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期刊信息/Journal information
农业生物技术学报
中国农业大学 中国农业生物技术学会
农业生物技术学报

中国农业大学 中国农业生物技术学会

武维华

月刊

1674-7968

nsjxb@cau.edu.cn

010-62733684

100193

北京海淀区圆明园西路2号中国农业大学生命科学楼1053室

农业生物技术学报/Journal Journal of Agricultural BiotechnologyCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>《农业生物技术学报》创刊于1993年，由中华人民共和国教育部主管，中国农业大学与中国农业生物技术学会共同主办，是一份为农业生物技术研究与发展提供服务的科学期刊。现任主编武维华院士，著名的植物生理学与生物化学家。主要刊登与农业科学有关的植物、动物、微生物及林业、海洋等学科在组织、器官、细胞、染色体、蛋白质、基因、酶、发酵工程等不同水平上的农业生物技术研究成果；刊登与农业有关的遗传与育种、生理、生化与分子生物学、环境与生态、医学、病理学等与基础与应用基础研究成果。
正式出版
收录年代

    山黧豆半胱氨酸合成酶基因的克隆及功能分析

    申肖宋瑶瑶陈红曲瑞红...
    1443-1452页
    查看更多>>摘要：β-N-草酰-L-α,β-二氨基丙酸(β-N-oxalyl-L-α,β-diaminopropionic acid,β-ODAP)是山黧豆(Lathyrus sativus)中的重要神经激活性物质和三七(Panaxnoto ginseng)止血的活性成分(三七素),其生物合成途径与硫代谢尤其是半胱氨酸(cysteine,Cys)代谢密切相关.本研究基于山黧豆转录组数据克隆了山黧豆半胱氨酸合成酶(cysteine synthase,CS)家族基因.利用多序列比对、系统发育分析等解析基因序列特征并进行分类;利用Cys营养缺陷型大肠杆菌(Escherichia coli)突变体功能互补、原核表达及酶活检测等分析LsCS基因表达产物特征;利用氨基酸定点突变分析LsCS活性关键位点;利用qRT-PCR分析LsCS基因在种子发育期的表达特征.结果表明,山黧豆中至少存在8条LsCS基因,与大豆(Glycine max)等物种的CS基因同源性较高,均属于β-取代基丙氨酸合成酶(β-substituted alanine synthase,BSAS)基因家族;LsCS基因的表达产物均具有半胱氨酸合成酶活性,其活性发挥依赖于磷酸吡哆醛(pyridoxal phosphate,PLP);在山黧豆发育的种子中,LsCS1、LsCS2、LsCS4、LsCS6和LsCS7表达水平较高,可能是主要的半胱氨酸合成酶来源.上述研究为进一步分析山黧豆LsCS家族基因在硫代谢途径,尤其是β-ODAP生物合成过程中的功能奠定了基础.

    山黧豆β-N-草酰-L-α,β-二氨基丙酸(β-ODAP)硫代谢半胱氨酸合成酶功能互补

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    CRISPR/Cas9编辑Mlpha基因对斑马鱼黑色条纹形成的影响

    胡续雯陈红林余陆伟许细丹...
    1453-1462页
    查看更多>>摘要：黑素亲和素(melanophilin,Mlph)基因在脊椎动物的成熟黑素小体转运过程中具有关键作用,其突变会导致动物的毛色或羽色变淡等现象,但水产动物中的相关研究却极为薄弱.本研究以斑马鱼(Danio rerio)为研究对象,分析了Mlpha基因在斑马鱼不同发育阶段的表达情况,进而应用CRISPR/Cas9基因编辑技术对该基因进行了敲除,观察了F2纯合突变体的表型变化,探讨了Mlpha基因对斑马鱼体色的影响.结果发现:Mlpha基因在斑马鱼的不同发育时期均能表达,且在出膜后5 d(即腹部出现较明显黑色素带时期)的表达量最高.编辑Mlpha基因后,嵌合型突变体的胚胎和幼鱼黑色素扩散缓慢,成鱼体表黑色条带断裂,部分黑色素细胞急剧缩小.F2纯合突变体由于移码突变导致终止子出现,从而使Mlpha基因的蛋白翻译被截断,其成鱼体表的黑色素细胞也急剧缩小.进一步通过原位杂交和定量表达分析,发现与Mlpha基因相互作用的转运基因,即小GTP结合蛋白(member RAS oncogene family,Rab27a)和肌球蛋白Va(myosin Va,MyoVa)的表达量在纯合突变体中也显著降低(P<0.05).本研究表明,Mlpha基因突变影响了黑色素的运输过程,从而导致斑马鱼黑色条纹的形成受阻.研究结果为了解鱼类黑斑体色形成的遗传基础与机制提供了有益的参考依据.

