JIA 11月优先上线文章（六）

文摘 2024-11-21 17:01 北京

Journal of Integrative Agriculture

（《农业科学学报》(英文)，JIA）

11月优先上线文章（六）

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Pan-transcriptome analysis provide insights into resistance and fruit quality breeding of pear (Pyrus pyrifolia)

Congrui Sun, Runze Wang, Jiaming Li, Xiaolong Li, Bobo Song, David Edwards, Jun Wu

Pyrus pyrifolia, commonly known as sand pear, is a key economic fruit tree in temperate regions and possesses highly diverse germplasm resources for pear quality improvement. However, research on the relationship between resistance and fruit quality traits during the breeding of fruit species like pear is limited. Pan-transcriptomes effectively capture genetic information from coding regions and reflect variations in gene expression between individuals. Here, we constructed a pan-transcriptome composed of 506 samples from different tissues of sand pear, and explored the intrinsic relationships among phenotypes and the selection for disease resistance during improvement based on expression presence/absence variation (ePAVs). The pan-transcriptome contains 156,744 transcripts, among which the novel transcripts show significant enrichment in the defense response. Interestingly, disease resistance genes are highly expressed in landraces of pear but have been selected against during the improvement of this perennial tree species. We found that genetically diverse landraces can be divided into two subgroups and inferred that they have undergone different dispersal processes. Through co-expression network analysis, we confirmed that the formation of stone cells in pears, the deposition of fruit anthocyanins, and the ability to resist stress are interrelated. They are jointly regulated by several modules, and the expression of regulatory genes has a significant correlation. Moreover, we identified candidate genes such as HKL1 that may affect sugar content and are missing from the reference genome. Our study provides insights into the associations between complex fruit traits, while providing a database resource for pear disease resistance and fruit quality breeding.

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Congrui Sun, Runze Wang, Jiaming Li, Xiaolong Li, Bobo Song, David Edwards, Jun Wu. 2024. Pan-transcriptome analysis provide insights into resistance and fruit quality breeding of pear (Pyrus pyrifolia). Journal of Integrative Agriculture, Doi:10.1016/j.jia.2024.11.026

ZF protein C2H2-71 regulates soluble solids content by inhibiting LIN5 in tomato

锌指蛋白C2H2-71通过抑制LIN5来调控番茄可溶性固形物含量

Fangman Li, Junshen Lin, Kojo Ahiakpa John, Wenxian Gai, Jinbao Tao, Pingfei Ge, Xingyu Zhang, Yizhuo Mu, Jie Ye, Yuyang Zhang

可溶性固形物含量(SSC)是番茄果实风味的重要影响因素。研究表明，果实可溶性固形物积累在糖代谢过程中受到转录调控。之前对于C2H2型锌指蛋白的研究主要集中在生长发育方向，但C2H2锌指蛋白对果实可溶性固形物积累的调控机制尚不清楚。本研究选取了8种不同可溶性固形物含量的番茄材料，通过对红熟果实转录组数据中SlC2H2家族基因表达分析，发现SlC2H2-71基因在高SSC材料中的表达量明显低于低SSC材料。利用CRISPR-Cas9系统构建SlC2H2-71敲除系，发现转基因材料红熟果实中可溶性固形物、果糖、葡萄糖、苹果酸和柠檬酸的含量上升，而蔗糖含量却下降。转录组分析表明，突变体果实中糖酸代谢通路相关基因表达被调控，其中细胞壁酸性转化酶SlLIN5表达上调，并通过实时荧光定量PCR证实了这一点。酵母单杂交（Y1H）、35S::UAS-GUS报告系统、双荧光素酶报告系统和凝胶迁移实验（EMSA）表明，SlC2H2-71锌指蛋白可直接结合SlLIN5启动子并抑制其表达。酶活实验表明SlC2H2-71敲除系果实中的细胞壁酸性转化酶活性显著高于对照系。综上所述，SlC2H2-71锌指蛋白可通过抑制细胞壁酸性转化酶SlLIN5基因的表达和其编码的细胞壁酸性转化酶活性来影响番茄红熟果实可溶性固形物积累。

