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作物学报
中国作物学会　中国农业科学院作物科学研究所
作物学报

中国作物学会　中国农业科学院作物科学研究所

万建民

月刊

0496-3490

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010-82108548

100081

北京市海淀区中关村南大街12号

作物学报/Journal Acta Agronomica SinicaCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>《作物学报》是中国科学技术协会主管、中国作物学会和中国农业科学院作物科学研究所共同主办、科学出版社出版的有关作物科学的学术期刊。前身可追溯到1919年1月中华农学会创办的《中华农学会丛刊》, 后相继改名为《中华农林会报》、《中华农学会报》、《中国农业研究》和《农业学报》, 1962年改为现名《作物学报》。主要刊登农作物遗传育种、耕作栽培、生理生化、生态、种质资源、谷物化学、贮藏加工以及与农作物有关的生物技术、生物数学、生物物理、农业气象等领域以第一手资料撰写的学术论文、研究报告、简报以及专题综述、评述等。办刊宗旨是为繁荣我国作物科学技术、促进国内外学术交流和加速我国的农业现代化建设服务。读者对象是从事农作物科学研究的科技工作者、大专院校师生和具有同等水平的专业人士。《作物学报》从1999年起连续12年获“国家自然科学基金重点学术期刊专项基金”的资助。2006—2011年连续6年获“中国科协精品科技期刊工程项目(B类)”资助。从2002年起连续9年被中国科技信息研究所授予“百种中国杰出学术期刊”称号。2011年获第二届中国出版政府奖期刊奖提名奖, 2005年获“第三届国家期刊奖提名奖”。2009年被中国期刊协会和中国出版科学研究所授予“新中国60年有影响力的期刊”称号。据北京大学图书馆编著的《中文核心期刊要目总览》(2004和2008年版)登载, 《作物学报》被列在“农学、农作物类核心期刊表”的首位。
正式出版
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    不同CRISPR-Cas12f系统的编辑效率比较

    黄灵芝符晓祁显涛刘昌林...
    2425-2434页
    查看更多>>摘要：来自Type V-F家族的CRISPR/Cas12f蛋白报道仅为Cas9 蛋白分子的 1/4 到 1/3 大小,在病毒载体的递送上具有重要优势.然而,CRISPR/Cas12f系统介导植物基因编辑的报道较少,编辑活性相对较低,限制了该系统在植物上的进一步应用.本研究分别在体外酶切、酵母以及玉米原生质体瞬时表达 3 个体系中比较了OsCas12f、SpCas12f及UnCas12f的编辑活性.结果表明,基于Cas12f/sgRNA的体外酶切,OsCas12f与SpCas12f蛋白的编辑活性相当,未检测到UnCas12f对底物酶切活性;在酵母突变eGFP的恢复表达试验中,OsCas12f在 2 个测试位点对eGFP蛋白的表达恢复效率达到 95%以上,效率与Cas12i.3 相当;SpCas12f介导的 2 个位点eGFP蛋白表达恢复效率分别是 1.63%与 3.20%,效果次之;UnCas12f蛋白几乎无编辑活性;玉米原生质体瞬时表达比较OsCas12f和SpCas12f介导的玉米内源位点的编辑效率,发现OsCas12f对 2 个位点的编辑效率分别为 2.72%和 1.97%,而SpCas12f仅能介导其中 1 个位点的定点编辑,编辑效率为 1.09%.Cas12f 蛋白在靶位点处引入的突变类型以碱基的缺失为主,缺失碱基长度在-9～-17 bp之间.综上,OsCas12f可以作为植物微型基因编辑器及衍生技术开发的底盘工具酶.

    Cas12fsgRNA/Cas12核糖核蛋白复合体原生质体编辑效率

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    利用基因编辑技术创制低谷蛋白水稻种质

    周田田唐兆成李笑朱鹏...
    2435-2446页
    查看更多>>摘要：水稻(Oryza sativa L.)是重要的粮食作物,蛋白质是稻米的第二大营养物质.肾脏病人通常需要限制蛋白质的摄入量以减轻肾脏的负担和控制病情进展.稻米蛋白中谷蛋白含量最高,且易被人体消化.本研究以LGC-1 作为供体亲本培育出的粳稻品种为转基因受体,利用CRISPR/Cas9 介导的基因编辑技术一次性敲除谷蛋白A(Glutelin A,GluA)亚家族编码基因GluA1、GluA2 和GluA3,获得了不含转基因元件的谷蛋白含量约为 1.8%的低谷蛋白种质,并对所得种质的稻米品质和农艺性状进行了全面评估.所得低谷蛋白种质外观品质较好,相比于受体品种垩白度降低、糙米率和精米率提高.本研究为创制低谷蛋白水稻品种提供了一种高效、简便的方法,为培育适合肾病患者的功能性水稻品种提供了一种新的遗传材料.