    黑素亲和素(Mlph)基因黑素小体CRISPR/Cas9原位杂交基因表达

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    小麦叶锈菌生理小种PHNT候选效应蛋白的筛选及分析

    武文月孙新康秦臻马秋颖...
    1463-1472页
    查看更多>>摘要：小麦(Triticum aestivum)叶锈菌(Puccinia triticina)可分泌各种特殊效应蛋白,后者侵入宿主细胞发挥毒性作用,最终使植物的防御反应遭到破坏.解析小麦叶锈菌的致病机理对于开发病害防控技术与策略具有重要的指导意义.本课题组在前期工作中,利用甲基磺酸乙酯(ethyl methanesulfonate,EMS)诱变小麦叶锈菌生理小种PHNT,成功获得抗叶锈基因Lr19的毒性突变菌株,并完成了突变菌株和野生型菌株的转录组测序.本研究基于测序结果,利用Signal P、TMHMM、Big-PI Predictor、Target P及Effector P等在线预测软件,从小麦叶锈菌10870个蛋白序列中筛选出301个候选效应蛋白;信号肽长度主要为19～23 aa,其中出现频率最高的氨基酸为亮氨酸和丙氨酸;亚细胞定位预测结果显示,候选效应蛋白主要定位在植物细胞外;MEME预测分析获得3个新的基序(motif).为明确效应基因在叶锈菌侵染小麦不同时间进程的表达模式,从301个候选效应蛋白中随机选择7个富含半胱氨酸、甘氨酸或丝氨酸的候选效应蛋白,利用qRT-PCR技术进行基因表达分析,结果显示,7个基因在叶锈菌侵染前期上调表达,可能在叶锈菌侵染小麦的过程中发挥作用.为了验证候选效应蛋白的毒性功能,利用Gateway定向克隆技术将7个基因分别连接到带有GFP标签的终载体pEarleyGate103上,利用根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导的烟草(Nicotiana tabacum)瞬时转化技术验证候选效应蛋白的毒性功能.结果表明,PTTG_27401可抑制BCL2-associated X(BAX)诱导的细胞坏死,具有潜在的毒性功能.本研究为进一步鉴定小麦叶锈菌PHNT效应蛋白及解析病原菌致病机制提供基础资料.

    小麦叶锈菌候选效应蛋白生物信息学分析qRT-PCRBAX(BCL2-associatedX)

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    不同种植密度下玉米籽粒容重全基因组关联分析

    袁凡郑云霄刘强黄亚群...
    1473-1484页
    查看更多>>摘要：玉米(Zea mays)是我国主要粮饲作物,容重是评价玉米品质等级的指标.随着耐密植玉米品种的选育和推广逐渐增多,种植密度对玉米品质的影响受到育种者的关注.本研究以248份遗传多样性丰富的玉米自交系为关联群体,在多环境不同种植密度下对容重性状进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS),利用分布于全基因组的83057个SNP标记,探究种植密度对容重性状影响,挖掘容重相关位点和控制容重的候选基因.结果发现种植密度对容重性状影响显著,'XF134'、'4676A'、'811A'、'吉4112'等自交系受密度影响较小可以保持较高的容重,适合在密植环境下种植.本研究共检测到14个显著SNP位点,分别位于1、3、4、5、6、7和10号染色体上,单个位点表型贡献率(phenotypic variance explained,PVE)为1.84％～30.91％.该群体的衰减距离为120 kb,在此范围搜索显著SNP位点上下游共发现72个候选基因,可归类到7类生物过程,8类细胞组成,6类分子功能.推测得到7个可能与籽粒容重相关的候选基因GRMZM2G079263、GRMZM2G079617、GRMZM2G403609、GRMZM2G180659、GRMZM2G160840、GRMZM2G104254、GRMZM2G057281,这些基因可能参与胚乳发育,光合作用以及抵抗逆境等影响容重品质的调节.本研究为后续进一步探究容重遗传原理和机制以及分子辅助选择育种提供了帮助.

