编辑和基因组选择）进行作物改良奠定了基础。除了基于 CRISPR/Cas9 的基因组编辑系统等不同的基因组编辑技术外，本综述文章还讨论了植物特异性基因编辑方法的最新进展，以及与改良具有重要农艺特性的豆科作物相关的问题和潜在益处。基因组编辑技术已在不同豆科植物中得到有效应用，包括苜蓿和莲花等模式豆科植物，以及大豆、豇豆和鹰嘴豆等作物。我们还讨论了豆科植物中使用的基因编辑方法以及模式豆科植物和顽固豆科植物农艺性状的改良。尽管基因组编辑可以为豆科植物的育种提供巨大的机会，但政府监管限制是一个主要问题。在此背景下，我们还讨论了欧盟和美利坚合众国基因组编辑策略监管框架的比较。基因编辑技术为豆科植物育种中重要农艺性状的改良开辟了新的可能性。
在前煤矿土壤上生长的豆科植物根部细菌产生吲哚-3-乙酸 (IAA) 的能力
摘要。一般来说，煤矿开采都是公开进行的，使用重型设备在表土区取土和搬运土壤，直到可以进行煤矿开采。因此，由于存在物理、化学和生物土壤损害，营养水平较低。生物修复是利用土壤微生物改善前煤矿土地的替代方法之一，这些微生物对土壤植物激素水平有影响，例如产生生长素的根际细菌。本研究旨在分离和表征前煤矿土壤上生长的豆科植物根系的根际细菌，并定性和定量确定其产生 IAA 激素的能力。表征包括革兰氏染色特性、菌落形态、分离物排列和细胞形状。然后，分别使用 Salkowski 方法和分光光度法测试细菌定性和定量产生 IAA 的能力。结果表明，在原煤矿区土壤上生长的豆科植物根际细菌分离株中有 11 种能够产生 IAA 激素，平均浓度为 15.949 ppm（2IA4）；10.762 ppm（4IIE3）；9.700 ppm（ID3）；9.422 ppm（3IB4）；7.970 ppm（2IA3）；7.847 ppm（6IIB3）；7.268 ppm（8IIIB4）；6.804 ppm（IIID5）；6.459 ppm（IE5）；5.379 ppm（7IIIB3）；和 5.086 ppm（5IB3）。浓度最高的根际细菌分离株有可能被选为原煤矿区土壤上豆科植物的生长促进剂，以提高豆科作物的生产力。
对玛拉玛豆（Tylosema esculentum）现状和未来用途的展望
摘要 最近，人们开始关注那些长期以来被人类食用但在有组织的农业中并不占据突出地位的植物物种的本土知识，这提高了人们对于将这些潜在有用的植物物种引入正规农业实践所需采取的步骤的关注度。许多这些孤儿植物已被栽培，尽管通常没有太大的改进。Tylosema esculentum（马拉玛豆）很不寻常；因为它不是作为作物种植的，而是从野生林中采集的。营养丰富的种子已被食用，并且已确定了来自马拉玛种子和块茎的其他潜在有用产品。马拉玛豆生长在恶劣的环境中，特别是在炎热干旱的条件下，如果驯化，则可以在没有高产替代品的环境中生长。本文的视角是查看马拉玛豆驯化的现状以及将这种植物更广泛地用于农业的可能途径。提高作物产量的科学基础需要与确定种植者可能增加的价值特征相结合。这些包括作为食物的可接受性、可能的工业用途、改良种子的开发和分发，以及招募种植者种植玛拉玛作为作物。作者的国际合作已经在其中一些领域取得了进展。我们讨论了当前正在进行的发展和将这种植物转化为正规农业的现有差距，以及玛拉玛在气候变化下提供粮食安全所需的未来发展计划，特别是在非洲。即使玛拉玛豆的驯化过程正在进行中，其独特和潜在有用的特性也将极大地有利于其他豆科作物的改良，这些作物可以为生活在发展中国家半干旱到干旱地区的约 35% 的世界人口提供充足的营养。
揭示食用豆类的起源、历史、遗传学和加速驯化和多样化的策略
驯化是一个动态且持续的过程，通过选择理想的农作物特征来将野生物种转化为栽培物种，以满足人类的需求，例如口味、产量、储存和栽培方法。人类的植物驯化始于大约 12,000 年前的新月沃地，并传播到世界各地，包括中国、中美洲、安第斯山脉和近大洋洲、撒哈拉以南非洲和北美东部。印度河流域文明在豆科植物的驯化中发挥了重要作用。木豆、黑豆、绿豆、扁豆、蛾豆和马豆等作物起源于印度次大陆，新石器时代的考古记录表明这些作物最早是由该地区的早期文明驯化的。野生祖先驯化并进化为当今的优良品种，对全球粮食供应和农作物改良做出了重要贡献。此外，食用豆科植物通过保护人类健康和最大限度地减少气候变化影响，为粮食安全做出了贡献。