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Fangman Li, Junshen Lin, Kojo Ahiakpa John, Wenxian Gai, Jinbao Tao, Pingfei Ge, Xingyu Zhang, Yizhuo Mu, Jie Ye, Yuyang Zhang. 2024. ZF protein C2H2-71 regulates soluble solids content by inhibiting LIN5 in tomato. Journal of Integrative Agriculture, Doi:10.1016/j.jia.2024.11.027

The constructed high-density genetic map helps to explore the genetic regulation of erucic acid, oleic acid, and linolenic acid contents in Brassica juncea

Wei Yan, Jinze Zhang, Yingfen Jiang, Kunjiang Yu, Qian Wang, Xu Yang, Lijing Xiao, Entang Tian

Rapeseed mustard (Brassica juncea L.) is the third most important oilseed crop in the world but the genetic mechanism underlying its massive phenotypic variation remains largely unexplored. In this study, specific length amplified fragment sequencing (SLAF-Seq) was used to resequence a population comprising 197 F8 recombinant inbred lines (RILs), derived from a cross between vegetable-type Qichi881 and oilseed-type YufengZC in B. juncea. In total, 438,895 high-quality SLAFs were discovered, of which 47,644 were polymorphic, and 3,887 of the polymorphic markers met the requirements for genetic map construction. The final map included 3,887 markers on 18 linkage groups and was 1,830.23 cM in length, with an average distance of 0.47 cM between adjacent markers. Using the newly constructed high-density genetic map, a total of 53 QTLs for erucic acid (EA), oleic acid (OA), and linolenic acid (LNA) were detected and integrated into 8 consensus QTLs with two for each of these traits. For each of these three traits, two candidate genes were cloned and sequence analyzed, indicating colocalization with their respective consensus QTLs. The co-dominant allele-specific markers for Bju.FAD3.A03 and Bju.FAD3.B07 were developed and showed co-localization with their consensus QTL and co-segregation with LNA content, further supporting the results of QTL mapping and bioinformatic analysis. The expression level for the cloned homologous genes was also identified, which was tightly correlated with the EA, OA and LNA contents of different lines. The results would facilitate the improvement of fatty acid traits and molecular breeding of B. juncea. More use of the high-density genetic map created in this study is also discussed.

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Wei Yan, Jinze Zhang, Yingfen Jiang, Kunjiang Yu, Qian Wang, Xu Yang, Lijing Xiao, Entang Tian. 2024. The constructed high-density genetic map helps to explore the genetic regulation of erucic acid, oleic acid, and linolenic acid contents in Brassica juncea. Journal of Integrative Agriculture, Doi:10.1016/j.jia.2024.11.028

Genome-wide association study of novel genetic loci for cadmium accumulation and germplasm screening for low-cadmium accumulation in common wheat (Triticum aestivum L.)

小麦镉积累的新遗传位点全基因组关联研究及低镉积累的种质筛选

Li Zhe, Hui Wang, Jiping Chen, Xiaoge Fu, Liang Wang, Yang Yang, Tauqeer Ahmad Yasir, Huili Yan, Hongyan Chu, Chi Zhang, Yingang Hu, Xiaoyong Liao, Hanzhong Jia, Liang Chen

小麦耕地中镉（Cd）污染正以令人担忧的速度增长，对粮食安全和公共健康构成威胁。育种并利用镉积累水平较低的小麦品种是对抗小麦Cd污染的有效策略。采用分子标记辅助方法可以大大加快选择和改良镉积累水平较低的小麦品种。然而，有关小麦镉积累的基因研究仍然很少。本研究采用高密度660K SNP阵列对175个小麦种质进行了籽粒Cd浓度（GCdC）、生物富集因子（BCF）和转运因子（TF）的全基因组关联研究（GWAS）。结果显示，在三种不同环境下发现了401个显著的SNP。连锁不平衡分析揭示了30个核心的定量性状位点（QTLs），能够可靠地调节小麦Cd积累表型。通过基因注释、转录组学和基因分子特征，确定了四个候选基因（TraesCS7B02G000200、TraesCS4A02G035900、TraesCS4A02G040900、TraesCS5D02G564000）可能成为小麦Cd积累生物过程的组成部分。此外，本研究筛选出6个表现出低籽粒Cd积累的小麦种质，并开发了两种有助于育种选择的Kompetitive Allele Specific PCR（KASP）标记。这些发现为培育低Cd积累小麦提供了宝贵的遗传资源，并为了解小麦低Cd积累的分子机制奠定了基础。本研究阐明的候选基因和KASP标记在小麦低Cd积累育种中具有潜在的应用价值。

