小麦基因组学研究的进展与贡献
我国小麦育种方向的创新与实践

我国小麦育种方向的创新与实践随着人口的增加和城市化进程的加快,我国的小麦需求量不断增加。
为了满足市场需求,我国小麦育种方向必须进行创新与实践。
小麦育种是一项重要的农业科技工作,对提高小麦的品质和产量具有重要意义。
本文将从我国小麦育种的现状出发,探讨小麦育种方向的创新与实践。
一、我国小麦育种的现状在我国,小麦是一种主要的粮食作物,小麦的种植面积和产量一直居世界前列。
我国的小麦育种工作始于上世纪50年代,经过多年的努力,已取得了一定的成就。
面对日益增长的小麦需求,我国小麦育种面临一些挑战。
由于自然环境的影响,严重威胁着小麦的产量和品质。
传统的小麦育种方法已经不能满足市场需求,需要进行创新。
我国小麦育种必须实现从传统向现代的转变,进行技术创新,提高小麦的抗逆性和产量。
1. 遗传育种的创新遗传育种是小麦育种的重要手段,可以通过杂交等方法,提高小麦的产量和品质。
随着基因组学技术的发展,现代生物技术为小麦育种提供了新的途径。
通过分子标记辅助选择、基因编辑等方法,可以快速筛选出具有抗性和高产性的小麦品种。
我国小麦育种方向的创新应该积极引入基因组学技术,提高小麦品种的遗传质量。
2. 抗逆性的提高3. 品质的提高随着人民生活水平的提高,人们对小麦品质的要求也日益增加。
小麦育种方向的创新应该注重提高小麦的品质。
现代生物技术提供了多种方法,可以提高小麦的品质,利用分子标记技术筛选出具有优良品质的小麦品种;利用基因编辑技术,可以改变小麦的蛋白质组成,提高小麦的食用品质。
我国小麦育种方向的创新应该注重小麦的品质提高,提供更加优质的小麦品种。
三、小麦育种方向的实践除了进行创新,小麦育种方向的实践也是非常重要的。
实践是检验理论成果的有效途径,只有不断进行实践,才能取得更大的成果。
小麦育种方向的实践包括以下几个方面:1. 政府支持政府对小麦育种方向的实践提供了重要支持。
政府应该加大对小麦育种的资金投入,支持小麦育种机构的科研工作。
以Pm41基因为例探讨小麦抗白粉病研究进展

以Pm41基因为例探讨小麦抗白粉病研究进展各位老师好,我是中国科学院遗传与发育生物学研究所的李淼淼,今天代表第三十组“麦客江湖”值日,本组组长河南省濮阳市种子管理站陈红敏老师,组员包括卫辉市五星农机有限公司介百永、华中农业大学植物科学技术学院贺超、烟台市农业科学研究院丁晓义、漯河市农业科学院廖平安、黑龙江省农业科学院克山分院李长辉、安徽省皖农种业有限公司黄建华和江苏里下河地区农业科学研究所陈士强等老师。
我目前主要从事小麦抗病基因资源挖掘、克隆及机理解析等工作。
今天主要想和各位老师就小麦抗白粉病方面的研究进展进行交流,不足之处敬请指正。
一、小麦白粉病和抗白粉病基因克隆小麦白粉病是由禾本科布氏白粉菌(Blumeria graminis f. sp. tritici)引起的危害小麦产量和品质的重要病害(图1A, 1B)。
据全国农技推广中心统计,我国小麦白粉病年均发病面积达1亿亩(图1C, 1D)。
实践表明,培育抗病品种是防治白粉病最为绿色高效、环境友好的策略。
然而,由于病原菌新的致病小种的出现,品种的抗性常常面临降低或丧失的风险。
目前我国小麦推广品种中有效或在部分地区有效的抗白粉病基因主要是Pm2、Pm4、Pm21和Pm52等少数几个主效基因,且Pm2和Pm4的一些等位基因在部分地区已经抗性降低或丧失。
因此,不断挖掘和聚合利用新的抗白粉病基因及其等位基因,对于培育广谱持久绿色抗病小麦新品种具有重要意义。
图1小麦白粉病的症状和发生(A)小麦白粉病叶部症状;(B)小麦白粉病穗部症状;(C)2018年我国小麦白粉病发生趋势(全国农业技术推广服务中心);(D)近20年我国小麦白粉病发生面积抗病基因的挖掘与克隆是作物抗病性改良的关键。
小麦基因组庞大且复杂,导致功能基因的克隆进展缓慢。
近10年来,随着小麦A基因组供体乌拉尔图小麦(AA)、D基因组供体粗山羊草(DD)、野生二粒小麦Zavitan(AABB),硬粒小麦Svevo(AABB),普通小麦中国春(AABBDD)以及小麦10 基因组高质量参考基因组释放,才真正突破了小麦基因克隆的瓶颈,极大促进了基因克隆效率。
小麦抗白粉病基因来源及抗性评价的研究进展 (2)

0引言小麦白粉病是由禾布氏白粉菌小麦转化型(Blumeria graminis f.sp.tritici )引起的世界性真菌病害,近年来小麦白粉病在中国的发病范围不断扩大、危害程度不断加重,已成为当前小麦生产的严重威胁之一。
