农科智库编译全球作物生物育种重要基因发现

西班牙研究人员确定控制甜瓜成熟的重要基因

西班牙农业基因组学研究中心（CRAG）、西班牙农业食品研究与技术研究所（IRTA）和法国高等师范学院生物研究所（IBENS）进行了一项合作研究，发现了3个与甜瓜果实成熟有关的基因——CmCTR1、CmROS1和CmNAC-NOR，并利用CRISPR/Cas9技术对其进行基因突变，确定了它们的重要作用。研究发现，通过抑制CmCTR1、CmROS1基因表达，可以加速果实成熟。在研究CmNAC-NOR功能过程中，研究人员获得了两个CRISPR/Cas9介导的突变体（nor-3和nor-1）。突变体nor-3可以成功将果实成熟延迟约8天而不影响果实质量，突变体nor-1则可以完全抑制果实成熟。这一发现揭示了甜瓜的成熟机制，有助于开发早熟甜瓜新品种，还可以延长甜瓜保质期，减少食物浪费。研究结果分别于近日发表于《植物科学前沿》和《实验植物学杂志》。

德国科学家首次破译马铃薯四倍体基因组

德国慕尼黑大学和马克斯·普朗克植物育种研究所的科学家首次破译了高度复杂的四倍体马铃薯基因组。马铃薯是世界上生产最广泛的块茎作物，但其品种单一，多样性较低，使其易染病害，而这可能会产生严重后果。普通马铃薯栽培种是四倍体，这使得新品种培育耗时且极具挑战性，其基因组的重建比人类基因组重建技术挑战更大。研究人员通过对大量马铃薯单个花粉细胞的DNA进行测序，从而避开了区分马铃薯四个相似染色体拷贝的障碍。与马铃薯所有其他细胞相比，每个花粉细胞只包含每个染色体的两个随机拷贝。上述方法促进了整个马铃薯基因组序列的重建。获得马铃薯栽培种的完整DNA序列，可以使研究人员更容易地识别形成理想或非理想品种的基因变异，能够极大地促进马铃薯的育种。这项研究为加速培育更优异的品种奠定了生物技术基础。相关研究成果于近日发表在《自然—遗传学》期刊上。

我国科学家发现水稻“优秀”高产基因

中国农业科学院作物科学研究所周文彬团队在水稻中发现高产基因（OsDREB1C），能够同时提高光合作用效率和氮素利用效率，可提高作物产量30%以上。研究人员在不同作物中对转录因子OsDREB1C进行了增强基因表达操作，并观察他们的田间表现。2018年至2022年，该团队在北京、三亚、杭州进行了多年多点田间试验。结果显示，在水稻品种“日本晴”中过表达OsDREB1C基因，比对照组产量提高41.3 68.3%；在南方栽培稻品种“秀水134”中过量表达该基因，较对照组产量提高30.1 41.6%。研究证明，OsDREB1C在水稻中过表达，具有光合作用效率、氮肥利用率高及早熟三重效果，在提升水稻产量、降低氮肥使用、解决作物复种中茬口偏紧等实际农业生产问题中，都有重要的作用。此外，OsDREB1C在小麦中也同样存在高产早熟的保守性功能。该基因发现具有重要的科学价值和应用前景，将进一步推动水稻等作物可持续集约化生产。相关成果于近日已在线发表于《科学》。

遗传发育所等发现小麦增产新基因

中国科学院遗传与发育生物学研究所的一项研究发现，对APETALA2/乙烯反应因子（AP2/ERF）转录因子DUO1 进行基因编辑可以提高小麦籽粒产量。研究人员通过分析与小穗数有关的关键基因，发现了一个可以提升小穗数的全新基因DUO-B1。该研究在二穗短柄草中发现了一个穗多分枝的突变体，并分离到对应的基因BdDUO1。该基因编码一个ERF类转录因子。BdDUO1的拟南芥同源基因突变后，茎生叶分枝数有微弱提升。而该基因在普通小麦B基因组中的同源基因DUO-B1表达在群体中与穗粒数负相关，提示参与穗发育调控。研究发现敲除DUO-B1后，突变体具有多小穗的表型，且其他农艺性状无明显改变。突变体中穗中部在一个穗节处形成多个小穗，从而提升了穗粒数。该突变体的多年多条件田间种植试验结果显示，在中等密度田间种植条件下duo-B1突变体穗粒数提升并可增产10%。这项研究对于剖析小麦产量性状形成机制具有重要意义，并为小麦高产育种提供了重要基因资源。研究结果于近日发表于《自然植物》。

美科学家确定开花植物果实和种子的发育机制

近日，美国马里兰大学的科学家研究了在开花植物中受精如何诱导胚乳中的生长素生物合成，以促进肉质果实的萌生，确定了通过生长素介导，促使开花植物受精成功的关键机制。研究团队使用二倍体野草莓模拟授粉和果实发育过程，确定了AGL62（一种普遍存在于所有开花植物中的基因）可以作为植物生成果实和种子的触发因素。AGL62能够刺激一种重要的植物生长激素的产生。AGL62一旦被激活，将会合成生长素，从而促进种皮、胚乳和果实的发育。这项研究揭示了利用受精诱导胚乳中生长素合成的植物进化机制。该研究由美国国家科学基金会资助，资助金额为300万美元，研究成果于近日发表在《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。

原文来源：SeedQuest、Frontiers、Oxford Academic、ISAAA等

编译机构：

北京市农林科学院数据科学与农业经济研究所

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