    水稻基因编辑蛋白低谷蛋白水稻

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    转录因子GhWRKY41促进水杨酸合成增强棉花对黄萎病菌的抗性

    肖胜华董贤镘彭鑫李安子...
    2447-2457页
    查看更多>>摘要：棉花是我国最重要的经济作物之一,但其产量和品质受黄萎病菌危害而大幅度下降.挖掘棉花黄萎病抗性相关基因并解析其分子机制,对加快棉花抗黄萎病育种进程具有重要意义.前期研究鉴定到一个在多个抗病棉花品种中均受黄萎病菌诱导显著上调表达的WRKY基因GhWRKY41,该基因通过激活苯丙烷代谢增强棉花对黄萎病菌的抗性.本研究进一步分析了GhWRKY41 在不同激素处理下的诱导表达模式,利用病毒介导的基因沉默(VIGS)技术验证了 GhWRKY41 的抗病功能,并利用前期已创制的 GhWRKY41 转基因棉花株系'Jin668'测定了其内源植物抗病激素含量.结果显示,GhWRKY41 受水杨酸(SA)、Me-JA和H2O2 诱导均显著上调表达;GhWRKY41 被沉默后可削弱棉花对黄萎病菌的抗性;SA 含量在 GhWRKY41 超表达棉花中显著增加,而在 GhWRKY41 干涉棉花中则明显减少.RT-qPCR分析显示,SA合成基因GhSID2 及SA信号转导基因GhNPR1、GhPR1、GhPR5 的表达水平在超表达植株中明显上调,而在干涉植株中则显著下降.ChIP-qPCR和双荧光素酶报告基因试验结果表明,GhWRKY41 可结合并激活GhSID2、GhPR1 和GhPR5 的表达.此外,外施SA可明显提高棉花的黄萎病抗性.综上表明,GhWRKY41 可通过促进棉花中内源植物激素 SA的合成来增强植株的黄萎病抗性,这一结果完善了 GhWRKY41 在棉花抵御黄萎病菌过程中的生物学功能,为未来利用黄萎病抗性基因创制棉花抗病材料提供了理论基础.

    棉花黄萎病菌GhWRKY41水杨酸

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    过表达野生大豆耐盐碱基因GsGSTU13提高了水稻苗期耐盐碱性

    李宛鸿胡冰霜孙晓丽才晓溪...
    2458-2467页
    查看更多>>摘要：谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferases,GSTs)是一类高度保守的功能酶,在植物对非生物胁迫应答过程中发挥重要作用.本研究通过生物信息学分析发现,野生大豆GsGSTU13与水稻GSTU17蛋白序列相似性最高,均含有高度保守的结构域.为探究 GsGSTU13 基因对水稻耐盐碱性的影响,通过遗传转化、PCR、RT-PCR 和 GST 活性检测,获得了 2 个GsGSTU13 过表达转基因水稻纯合株系.苗期耐盐碱性分析显示,200 mmol L-1 NaHCO3 处理下,GsGSTU13 转基因株系的活性氧积累显著低于野生型,而存活率、相对含水量、超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和GST活性均显著高于野生型.综上,在水稻中过表达GsGSTU13 基因增强了活性氧清除能力,提高了转基因水稻耐盐碱性,为耐盐碱水稻新种质创制提供了参考.

    水稻野生大豆耐盐碱性谷胱甘肽S-转移酶GsGSTU13

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    国内外谷子资源农艺、品质性状差异分析以及遗传多样性研究