培育抗病品种是防治小麦白粉病最有效、经济和安全的途径,而优异的小麦抗源与抗病基因是培育小麦抗病品种的基础。
迄今,在小麦与其近缘种属中发现了56个小麦抗白粉病主效基因,分布在41个位点上,编号从Pml 到Pm43[1-10]。
然而,由于小麦白粉菌具有高度的遗传变异性,单个的抗病基因很容易被新的白粉菌毒力突变体克服而丧失抗性[9]。
因此,积极拓宽小麦遗传基础,挖掘更多的抗白粉病新基因具有非常重要的意义。
1小麦抗白粉病基因的来源自1930年以来,各国科学家对小麦白粉病抗性基因的遗传特点及染色体定位进行了较为广泛的研究。
至今在小麦种内与小麦近缘种属中已经发现了56个小麦抗白粉病主效基因,分布在41个位点上,编号从Pml 到Pm43。
除3A 、4D 和6D 外,小麦其他染色体上基金项目:国家自然科学基金项目(30671299),山西省农业科学院攻关项目(YGG0934)。
第一作者简介:詹海仙,女,1977年出生,在读博士研究生,研究方向:小麦分子生物学。
通信地址:030031山西省太原市农科北路16号山西省农科院作物遗传研究所,E-mail :zhan030006@ 。
通讯作者:杨足君,男,博士,教授,博士生导师,研究方向:植物分子细胞生物学。
E-mail :yangzujun@ 。
收稿日期:2009-12-07,修回日期:2009-12-30。
小麦抗白粉病基因来源及抗性评价的研究进展詹海仙1,2,畅志坚2,杨足君1,张晓军2,李欣2(1电子科技大学生命科学与技术学院,成都610054;2山西省农业科学院作物遗传研究所,山西太原030031)摘要:小麦白粉病是小麦生产的重要病害,应用抗病品种是防治该病最为经济、安全和有效的途径。
小麦品种抗性基因的筛选及生物信息学分析

小麦品种抗性基因的筛选及生物信息学分析近年来,随着农业科技的不断发展,越来越多的农业科研人员开始关注小麦的品种抗性,希望能够筛选出更具有抗性的品种,以提高小麦的产量与质量。
小麦是我国重要的粮食作物之一,其产量的提高直接影响着我国的粮食安全,因此,小麦品种抗性的研究意义非常重大。
小麦品种抗性的研究需要深入分析小麦的基因组,寻找与抗性相关的基因和遗传变异。
同时,通过生物信息学技术,对小麦基因组进行大规模的生物信息学分析,可以帮助我们更加深入地了解小麦基因组的结构和功能,为筛选出抗性品种提供有力支持。
在小麦品种抗性的研究中,抗性基因的筛选是一个非常重要的步骤。
传统的筛选方法通常较为耗时耗力,无法高效地确定小麦品种的抗性基因。
因此,研究人员开始尝试利用现代的生物技术手段,对小麦基因组进行研究。
首先,研究人员需要对小麦的基因组进行测序。
现在,小麦基因组的测序已经完成,可以在公共数据库中进行查询。
通过查询获得的小麦基因组序列,研究人员可以利用生物信息学技术,对其进行基因注释和功能分析,从而确定小麦的基因数量和功能。
此外,还可以通过基因组比较分析,找出与小麦抗性相关的基因。
在分析小麦基因组时,研究人员还需要进行基因表达分析。
通过基因表达分析,可以确定小麦基因组中与抗性相关的基因。
同时,还可以利用基因芯片技术,对大量基因进行同步监测,找出致病菌侵染时受到抑制或激发的基因,从而确定哪些基因参与了小麦的抗性反应。
除了基因表达分析外,小麦基因组的功能分析也是非常重要的一步。
现代生物信息学技术可以进行大规模的基因功能预测和分析,同时确定基因的生物学功能和分子结构。
这些信息可以帮助研究人员更好地了解小麦基因的功能,从而确定抗性基因。
当然,在筛选小麦抗性基因时,更好的方法是利用分子标记辅助选择的技术。
这种技术是在基因分型基础上,通过理论和实验方法确定小麦抗性基因所在的位置,并用分子标记标记其位置,从而实现抗性基因的精准筛选。
小麦分蘖数目遗传研究进展与展望

麦类作物学报 2023,43(10):1344-1350JournalofTriticeaeCropsdoi:10.7606/j.issn.1009 1041.2023.10.16网络出版时间:2023 07 13网络出版地址:https://kns.cnki.net/kcms2/detail/61.1359.s.20230712.1927.021.html小麦分蘖数目遗传研究进展与展望收稿日期:2022 06 14 修回日期:2022 07 31基金项目:镇江市农业科学院青年基金项目(QNJJ2021002);江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室开放课题项目(PL202008);江苏省农业自主创新资金项目(CX(21)3065)第一作者E mail:xueyi_shen@163.com通讯作者:温明星(E mail:wmxcell2007@163.com)申雪懿,李东升,陈琛,曲朝喜,郭瑞,姚维成,刘家俊,邓篧,温明星(江苏丘陵地区镇江农业科学研究所,江苏句容212400)摘 要:分蘖数目是决定小麦产量的重要性状之一。