在驯化过程中，豆科作物物种经历了严重的遗传多样性丧失，品种中仅保留了非常狭窄的变异范围。在种子传播和跨大陆移动过程中，遗传多样性进一步减少。一般来说，只有少数性状在整个物种的驯化过程中具有突出地位，例如抗碎裂性、种子休眠丧失、茎生长行为、开花-成熟期和产量性状。因此，识别和了解驯化反应位点通常有助于加速新物种的驯化。导致驯化结果发生重大改变的基因和代谢途径可能有助于新作物的快速驯化。此外，“组学”科学、基因编辑技术和功能分析的最新进展将加速新作物物种的驯化和作物改良，而不会损失太多遗传多样性。在这篇评论中，我们讨论了主要粮食作物的起源、多样性中心和种子移动
加速蚕豆（Vicia Faba L.）遗传增益的传统和分子育种工具
蚕豆是一种冷季豆科作物，世界各地都种植它作为食物和饲料。尽管过去蚕豆的种植面积有所减少，但由于其高种子蛋白含量和出色的生态服务功能，全球对种植蚕豆的兴趣正在增加。然而，这种作物受到各种生物和非生物胁迫，导致粮食产量不稳定、低产。虽然已经确定了对主要疾病的抗源，例如蚕豆壳针病 ( Ascochyta fabae Speg.)、锈病 ( Uromyces viciae-fabae (Pers.) Schroet.)、巧克力斑病 ( Botrytis fabae Sard.) 和瘿病 ( Physioderma viciae )，但它们的抗性只是部分的，如果没有农艺措施，就无法防止粮食产量损失。需要与宿主植物抗性基因紧密相关的 DNA 标记来增强抗性水平。在非生物胁迫方面取得的进展较少。提出了不同的育种方法，但迄今为止，基于谱系法的品系育种仍是育种计划中的主流做法。尽管如此，种子繁殖系数低、需要在防虫围栏下生长以避免杂交，以及缺乏双单倍体系统和细胞质雄性不育等工具，都阻碍了育种。这降低了育种群体的大小和育种速度，从而降低了捕获有利等位基因的稀有组合的机会。在育种计划中，蚕豆-蚕豆 (vc −) 和除草剂耐受性等 DNA 标记的可用性和使用鼓舞了育种者，并增强了对标记辅助选择的信心。与几种生物和非生物胁迫耐受性密切相关的 QTL 是可用的，它们在育种者友好平台上的验证和转换将增强选择过程。最近，基因组选择和快速育种技术以及基因组学已经触手可及，可以加速蚕豆的遗传增益。基因组资源与其他育种工具、方法和平台的进步将有助于加速育种过程，从而提高该物种的遗传增益。
增强生物固氮的纳米策略
氮是限制植物生长的最重要必需元素。尽管空气中 78% 是氮，但陆生植物物种尚未进化出直接获取和利用氮来生长的途径。然而，豆科植物，如大豆 (Glycine max)、豌豆 (Pisum sativum) 和豆类 (Phaseolus、Vigna 和 Cajanus 物种) 与某些细菌形成共生关系，这些细菌可以将环境中普遍存在的氮固定为氨，从而使它们能够利用它。这个过程称为生物固氮 (BNF)。在通过能源密集型的哈伯-博施法生产合成氮肥之前，BNF 是补充农业用地生物可利用氮的主要来源 1 。然而，尽管合成氮肥的输送效率和作物利用效率较低，但如今仍被广泛用于补充土壤肥力。这最终会显著增加温室气体 (GHG) 排放、氨挥发和活性氮从陆地流失到水中。氮肥施用量的持续增加将通过过度释放强效温室气体（包括 N 2 O，其效力在 100 年内是 CO 2 的 300 倍）和大量消耗化石燃料 2 ，进一步危及气候稳定。N 2 O 也是 21 世纪臭氧消耗的主要原因。因此，减少氮肥施用是缓解粮食不安全和全球变暖的关键策略。提高大豆的 BNF 含量为减少氮肥使用和提高作物产量提供了无与伦比的机会。大豆是四大主要粮食作物之一，2018 年固定了 25 Tg 氮，占豆科作物产量的 70% 3 。大豆的生物固氮作用也可用于间作策略（即在邻近种植两种或两种以上的作物），以提高土壤肥力并提高产量 4 。此外，大豆是人类饮食中经济且优质的植物蛋白来源。此外，它还含有必需的营养素，例如不饱和脂肪酸、磷脂、B 族维生素和矿物质，这些营养素对改善人类饮食质量具有巨大潜力 5 。植物性蛋白质饮食有望将全球活性氮使用量减少一半 6 。然而，天然的BNF系统受到几个缺点的困扰，包括固氮酶的环境敏感性（O 2 和应激诱导的活性氧 ROS 对固氮酶的损害）、BNF 过程的高能耗、缺乏必需的矿物质