    玉米籽粒容重(KTW)全基因组关联分析(GWAS)

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    苎麻液泡膜质子焦磷酸酶基因BnVP1的克隆及镉胁迫下的表达分析

    朱守晶史文娟
    1485-1494页
    查看更多>>摘要：镉是一种伴随工农业生产而进入环境的重金属污染物,对多种生物具有较强的毒性.液泡区隔化是植物应对镉胁迫的重要机制之一.液泡膜质子焦磷酸酶(vacuolar H+-pyrophosphatase,V-H+-PPase)是一种存在于液泡膜上的质子泵,在无机离子的跨膜运输中发挥重要作用.本研究在前期苎麻(Boehmeria nivea)镉胁迫转录组分析的基础上,采用cDNA末端快速扩增(rapid-amplification of cDNA ends,RACE)技术从苎麻中克隆到一个V-H+-PPase基因BnVP1(GenBank No.MW029619).BnVP1基因的ORF长度为2292 bp,编码763个氨基酸.BnVP1蛋白为跨膜蛋白,包含15个跨膜区,属于H_PPase超家族,与碧桃(Prunus persica)PpVP1(XP_007208066.1)、苹果(Malus domestica)MdVP1(XP_008359855.1)、可可(Theobroma cacao)TcVP1(XP_017977384.1)、陆地棉(Gossypium raimondii)GrVP1(XP_012476518.1)等Ⅰ型V-H+-PPase基因编码蛋白的氨基酸序列相似性较高,介于90.04％～92.27％之间.BnVP1启动子中含有若干与非生物逆境相关的诱导元件.qRT-PCR分析表明,BnVP1的表达不存在组织特异性.在镉胁迫下,苎麻根部与叶片中的BnVP1的表达量迅速增加达到最大值,显著受镉胁迫诱导.本研究丰富了苎麻耐镉分子机制的研究内容,为BnVP1基因的耐镉机制研究提供了参考.

    液泡膜质子焦磷酸酶(V-H+-PPase)镉苎麻克隆表达分析

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    木豆JAZ基因家族鉴定及其响应致病真菌Cc1-1侵染的表达分析

    李娜宋治华范雨欣董碧莹...
    1495-1505页
    查看更多>>摘要：茉莉酸类化合物在植物响应生物胁迫反应中起着调控全局的关键作用,而JAZ(jasmonate ZIM-domain)则是茉莉酸(jasmonic acid,JA)信号途径的关键调控因子.本研究首先通过生物信息学分析在木豆(Cajanus cajan)全基因组中鉴定出24个JAZ基因家族成员,并进行了系统发育分析、基因染色体定位、蛋白质保守结构域分析,同时根据前期转录组数据分析了JAZs在根和叶片中的表达模式,最后利用反转录PCR(reverse transcription-PCR,RT-PCR)技术检测木豆叶片内JAZs对致病真菌Cc1-1侵染的响应模式.结果显示,JAZ家族成员的氨基酸残基数为129～376个,等电点为5.94～9.37;通过MEGA软件可聚类为5个亚家族;24个基因不均匀分布于6条染色体上;亚细胞定位预测表明,CcJAZ12和CcJAZ18定位于叶绿体,CcJAZ19定位于细胞骨架,其余21个JAZs均定位于细胞核.启动子顺式作用元件预测结果显示,JAZ家族部分成员的启动子上具有JA响应元件,同时存在大量光响应元件及少量脱落酸、水杨酸等其他激素调控元件.转录组数据分析发现,24个木豆JAZs在根部中的表达量普遍高于叶片,其中CcJAZ19表达量最高,可能在叶片抵御生物胁迫中发挥重要作用.致病真菌Cc1-1侵染木豆叶片后,随着侵染时间延长,叶片内JAZs基因表达量普遍呈现逐渐升高的趋势,CcJAZ8、CcJAZ19、CcJAZ23显著上调表达,CcJAZ19在Cc1-1侵染6 h上调表达至2.5倍(P<0.05),可能参与JA信号途径介导的真菌防御反应.本研究为深入开展JA信号分子调控机制的研究提供基础资料.