在小麦生长发育过程中,分蘖是一个复杂的生理过程。
了解小麦分蘖数目的分子遗传机制有利于对小麦株型进行精准改良。
本文从分蘖生长发育过程、分蘖数目遗传位点的挖掘以及相关基因的克隆三方面进行综述,并对小麦分蘖数目性状的研究进行展望,以期为小麦分蘖遗传研究和品种改良提供参考。
关键词:小麦;分蘖数目;遗传位点;育种改良中图分类号:S512.1;S330 文献标识码:A 文章编号:1009 1041(2023)10 1344 07犘狉狅犵狉犲狊狊犪狀犱犘狉狅狊狆犲犮狋狅犳犌犲狀犲狋犻犮犚犲狊犲犪狉犮犺狅狀犜犻犾犾犲狉犖狌犿犫犲狉犻狀犠犺犲犪狋犛犎犈犖犡狌犲狔犻,犔犐犇狅狀犵狊犺犲狀犵,犆犎犈犖犆犺犲狀,犙犝犆犺犪狅狓犻,犌犝犗犚狌犻,犢犃犗犠犲犻犮犺犲狀犵,犔犐犝犑犻犪犼狌狀,犇犈犖犌犢犪狅,犠犈犖犕犻狀犵狓犻狀犵(ZhenjiangInstituteofAgriculturalSciencesintheHillyAreaofJiangsuProvince,Jurong,Jiangsu212400,China)犃犫狊狋狉犪犮狋:Tillernumberisoneofthemostimportanttraitswhichdetermineswheatyield.Duringthegrowthanddevelopmentofwheat,theregulationoftilleringisacomplexphysiologicalprocess.Un derstandingthegeneticandmolecularbasisoftillernumberinwheatisbeneficialforpreciseimprove mentofplantarchitecture.Inthispaper,wesummarizedthreeaspectsmadeinthegrowthanddevel opmentoftillering,thediscoveryofgeneticlocicontrollingtillernumber,andthecloningoftillernumberrelatedgenes,andgaveanoutlookforfutureresearchontillernumberinwheat.Thisreviewmayprovidereferenceforthegeneticresearchoftilleringandimprovementinwheatbreeding.犓犲狔狑狅狉犱狊:Wheat;Tillernumber;Geneticlocus;Breedingandimprovement 小麦是中国三大粮食作物之一。
基因组学技术在农业领域的应用案例

基因组学技术在农业领域的应用案例随着现代科技的不断进步,基因组学技术在农业领域开始发挥着越来越重要的作用。
从物种选育到疾病防治,基因组学技术为农业领域带来了许多创新和机遇。
本文将介绍几个基因组学技术在农业领域的具体应用案例。
1. 作物基因组测序技术作物基因组测序技术是将作物的基因组进行测序,找到作物身上影响生长发育和产量的基因,通过对这些基因进行调控和编辑,来提高作物的品质和产量。
该技术已经在不同的作物上得到了应用,如水稻、小麦、番茄、玉米、黄瓜、甜菜等。
以水稻为例,由于水稻的基因组非常复杂,传统的人工选育方法很难实现。
但是,通过对水稻基因组的测序,科学家已经找到了影响产量、抗病性、适应性等方面的多个关键基因。
通过对这些关键基因的编辑和调控,科学家们已经成功地培育出了多个高产、耐病和适应性强的水稻品种。
这些品种不仅可以为粮食生产贡献更多,还可以为发展农业生产带来新的希望。
2. 基因编辑技术基因编辑技术是一种新型的基因组学技术,它可以实现对作物、家畜等生物的基因进行精确编辑,从而达到改善品质、提高产量、增强抗病性等目的。
具体来说,基因编辑技术可以通过人工干预某个基因的具体序列,来改变该基因所扮演的角色。
如近年来,基因编辑技术已经成功地被应用于小麦、木瓜、香蕉等作物的育种过程中。
通过改变这些作物关键基因的序列,科学家们已经成功地实现了提高产量、改善品质、减轻对环境的依赖性以及增强抗病性等目的。
这为农业生产提供了新的思路和解决方案。