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Li Zhe, Hui Wang, Jiping Chen, Xiaoge Fu, Liang Wang, Yang Yang, Tauqeer Ahmad Yasir, Huili Yan, Hongyan Chu, Chi Zhang, Yingang Hu, Xiaoyong Liao, Hanzhong Jia, Liang Chen. 2024. Genome-wide association study of novel genetic loci for cadmium accumulation and germplasm screening for low-cadmium accumulation in common wheat (Triticum aestivum L.). Journal of Integrative Agriculture, Doi:10.1016/j.jia.2024.11.029

Genetic dissection and validation of a stable QTL for grain roundness on chromosome 5A in bread wheat (Triticum aestivum L.)

普通小麦5A染色体上籽粒圆度稳定QTL的遗传解析与验证

Jiajie He, Zhibin Xu, Bo Feng, Qiang Zhou, Xiaofeng Liu, Guangsi Ji, Shaodan Guo, Xiaoli Fan, Tao Wang

小麦籽粒形态是影响产量和加工品质的一个重要育种目标。然而，籽粒圆度作为籽粒形态的主要决定因子，其遗传基础尚未得到充分研究。本研究利用以中科麦138（ZKM138）与中国春（CS）构建的F2群体和重组自交系（RIL）群体，分析了籽粒形状变异的遗传基础。根据F2群体的外显子捕获测序（BSE-Seq）和小麦55K SNP芯片数据获得的单核苷酸多态性（SNP），开发了竞争性等位基因特异性PCR（KASP）标记，并利用这些标记构建了F2和RIL群体的遗传图谱，分别覆盖了148.89 cM（30个KASP标记）和129.82 cM（25个KASP标记）。基于以上遗传图谱，进行了QTL定位。其中，两个定位群体均稳定鉴定到同一个控制籽粒圆度的数量性状位点（QTL），QGr.cib-5A，其位于染色体5A的444.8-455.5 Mb区间内。进一步的条件QTL分析显示，粒宽是圆度的主要贡献因素。此外，利用两个紧密连锁的KASP标记5A4-15和55k-31检测134个ZKM138衍生群体，结果显示ZKM138衍生等位基因的传递率为96.27%，GR增加了7.38％，并且该等位基因在全球小麦品种中分布达65.19％。最后，候选基因分析表明TraesCS5A02G236400为潜在候选基因，该基因编码一种羟脯氨酸富集的糖蛋白。总体而言，这些结果为促进小麦籽粒形状改良和提高小麦市场价值提供了一定的理论支撑。

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Jiajie He, Zhibin Xu, Bo Feng, Qiang Zhou, Xiaofeng Liu, Guangsi Ji, Shaodan Guo, Xiaoli Fan, Tao Wang. 2024. Genetic dissection and validation of a stable QTL for grain roundness on chromosome 5A in bread wheat (Triticum aestivum L.). Journal of Integrative Agriculture, Doi:10.1016/j.jia.2024.11.030

往期回顾

Journal of Integrative Agriculture (《农业科学学报》(英文), JIA) 由中华人民共和国农业农村部主管，中国农业科学院与中国农学会主办，中国农业科学院农业信息研究所承办。综合性英文学术期刊，月刊。创刊于2002年，现任主编为中国科学院院士陈化兰。JIA主要栏目有作物科学、园艺、植物保护、动物科学、动物医学、农业生态环境、食品科学、农业经济与管理等。刊稿类型有综述、研究论文、简报以及评述等。全部论文在Elsevier-ScienceDirect (SD) 平台OA出版。最新SCI影响因子4.6，位于SCI-JCR农业综合学科Q1区。中科院分区农林科学1区。2016年以来先后获得中国科协等部委 “提升计划”“登峰计划”“卓越计划”项目支持。

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