    木豆生物胁迫JAZ(jasmonateZIM-domain)基因家族分析

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    桂花OfTCPs基因克隆及其在花芽分化期表达特性分析

    周丹缪云锋董彬杨丽媛...
    1506-1517页
    查看更多>>摘要：桂花(Osmanthus fragrans)是我国传统名花,其花芽分化进程受环境低温的影响.植物中特有的转录因子TCP(teosinte branched 1/cycloidea/proliferating cell)参与调节植物细胞、器官和组织形成等生理过程,在花芽发育过程中具有重要作用.本研究基于桂花'堰虹桂'转录组数据,克隆得到12个OfTCPs基因的cDNA序列,其中7个OfTCPs基因序列具有完整的开放阅读框(open reading frames,ORF),长度在807～1365 bp,编码蛋白长度为268～454个氨基酸;分子量28.24～49.49 kD,等电点在6.57～9.08之间.蛋白结构域分析表明OfTCP均含有保守的碱性区-螺旋-环-螺旋(basic helix-loop-helix,bHLH)结构域;系统进化树分析显示,12个OfTCPs蛋白可以分为ClassⅠ和ClassⅡ两个亚家族,同一亚组的蛋白含有相似的保守元件.qRT-PCR分析发现,在不同温度处理下(19和25℃)OfTCP5、OfTCP9和OfTCP12可能是响应低温促进花芽分化的关键基因,但OfTCP9对低温的响应较为迟缓且主要在花芽分化后期起作用;转录激活活性分析表明OfTCP5和OfTCP12不具有转录激活活性.本研究可为进一步探讨TCP转录因子响应环境温度变化调控桂花花芽分化的分子机制提供理论基础.

    桂花TCP花芽分化表达分析

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    中国荷斯坦牛IGF1R基因对产奶性状的遗传效应分析

    刘亚楠彭朋郑伟杰韩博...
    1518-1527页
    查看更多>>摘要：本课题组前期通过转录组测序发现,中国荷斯坦母牛(Bos taurus)干奶期肝脏组织中类胰岛素生长因子Ⅰ型(insulin-like growth factorⅠ,IGF1)受体基因(IGF1 receptor,IGF1R)表达量显著高于泌乳初期和高峰期.IGF1R是一种受体酪氨酸激酶,在IGF的信号传导中起着至关重要的作用.为验证IGF1R基因是否对产奶性状具有显著遗传效应,本研究利用40头荷斯坦公牛的混池基因组DNA,采用PCR产物直接测序法扫描IGF1R基因的全部编码区以及上下游调控区各2000 bp区段以鉴定潜在多态位点,在947头中国荷斯坦母牛实验群体中,对鉴定到的SNP位点通过靶向测序基因型分型方法测定基因型,采用动物模型与5个产奶性状进行关联分析.结果共检测到7个SNP位点,1个位于外显子、5个位于内含子区、1个位于3'调控区;单标记关联分析结果表明:6个SNP位点与产奶量、乳脂量、乳蛋白量和乳蛋白率性状显著关联(P=0.0146～<0.0001);显性效应、等位基因替代效应达到显著(P<0.05)或极显著(P<0.01);SNP位点间连锁不平衡程度(linkage disequilibrium,LD)计算结果显示:7个多态性位点存在连锁(r2=0.85～0.99),可划分为3个单倍型块;单倍型关联分析结果显示:单倍型块1与5个产奶性状均未达到显著关联(P>0.05),单倍型块2和3与产奶量、乳脂量和乳蛋白量性状呈现极显著关联(P=0.0003～<0.0001),单倍型1和单倍型2为优势单倍型,可分别提高产奶量、乳脂量和乳蛋白量.由此,IGF1R基因对中国荷斯坦牛产奶性状产奶量、乳脂量和乳蛋白量性状遗传效应显著,可望向奶牛基因组选择提供分子标记.