3. 基因芯片技术基因芯片技术是一种基于DNA或RNA序列信息的高通量生物学实验技术。
该技术主要通过对某个生物体内所有基因进行快速检测和测量,从而分析出这些基因对生物体生长、发育、繁殖等方面的影响。
以家禽行为为例,选育需要考虑到多个行为特征因素,如觅食、繁殖、生存等。
而通过使用基因芯片技术,则可以对某些家禽品种的基因组进行高通量筛查,从而找到影响家禽行为的多个关键基因。
这样一来,家禽的习性就能够得到得到更精准的研究和调控了。
小麦ERF_亚族转录因子参与逆境胁迫的研究进展

㊀山东农业科学㊀2024ꎬ56(2):176~180ShandongAgriculturalSciences㊀DOI:10.14083/j.issn.1001-4942.2024.02.024收稿日期:2023-03-05基金项目:国家自然科学基金项目(32001545)ꎻ山东省农业良种工程项目(2021LZGC013)ꎻ山东省农业科学院农业科技创新工程项目(CXGC2023A01)ꎻ农业农村部黄淮北片小麦种质资源精准鉴定项目作者简介:崔德周(1987 )ꎬ男ꎬ山东惠民人ꎬ博士ꎬ助理研究员ꎬ主要从事小麦种质资源与遗传育种研究ꎮE-mail:dezhoucui@126.com王丽丽(1989 )ꎬ女ꎬ山东郓城人ꎬ山东大学人居环境研究中心特约研究员ꎬ主要从事植物种质资源研究ꎮE-mail:565993570@qq.com∗同为第一作者ꎮ通信作者:樊庆琦(1978 )ꎬ男ꎬ山东郓城人ꎬ博士ꎬ研究员ꎬ主要从事小麦种质创新研究ꎮE-mail:fanqingqi@163.com小麦ERF亚族转录因子参与逆境胁迫的研究进展崔德周1ꎬ王丽丽2∗ꎬ陈祥龙3ꎬ李永波1ꎬ黄琛1ꎬ隋新霞1ꎬ楚秀生1ꎬ樊庆琦1(1.山东省农业科学院作物研究所/小麦玉米国家工程研究中心/农业农村部黄淮北部小麦生物学与遗传育种重点实验室/山东省小麦技术创新中心/济南市小麦遗传改良重点实验室ꎬ山东济南㊀250100ꎻ2.山东省林草种质资源中心ꎬ山东济南㊀250102ꎻ3.山东鲁研农业良种有限公司ꎬ山东济南㊀250100)㊀㊀摘要:小麦是中国三大粮食作物之一ꎬ其生长发育过程中会受到多种逆境胁迫的影响ꎮAP2/EREBP是植物特有的一个庞大的转录因子超家族ꎬ普遍参与生长发育和逆境胁迫应答等生物学进程ꎮERF类转录因子是AP2/EREBP转录因子超家族的一个亚族ꎮ本研究结合国内外相关研究进展ꎬ简要综述了小麦ERF亚族转录因子的结构特征与分布ꎬ重点阐述近年来小麦ERF亚族转录因子响应高盐㊁干旱㊁低温㊁重金属㊁病原菌侵染等逆境胁迫的功能和机制研究进展ꎬ最后展望了ERF亚族转录因子的研究方向和应用前景ꎮ关键词:小麦ꎻERF亚族ꎻ转录因子ꎻ胁迫响应ꎻ研究进展中图分类号:S512.1㊀㊀文献标识号:A㊀㊀文章编号:1001-4942(2024)02-0176-05AdvancesinResearchonFunctionofWheatERFTranscriptionFactorSubfamilyinStressResponseCuiDezhou1ꎬWangLili2∗ꎬChenXianglong3ꎬLiYongbo1ꎬHuangChen1ꎬSuiXinxia1ꎬChuXiusheng1ꎬFanQingqi1(1.CropResearchInstituteꎬShandongAcademyofAgriculturalSciences/NationalEngineeringResearchCenterofWheatandMaize/KeyLaboratoryofWheatBiologyandGeneticsandBreedinginNorthernHuang ̄HuaiRiverPlainꎬMinistryofAgricultureandRuralAffairs/ShandongTechnologyInnovationCenterofWheat/JinanKeyLaboratoryofWheatGeneticImprovementꎬJinan250100ꎬChinaꎻ2.ShandongProvincialCenterofForestandGrassGermplasmResourcesꎬJinan250102ꎬChinaꎻ3.ShandongLuyanAgriculturalCo.ꎬLtd.