    薛亚鹏辛旭霞王若楠于筱菡...
    2468-2482页
    查看更多>>摘要：对新引进国外谷子资源的综合农艺性状、品质性状以及与国内地方品种的亲缘关系进行研究,为优异资源挖掘、利用提供数据参考.本研究以 88 份新引进谷子品种和 152 份国内地方品种为研究对象,对其开展田间农艺性状的调查,对收获后的种子进行品质测定,同时利用重测序获得的 SNP 标记开展亲缘关系分析.结果表明,数量性状在参试材料之间有显著的差异,遗传多样性丰富,遗传多样性指数H'≥2.00的性状有7个,数量性状综合评价排名前3的材料为来自山东省的半月硬(F=2.47)、来自英国的新引进种质Y-190(F=2.45)和来自山西省的大白谷I(F=2.38);质量性状差异不显著,遗传多样性指数 H'介于 0.38～1.37 之间;相关性分析显示除穗粗与千粒重呈现不显著负相关外,其余数量性状之间均呈现不同程度的正相关.品质测定结果显示各性状基本符合正态分布且在不同品种间存在差异,品质性状的遗传多样性指数H'介于1.65～2.05,粗蛋白和粗脂肪的遗传多样性最丰富(H'≥2.00);相关性分析显示,粗蛋白含量与粗脂肪含量、粗脂肪含量与粗纤维含量均呈现不显著负相关;淀粉含量与粗纤维含量、L*与 b*均呈现显著的正相关.基于表型性状将参试材料划分为 4 类,且每个类群均存在表型特异性;基于 SNP的进化树和群体结构分析表明不同品种间存在多样的亲缘关系,部分新引进种质与国内地方品种间存在较近的亲缘关系,不同材料间的具体的亲缘关系还需进一步研究.通过本研究对近几年新引进的国外资源的农艺性状、品质性状以及与国内资源的异同进行了全面的评价,为后续优异资源的利用、推广奠定了基础.

    谷子农艺性状品质性状SNP亲缘关系

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    大麦籽粒β-葡聚糖含量的全基因组关联分析及候选基因预测

    鲁宗辉司二静叶霈颖汪军成...
    2483-2492页
    查看更多>>摘要：利用高通量SNP芯片对 238份不同来源的大麦种质资源进行基因型分析,并测定 2年的籽粒β-葡聚糖含量,通过基于PCA模型的一般线性模型(general linear model,GLM)进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS).结果表明,238 份大麦材料的β-葡聚糖含量分布在 1.23%～6.55%和 1.79%～6.64%之间且均呈正态分布.GWAS分析共检测到 19 个显著的SNP标记,分布在 1H、2H、3H、4H和 5H染色体上,可解释表型变异的 7.39%～10.29%.在显著关联的SNP位点上下游各 300 kb范围内进行候选基因挖掘,共寻找到 37 个基因,基于前人研究和BLAST基因注释共筛选到 4 个最有可能与β-葡聚糖合成相关的候选基因,在最显著SNP位点B1_1033963 上游 89 kb处找到候选基因HORVU.MOREX.r3.1HG0000140,该基因可能是与β-葡聚糖合成过程紧密相关的基因.本研究可为大麦β-葡聚糖含量遗传改良提供理论指导与优异基因资源.

    大麦β-葡聚糖全基因组关联分析SNP标记

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    深水稻全生育期耐盐性状的QTL定位

    夏秀忠张宗琼农保选冯锐...
    2493-2502页
    查看更多>>摘要：盐胁迫是许多沿海地区水稻生产的主要制约因素,尤其是沿海地区的咸淡水交汇区域.耐盐性是一种复杂的性状,可以通过 QTL 定位来帮助耐盐育种,以培育更高耐盐性的水稻品种.本研究供体亲本为沿海深水稻品种赤禾,受体亲本为美国水稻品种Lemont,杂交获得 174 份F9 代的重组自交系,在芽期、苗期和生殖生长期分别利用浓度为 15 g L-1、5 g L-1 和 5～6 g L-1 的NaCl进行胁迫,通过芽期相对发芽率、苗期耐盐性评级和生殖生长期的 7 个表型性状为基础数据,利用 142 个SSR分子标记绘制连锁遗传图并进行QTL分析.鉴定结果发现,赤禾在芽期表现敏盐,在苗期和生殖生长期表现耐盐;Lemont相反.3 个生长时期分别有 70.11%、50.57%和 60.34%的品系表现为弱耐盐性,而且耐盐性为弱的负相关.本研究共鉴定出 33 个LOD值为 2.52～10.32 的QTL,解释 0.06%～13.68%的表型遗传变异,解释最大遗传变异的QTL均由耐盐亲本贡献,其中芽期 4 个、苗期 6 个和生殖生长期 23 个位点,并在生殖生长期发现 4 个QTL重叠区域.这些QTL可以进一步研究,不仅为提高水稻育种的耐盐性提供了新的遗传资源,还有助于在水稻耐盐育种中,提高水稻品种的耐盐性.