    中国荷斯坦奶牛类胰岛素生长因子Ⅰ型受体基因(IGF1R)产奶性状SNP遗传效应

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    BCAS2基因对猪颗粒细胞凋亡的影响

    李明娜李营营孙敬华秦士贞...
    1528-1537页
    查看更多>>摘要：乳腺癌相关蛋白2(breast carcinoma amplified sequence 2,BCAS2)能够参与多种细胞的DNA损伤反应、蛋白质稳定性改变及pre-mRNA剪接等过程.有关BCAS2在小鼠(Mus musculus)生殖细胞形成、早期胚胎发育、卵巢颗粒细胞中的作用研究较多,然而该基因是否参与调控家畜卵泡中颗粒细胞的增殖或凋亡仍未见报道.本研究向体外培养的猪(Sus scrofa)颗粒细胞中添加促卵泡素(follicle stimulating hormone,FSH),观察是否影响BCAS2的表达;采用RNAi技术敲低BCAS2,检测细胞凋亡情况及相关基因的表达水平.结果显示,100 ng/mL FSH处理24 h后BCAS2 mRNA和蛋白表达均显著升高(P<0.05).BCAS2敲低后颗粒细胞凋亡率显著增加(P<0.05),抗凋亡因子B淋巴细胞瘤2蛋白基因(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)表达量显著降低(P<0.05),增殖细胞核抗原基因(proliferating cell nuclear antigen,PCNA)表达量极显著降低(P<0.01),Bcl-2相关X蛋白基因(Bcl-2 associated X protein,Bax)表达水平显著增高(P<0.05).同时微管蛋白β基因(tubulinβ,TUBB)、TUBA1A和雌激素受体2基因(estrogen receptor 2,ESR2)表达量极显著降低(P<0.01),ESR1表达量显著降低(P<0.05),肿瘤蛋白53基因(tumor protein p53,p53)表达量显著升高.表明BCAS2基因敲低能够引起猪颗粒细胞凋亡,其调控机制可能涉及pre-mRNA剪接、雌激素受体(estrogen receptor,ER)转录调控或p53通路.本研究为进一步揭示家畜卵泡发育潜在的调控机制提供理论依据.

    乳腺癌相关蛋白2(BCAS2)基因猪颗粒细胞凋亡

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    饲粮色氨酸水平对断奶仔猪器官指数及小肠相关基因表达的影响

    马文锋郭亮王占彬赵芙蓉...
    1538-1545页
    查看更多>>摘要：色氨酸是断奶仔猪(Sus scrofa)的第二或第三限制性氨基酸,在调控采食、生长、免疫及肠道发育等方面发挥重要作用.本研究降低了日粮的粗蛋白含量,设置了4个不同的色氨酸含量,旨在研究饲粮色氨酸水平对断奶仔猪血清生化指标、不同组织吲哚-2,3双加氧酶(indole-2,3 dioxygenase,IDO)和小肠紧密连接蛋白基因表达的影响.实验采用单因子实验设计,选用初始体重为(6.5±0.2)kg的三元(杜×长×大)健康断奶仔猪240头,随机分为4个处理,每个处理6个重复,每个重复10头猪,实验期28 d.饲粮中色氨酸与赖氨酸的比例分别为0.15、0.18、0.21和0.24,其余营养素含量相同.利用生化测定仪检测仔猪血清生化指标,利用qRT-PCR检测肾、脾、胃和小肠IDO的基因表达量以及小肠闭锁蛋白(occludin)和闭合小环蛋白-1(zona occludens-1,ZO-1)的基因表达量.结果表明,与色氨酸与赖氨酸比例为0.15组相比,提高比例至0.18、0.21或者0.24时,断奶仔猪的肾脏、脾脏、胃和回肠的IDO表达量均显著降低(P<0.05),而0.24组空肠IDO表达量显著提高(P<0.05).饲粮中色氨酸与赖氨酸比例由0.15提高至0.18、0.21和0.24时,断奶仔猪十二指肠和回肠occludin和ZO-1的基因表达量均显著降低(P<0.05),0.18和0.24组空肠ZO-1表达量显著降低(P<0.05),0.21组的仔猪空肠occludin表达量显著升高(P<0.05).饲粮中色氨酸与赖氨酸比例由0.15提高至0.24时,也可以降低断奶仔猪血清尿素氮水平(P<0.05).本研究发现,调控饲粮色氨酸与赖氨酸的比例由0.15至0.18时,可以调控机体组织IDO和小肠紧密连接蛋白的mRNA丰度,同时影响机体的氮代谢状态.综合以上指标考虑,断奶仔猪饲粮适宜的色氨酸与赖氨酸比值为0.18.本研究结果为色氨酸在断奶仔猪日粮的合理应用提供了一定的理论依据.

    色氨酸断奶仔猪吲哚-2,3双加氧酶(IDO)紧密连接蛋白

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