ꎬJinan250100ꎬChina)Abstract㊀WheatisoneofthethreemajorgraincropsinChinaꎬbutitsgrowthanddevelopmentmightbeaffectedbymultipleadversestresses.AP2/EREBPisasuperfamilyofplantspecifictranscriptionfactorswhicharewidelyinvolvedinbiologicalprocessesessuchasgrowthꎬdevelopmentandstressresponse.TheERFtranscriptionclassisasubfamilyoftheAP2/EREBPsuperfamily.Hereꎬthestructuralcharacteristicsanddis ̄tributionsofERFsubfamilytranscriptionfactorsinwheatwerebrieflyintroduced.Andtherecentresearchpro ̄gressesofthefunctionsandmechanismsofERFsubfamilytranscriptionfactorsinwheatwasemphasizedinre ̄sponsetostressessuchashighsaltꎬdroughtꎬlowtemperatureꎬheavymetalandpathogeninfection.FinallyꎬtheresearchdirectionandapplicationprospectofERFsubfamilytranscriptionfactorswereprospected.Keywords㊀WheatꎻERFsubfamilyꎻTranscriptionfactorꎻStressresponseꎻResearchprogress㊀㊀小麦(TriticumaestivumL.)是世界上最重要的粮食作物之一ꎬ是全球三分之一以上人口的主食ꎮ中国是世界上最大的小麦生产国和消费国ꎬ小麦的高产稳产对保障国家粮食安全至关重要ꎮ小麦生长发育周期长ꎬ期间干旱㊁盐碱㊁低温㊁高温㊁重金属㊁病虫害等生物㊁非生物胁迫都会不同程度地威胁小麦的高产稳产ꎮ近年来ꎬ得益于小麦基因组学的飞速发展ꎬ小麦响应逆境胁迫的分子调控网络被逐步阐明ꎬ转录因子在功能基因表达调控中的关键作用进一步凸显[1-4]ꎮ根据DNA结合域的特性ꎬ转录因子可分成若干家族ꎬ包括MYB㊁WRKY㊁bZIP㊁NAC㊁AP2/EREBP等[5-7]ꎮAP2/EREBP转录因子是植物特有的一类转录因子ꎬ广泛参与小麦逆境胁迫应答[8-10]ꎮERF转录因子是AP2/EREBP转录因子超家族的一个亚族ꎬ最早从烟草中分离得到[11]ꎮ本研究综述小麦ERF亚族转录因子在逆境胁迫应答中的作用及可能机制ꎬ以期为深入研究小麦ERF亚族的分子功能及其抗逆遗传改良提供参考ꎮ1㊀ERF亚族转录因子的特征AP2/EREBP是一个庞大的基因家族ꎬ因含有60~70个氨基酸组成的AP2/EREBP结构域而得名[12]ꎮ在拟南芥中ꎬSakuma等[13]根据序列相似性和AP2/EREBP结构域的数量ꎬ将其分为5个亚族 ERF亚族㊁DREB亚族㊁RAV亚族㊁AP2亚族和其他ꎮAP2亚族含有2个AP2/EREBP结构域ꎬ主要在细胞生长发育过程中发挥调控作用[14-15]ꎻRAV亚族含有1个AP2/EREBP结构域和1个B3结构域ꎬ在乙烯㊁油菜素内酯和胁迫响应过程中发挥重要作用[14ꎬ16-17]ꎻDREB亚族和ERF亚族均属于EREBP型转录因子ꎬ都仅含1个AP2/EREBP结构域ꎬ在调控植物细胞发育及对病原菌㊁干旱㊁高盐㊁低温㊁激素等胁迫的应答反应中发挥作用[14ꎬ18-22]ꎬ但AP2/EREBP结构域的第14位和第19位氨基酸存在差异ꎬDREB亚族分别是缬氨酸和谷氨酸ꎬ而ERF亚族则分别是丙氨酸和天冬氨酸ꎮERF亚族转录因子还可与乙烯诱导顺式作用元件GCC-box结合ꎬ抵御植物逆境胁迫[23-26]ꎮ2㊀小麦ERF亚族转录因子鉴定分析目前正式命名的小麦ERF亚族转录因子基因只有8个ꎬ而从全基因组水平分析ꎬ符合ERF亚族特征的基因则有上百个之多[27-28]ꎮZhuang等[29]在全基因组水平鉴定到47个小麦ERF亚族转录因子成员ꎬ根据拟南芥和水稻同源基因分类ꎬ将其分为B1㊁B2㊁B3㊁B4和B6五个亚组ꎮ随着二代测序技术及小麦基因组学研究的飞速发展ꎬRiaz等[30]鉴定到138个ERF亚族转录因子成员ꎬ分为6个亚组ꎬ主要定位于细胞核ꎻMagar等[2]鉴定到238个成员ꎬ其中ꎬ174个基因不含内含子㊁3个基因含3个内含子ꎬ鉴定数量有了质的飞跃ꎮ李世姣等[31]利用隐马尔可夫模型文件检索中国春数据库ꎬ筛选到229条小麦ERFsꎬ通过分析A/B/D同源关系ꎬ将其归为96个ERF亚族成员ꎮ此外ꎬFaraji等[32]在硬粒小麦中鉴定到185个ERF亚族成员ꎮ3㊀小麦ERF亚族转录因子参与逆境胁迫的分子机制3.1㊀非生物胁迫越来越多的研究表明ꎬ大部分小麦ERF亚族成员在对高盐㊁干旱㊁低温㊁重金属等非生物胁迫抗性调控中发挥重要作用(表1)ꎮ位于小麦7A染色体上的TaERF1ꎬ通过结合GCC-box和DRE/CRT元件㊁激活启动子区含GGCC-box的PR蛋白(pathogenesisrelatedpro ̄teinꎬ病程相关蛋白)㊁磷酸化TaMAPK1等方式ꎬ参与干旱㊁高盐㊁低温等代谢途径ꎬ过表达TaE ̄RF1可显著提高转基因拟南芥对干旱㊁高盐和低温的耐受能力[33]ꎮTaERF2基因受干旱㊁高盐㊁低温和湿害强烈诱导ꎬ过表达后可提高转基因拟南芥对干旱㊁低温等非生物胁迫的抗性[34-35]ꎮTaERF3通过特异结合GCC-boxꎬ正向调控LEA3㊁GST6等抗逆相关基因表达ꎬ过表达TaERF3可增加叶片脯氨酸㊁叶绿素含量ꎬ降低过氧化氢含量ꎬ增强小麦对高盐㊁干771㊀第2期㊀㊀㊀㊀㊀㊀崔德周ꎬ等:小麦ERF亚族转录因子参与逆境胁迫的研究进展旱胁迫的耐受能力ꎻ而经病毒诱导基因沉默(VIGS)干扰后的小麦植株则表现为盐和干旱敏感[36]ꎮTaERF4是一个具有EAR基序的转录抑制因子ꎬ过表达TaERF4抑制AtNHX1㊁AtNHX2等钠离子转运相关基因的表达ꎬ通过非ABA依赖的信号通路降低拟南芥耐盐性[37]ꎮTaERF5受高盐㊁渗透胁迫㊁乙烯㊁ABA和茉莉酸甲酯诱导表达ꎬ遗传学证据显示ꎬTaERF5-B过表达增强了转基因水稻的耐盐性[38]ꎮ叶片TaERF7表达受温度和日照调控ꎬ进而影响小麦百农不育系育性[27]ꎮTaE ̄RF8-2D的表达受高盐胁迫诱导持续上调ꎬ其分子机制有待进一步研究[39]ꎮZhu等[40]研究发现ꎬTaPIEP1/TaPIE1通过激活乙烯合成基因ꎬ增强小麦对冷害胁迫的抗性ꎮTaERFL1a受低温㊁高盐㊁干旱㊁ABA等胁迫诱导表达ꎬVIGS干扰该基因降低小麦对干旱胁迫的抗性[41]ꎮDu等[42]研究表明ꎬTaERF87通过与Ta ̄AKS1互作ꎬ协同增强TaP5CS1和TaP5CR1的表达ꎬ提高脯氨酸的生物合成ꎬ进而增强小麦抗旱性ꎮ此外ꎬ在硬粒小麦(TriticumturgidumL.sub ̄sp.durum)中ꎬTdERF1响应高盐和干旱胁迫[43-44]ꎬTdSHN1受高盐㊁干旱㊁低温㊁ABA和重金属胁迫强烈诱导表达ꎬ过表达TdSHN1可显著提高酵母对非生物胁迫的耐受性[45-46]ꎮ㊀㊀表1㊀参与非生物胁迫的小麦ERF亚族转录因子基因结合元件分子功能参考文献TaERF1GCC-box/DRE/CRT提高拟南芥对干旱㊁高盐和低温的耐受能力[33]TaERF2GCC-box/ERE提高拟南芥对干旱㊁低温的耐受能力ꎬ响应小麦湿害胁迫[34-35]TaERF3GCC-box提高小麦对高盐㊁干旱胁迫的耐受能力[36]TaERF4 降低拟南芥对高盐胁迫的耐受能力[37]TaERF5 提高水稻对高盐胁迫的耐受能力[38]TaERF6 与TdERF1高度同源[47]TaERF7GCC-box/DRE/CRT控制百农不育系小麦育性[27]TaERF8-2D 高盐胁迫下持续上调表达[39]TaPIEP1/TaPIE1GCC-box提高小麦对冷害胁迫的耐受能力[40]TaERFL1a 提高小麦对干旱胁迫的耐受能力[41]TaERF87GCC-box/E-box提高小麦对干旱胁迫的耐受能力[42]TdERF1GCC-box/DRE响应高盐和干旱胁迫[43-44]TdSHN1GCC-box/DRE提高酵母对高盐㊁干旱㊁重金属胁迫的耐受能力[45-46]3.2㊀生物胁迫小麦生育期遭遇的生物胁迫主要包括病原菌侵染和植食性害虫啃食ꎬ而小麦响应生物胁迫的转录因子研究主要集中在前者ꎮ研究表明ꎬERF亚族转录因子可以提高小麦对病原菌的抗性(表2)ꎮTaERF1的表达受白粉病菌侵入的诱导ꎬ过表达TaERF1可提高转基因拟南芥对真菌㊁细菌病害的抗性[33]ꎮ病原菌侵染下ꎬTaERF3可激活防御基因表达ꎬ其中ꎬ在白粉病菌侵染早期主要通过水杨酸途径ꎬ而在镰刀菌㊁纹枯病菌侵染晚期主要通过乙烯/茉莉酸途径[48]ꎮ过表达TaPIEP1/TaPIE1可大量激活下游防卫基因的表达ꎬ进而提高小麦对纹枯病㊁根腐病的抗性[40ꎬ49]ꎮChen等[50]从中间偃麦草中分离了一个新的ERF基因TiERF1ꎬ该基因主要通过依赖乙烯的信