    全生育期耐盐深水稻鉴定评价数量性状位点

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    大麦HvMBF1c耐盐机制分析

    湛潇潇冯举伶张震欢张宏...
    2503-2514页
    查看更多>>摘要：大麦HvMBF1c基因参与调控植物盐胁迫表达,为探究其对盐胁迫的响应模式,本文对大麦HvMBF1基因进行生物信息学分析,并以中川大麦(耐盐型)、GN18(盐敏感型)及 WT 与转 HvMBF1c 基因拟南芥为材料,分别取200 mmol L-1 NaCl胁迫 0 h、6 h、12 h、24 h、48 h及 72 h样品,对其进行qRT-PCR分析和生理指标的测定.结果显示,大麦 HvMBF1c 基因与小麦 TaMBF1c 亲缘关系最近,位于 7H 染色体上.HvMBF1c 的外显子比 HvMBF1a 和HvMBF1b的大,且HvMBF1a和HvMBF1b两者具有典型的motif 4 结构域,而HvMBF1c基因具有独特的motif 5 结构域.HvMBF1c基因的启动子序列含有光响应、根特定调节元件和缺氧特异性诱导增强元件,与小麦 2 号、3 号和7 号染色体存在同源性.qRT-PCR分析表明,随着盐处理时间的延长,大麦HvMBF1c基因在 2 份种质材料苗期、拔节期、抽穗期和灌浆期的表达量呈上升趋势,且中川大麦中该基因的表达量高于GN18 中的表达量;转HvMBF1c拟南芥中其表达量随着盐处理时间的延长而升高.盐胁迫下,中川大麦苗期、拔节期、抽穗期及灌浆期的SOD、POD、CAT、MDA 和可溶性蛋白低于 GN18,转基因拟南芥中各生理指标的变化量低于 WT.本研究结果为进一步探索HvMBF1c的功能提供参考.

    大麦HvMBF1c生理指标共线性分析表达量

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    胡麻P5CS基因家族进化模式分析及LusP5CS1基因耐旱能力验证

    王玲张艳萍齐燕妮汪磊...
    2515-2527页
    查看更多>>摘要：吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)是植物中由 P5CS 基因编码的一种与干旱胁迫响应紧密联系的关键酶,它主要负责调节脯氨酸的生物合成.研究胡麻 P5CS 基因家族进化模式对进一步探索其在胡麻耐旱过程中的作用机制具有重要意义.本研究以拟南芥的 2 个P5CS基因作为查询序列,从胡麻、油菜、大豆、花生、向日葵、水稻、小麦等主要粮油作物的基因组中筛选获得P5CS基因家族成员.并通过分析不同作物P5CS基因受选择压力的大小、位点及功能分化潜力等阐明其进化模式,并在拟南芥中对其进行功能验证.研究结果显示,与其他作物的同源基因相比,胡麻P5CS基因家族成员在基因结构和进化模式上存在显著差异.在拟南芥中过表达受正向选择的胡麻LusP5CS1 基因可以显著增加转基因拟南芥脯氨酸的积累并增强其耐旱性;在非干旱胁迫下过表达转基因拟南芥也表现出明显的适合度优势.本研究为胡麻耐旱分子机制和抗旱育种提供了理论基础.

    胡麻P5CS基因家族系统发育分析基因复制功能分化

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    不同种植环境下国内外棉花种质资源的遗传多样性分析与评价

    尚红燕普静柯会锋谷淇深...
    2528-2537页
    查看更多>>摘要：目前,我国棉花育种存在着现有品种同质性高,种质资源遗传多样性下降,优异基因资源挖掘不足等问题.鉴于此,本研究以来自我国三大棉区(黄河流域棉区、长江流域棉区和西北内陆棉区)与国外的 415 份棉花种质资源为材料,在海南三亚、河北河间和河北辛集3个环境下,对3个产量性状指标和7个纤维品质指标进行鉴定和综合评价.结果发现,三亚单铃纤维重和衣分值最高,纤维品质最差,河间单铃重最高,纤维品质最佳,辛集产量性状最差;同时发现,10 个表型性状在 3 个环境下变异系数较大,且具有丰富的遗传多样性.不同来源棉花种质资源除纤维长度、整齐度及短纤维率外均存在显著差异,黄河流域棉区种质资源产量性状最好,纤维长度和断裂比强度最高,且大于"双 30"的材料占比最多,但马克隆值偏高;长江流域棉区的单铃纤维重和衣分较高;国外种质资源铃重较高,衣分最低.相关性和聚类分析结果表明,产量性状之间多呈正相关,供试种质资源被分为 5 类.通过因子分析法对供试材料进行综合排名,筛选出7份大铃(>7 g),26份高衣分(>42%),11份纤维长度与断裂比强度均大于"30"的种质资源,以及 9 份综合性状表现优异的资源,为棉花育种提供了优异亲本材料,也为进一步开展研究提供了重要依据.

    棉花种质资源产量纤维品质优异种质

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