号转导途径激活病程蛋白相关基因的表达ꎬ提高转基因小麦对纹枯病的抗性ꎮ㊀㊀表2㊀参与生物胁迫的小麦ERF亚族转录因子基因结合元件分子功能参考文献TaERF1GCC-box/DRE/CRT提高拟南芥对真菌㊁细菌病害的抗性[33]TaERF3GCC-box参与对小麦白粉病菌㊁镰刀菌㊁纹枯病菌的防卫[48]TaPIEP1/TaPIE1GCC-box提高小麦对纹枯病㊁根腐病的抗性[40ꎬ49]TiERF1GCC-box提高小麦对纹枯病的抗性[50]871山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第56卷㊀4㊀展望近年来ꎬ极端天气频发ꎬ低温㊁干旱㊁高盐等非生物胁迫及病原菌侵染等生物胁迫严重制约小麦的安全生产ꎬ给粮食安全带来了严峻挑战ꎮ作为AP2/EREBP转录因子超家族的一个亚族ꎬERF类转录因子连接上游信号和下游功能基因ꎬ在小麦抵御逆境胁迫中具有关键作用ꎮ基因组学分析表明ꎬ小麦ERF亚族基因有200余个ꎬ但目前只克隆鉴定了部分基因ꎬ并且已经投入育种应用的转基因材料也鲜有报道ꎬ后续仍需进一步深入挖掘具有重要抗逆功能的ERF亚族基因ꎮ此外ꎬ目前的研究多集中在转录因子基因的克隆及转录调节功能的鉴定分析上ꎬERF亚族转录因子自我调节的模式及其同其他转录因子间的相互作用关系尚未完全了解ꎮ相信随着基因组学㊁分子生物学技术的发展ꎬ对小麦ERF亚族转录因子的抗逆网络解析会更加深入ꎬ从而为小麦抗逆遗传改良提供更坚实的理论依据和更强有力的基因工具ꎮ参㊀考㊀文㊀献:[1]㊀GahlautVꎬJaiswalVꎬKumarAꎬetal.Transcriptionfactorsinvolvedindroughttoleranceandtheirpossibleroleindevelo ̄pingdroughttolerantcultivarswithemphasisonwheat(Tritic ̄umaestivumL.)[J].Theor.Appl.Genet.ꎬ2016ꎬ129(11):2019-2042.[2]㊀MagarMMꎬLiuHꎬYanGJ.Genome ̄wideanalysisofAP2/ERFsuperfamilygenesincontrastingwheatgenotypesrevealsheatstress ̄relatedcandidategenes[J].Front.PlantSci.ꎬ2022ꎬ13:853086.[3]㊀XiaoJꎬLiuBꎬYaoYYꎬetal.Wheatgenomicstudyforgenet ̄icimprovementoftraitsinChina[J].Sci.ChinaLifeSci.ꎬ2022ꎬ65(9):1718-1775.[4]㊀解亚蒙ꎬ赵晓蕾ꎬ白菁华ꎬ等.小麦NF-Y家族基因TaNF-YA1介导植株耐旱功能研究[J].河北农业大学学报ꎬ2023ꎬ46(1):1-9.[5]㊀丰锦ꎬ陈信波.抗逆相关AP2/EREBP转录因子研究进展[J].生物技术通报ꎬ2011(7):1-6ꎬ11.[6]㊀王淑叶ꎬ伍国强ꎬ魏明.WRKY转录因子调控植物逆境胁迫响应的作用机制[J].生物工程学报ꎬ2024ꎬ40(1):35-52. 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小麦育种的分子基础与应用

小麦育种的分子基础与应用在农业发展的历史长河中,小麦是一种十分重要的粮食作物,其种植面积和产量在全球范围内均排名前列。
由于人口的不断增长,对小麦的需求也在不断增加,这就要求农业科学家们不断地进行小麦育种研究,来提高小麦的产量和品质。
近年来,分子生物学技术的快速发展,为小麦育种提供了新的思路和方法。
本文将着重探讨小麦育种的分子基础以及其在实际应用中的表现和前景展望。
一、小麦育种的分子基础1. DNA分子标记DNA分子标记是通过多态性分子标记技术,将小麦的遗传性状和DNA分子联系起来,以便通过分子标记进行小麦育种。
它的主要优点在于不受生长环境和生理变异等影响,其结果可以高度重现性。
应用DNA分子标记的育种技术可以快速筛选出特定的基因或染色体片段,并可用于分辨不同品种中的遗传变异。
这些技术已经成为小麦育种研究的主要工具之一。
2. 基因克隆技术基因克隆技术可以用来预测小麦母本和父本的杂交组合,从而增加育种成功的机会。
该技术已被广泛应用于小麦育种中,特别是在品种的宽适性和高产性方面。
此外,基因克隆技术还可用来解析小麦基因组中的特定基因,从而可以针对一些重要病害或农艺性状进行具有针对性的育种。
3. 基因编辑和基因驱动技术基因编辑技术可用来直接修改基因序列,以达到育种目的。
它允许短序列的DNA链被定点修改或删除,对基因功能进行调控。
基因驱动技术是一种新的基因编辑技术,可以在小麦遗传系统中将新基因传递给后代,以显著增加小麦的产量。
二、小麦育种的应用1. 品种改良小麦品种的改良始终是小麦育种工作的重点之一。
运用以上提及的分子技术,可以更加快速准确地实现小麦品种的优化和改良,以提高其适应不同的种植环境和生产要求。
例如,可以利用DNA-marker技术对抗旱、高温等逆境条件下的小麦品种进行筛选,以得到比传统品种更好的小麦新品种。
2. 病虫害防治小麦生产过程中最常见的问题之一是病虫害,如赤霉病、白粉病等,这些病害不仅会直接导致小麦减产甚至失败,也会对种植环境造成污染。
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小麦基因组学研究的进展与贡献小麦是世界上最重要的粮食作物之一,也是人类生活中不可或
缺的主要食物来源之一。
由于其重要性,小麦的研究一直备受关注。
在过去的几十年中,随着基因组学技术的快速发展,小麦的
基因组学研究也逐渐成为研究人员关注的焦点。
这篇文章将介绍
小麦基因组学研究的进展与贡献。
一、小麦基因组学研究的发展历程
小麦的基因组规模非常庞大,是人类所有粮食作物中最为复杂
的一个。
因此,小麦基因组学研究在过去也曾一度面临相当大的
挑战。
然而,随着基因组学技术的逐渐成熟,小麦的基因组学研
究也逐渐迎来了全新的发展时期。
最早的小麦基因组学研究始于上世纪九十年代,在此之后,数
以千计的小麦基因组片段被测序和标记。
这其中,最为有名的就
是小麦D基因组的建立。
小麦D基因组是由美国加州大学在2005
年所建立的,这一基因组用两倍体的柏氏酵母人工染色体(BAC)实现了缩小基因组规模。
该D基因组的建立代表着小麦基因组学
研究进入了一个崭新的发展阶段。
接下来,研究人员通过对小麦基因组序列的不断深入探究,逐
渐发现了更多有关小麦基因组的重要信息。
例如,2012年,研究
人员在小麦基因组中发现了一个名为LMW-GS(Low molecular weight glutenin subunit)的基因家族。
这一家族在面粉的蛋白质特
性中具有重要作用,可以改善面团的黏性,提高面包的品质。
研
究人员通过了解该家族的基因信息,可以更好地改良面包质量。
二、小麦基因组学研究的贡献
小麦的基因组规模非常庞大,因此对其进行基因组学研究可以
有效提高小麦育种的效率和精度。
以下列举了小麦基因组学研究
的几个重要贡献:
1. 基因组辅助育种
小麦生长周期长,使用传统的育种方法往往需要时间耗费人力
物力成本高昂。
在此情况下,基因组辅助育种技术可以为小麦育
种带来革命性的进展。
基因组辅助育种技术是指通过分析小麦基
因组数据,挖掘其中的关键基因,然后选择并加速优化目标基因。
该技术不仅可以加速小麦育种过程,还可以使小麦的品质得到更
大程度的改良。
2. 基因组数据的利用
基因组数据是小麦研究人员所必须的信息,对其进行合理利用
可以使小麦的种植和生产得到更好地优化。
例如,借助基因组数据,研究人员可以更好地了解每个小麦品种的性状,并对其进行
分析和比较。
这样不仅可以提高小麦的种植效率,还可以使小麦
在用途上更为广泛应用。
3. 新品种开发
小麦的种类很多,基因组学研究也为小麦新品种的开发提供了
重要支持。
小麦新品种是基因组学研究一大优势,它们不仅可以
提高小麦产量,还能改善其品质。
通过对小麦基因组序列的深入
探究,研究人员可以发现、筛选出适合特定地域生长的优质品种,并着手开发新的育种方法。
4. 疾病和病虫害的控制
小麦存在许多疾病和病虫害,这些疾病和病虫害不仅会损失大
量的小麦产量和品质,还会危及小麦的健康安全。
而基因组学研
究可以从小麦基因组中挖掘出相关基因并关注其变化,这样可以
及时控制疾病和病虫害的发生,保障小麦产量和品质。
5. 小麦基因测序的共享
随着小麦基因组学研究的不断深入,小麦基因测序数据的共享
显得尤为重要。
这不仅可以节约研究时间和成本,还可以为其他
研究人员提供便利。
在此情况下,小麦基因测序数据的共享规范
已成为全球研究人员的共同义务。
三、结论
小麦基因组学研究是小麦研究的重要方向。
因为小麦基因组的
规模庞大,从事小麦基因组学研究需要更多的高新技术、专业水
平和耐心。
但是,小麦基因组学研究的进展和成就是有目共睹的。
在未来,小麦基因组学研究将成为革命性技术,不断推进小麦的
育种和生产。