01

中國是梨的起源地，不僅擁有豐富的梨品種資源，也是世界第一大梨生產國，栽培面積和產量均占世界70%以上。我國生產的主要栽培品種仍以傳統(tǒng)地方品種為主，無法滿足消費者對優(yōu)質梨果的多樣化需求。但梨作為多年生果樹，不僅具有較長的童期，且表現為典型的自交不親和性，利用傳統(tǒng)雜交育種選育梨新品種存在周期長、效率低等不足，亟待發(fā)展分子育種技術實現重要性狀的高效遺傳改良。我校梨工程技術研究中心張紹鈴教授、吳俊教授聯合國內外學者開展梨品種資源的遺傳變異和果實相關性狀的GWAS研究，發(fā)現梨果實的石細胞、糖、酸等性狀在馴化和改良過程中均受到了持續(xù)的選擇，而果實大小等性狀只在馴化過程中受到選擇。為梨的群體遺傳特征、品質性狀分子標記的開發(fā)提供了大量的遺傳位點信息，同時為挖掘未知功能新基因提供了有效途徑，研究結果將為多年生果樹分子育種技術開發(fā)和復雜性狀的調控機制解析提供極有價值的參考。該研究于2021年發(fā)表于《Nature Communications》，標志著梨分子育種領域取得重要新進展。

砂梨改良過程選擇清除信號和砂梨自然群體的11個果實性狀全基因組關聯分析

02

梨果實具有獨特的石細胞性狀，其含量過高會導致果肉粗糙，吃起來口感像是果實中有小砂粒，嚴重影響梨果實的品質。目前，我國的梨主栽品種仍以傳統(tǒng)地方品種為主，以碭山酥梨等為代表的梨果實中大量形成的石細胞嚴重影響了食用口感和加工品質，缺乏市場競爭力，亟待開展性狀遺傳改良。我校梨工程技術研究中心吳俊教授聯合國內外學者構建了梨果實石細胞性狀的共表達網絡和eQTL圖譜，并定位到梨果實石細胞性狀重要候選調控因子，標志著梨果實品質性狀遺傳調控研究領域取得又一重要進展。該研究為加速果樹數量性狀候選基因定位提供了有效策略，將為其他多年生果樹復雜性狀基因定位、調控網絡解析和分子育種標記開發(fā)提供極有價值的參考。該研究于2021年發(fā)表于《Genome Biology》。

梨果實石細胞的染色和eQTL圖譜

03

植物基因組中包含許多基因家族，這些基因家族中存在一個或多個亞家族含有無內含子或內含子貧乏基因，而這些基因是如何起源和進化的，以及它們的可能的功能是什么，以往并不知曉。我校果樹系統(tǒng)生物學團隊程宗明教授發(fā)現無內含子基因最早起源于藻類和陸地植物，并在進化過程中丟失，另外全基因組/片段復制以及串聯復制對無內含子的擴增起著重要的作用，為深入了解植物基因組的進化和功能分化提供了理論基礎。該研究于2021年發(fā)表于《Plant Journal》。

無內含子亞家族基因起源與擴張

04

果實顏色是葡萄漿果外觀品質的重要組成部分，也是葡萄育種中的重要目標之一。決定果實顏色的主要色素物質是花色苷，其種類、比例和積累水平決定著葡萄果實的顏色類型。我校葡萄遺傳育種與基因組學團隊房經貴教授在紅色和綠色葡萄中就MYBA2位點分離到兩種基因型（VvMYBA2r和VvMYBA2w），與紅色葡萄中的VvMYBA2r相比，綠色葡萄的VvMYBA2w的存在2個非同義SNP突變位點（R44L和CA缺失），鑒定了213份葡萄種質的MYB單倍型組合，明確了不同MYB單倍型組合與果實顏色間的關系，初步形成了葡萄果實色澤性狀的分子育種技術體系，實現了雜交育種中親本選配的科學化，提高了育種效率，實現從傳統(tǒng)的“經驗育種”到定向、高效的“精確育種”的轉變。該研究于2021年發(fā)表于《Plant Biotechnology Journal》。

紅色和綠色葡萄中MYBA2位點兩種基因型（VvMYBA2r 和VvMYBA2w）

05

葡萄病害防治是葡萄栽培管理的重要內容之一。適當濃度波爾多液在殺菌的同時，不可避免的導致Cu2+被葡萄植株大量吸收，而植株卻不產生藥害，表現出較強的耐銅性。我校葡萄遺傳育種與基因組學團隊房經貴教授等為了更好地解釋葡萄噴施一定濃度波爾多液“只殺菌，不傷樹”現象，開展了葡萄耐銅機理研究，建立了葡萄應答輕度銅過量脅迫響應網絡，發(fā)現銅離子的螯合和外排、光合作用、抗氧化系統(tǒng)、激素代謝和細胞自噬是輕度銅過量脅迫下葡萄葉片的主要應激機制?！疤即x”、“光合作用-天線蛋白”、“半胱氨酸和蛋氨酸代謝”、“胡蘿卜-烯類生物合成”和“氧化還原酶活性”主要在短效響應階段起作用；“脂肪酸生物合成和代謝”、“谷胱甘肽代謝”、“錯配修復”和“植物激素信號轉導”主要在長效響應階段起作用，為波爾多液在葡萄乃至其他果樹病害防治上的更好利用等提供一定的理論依據。該研究于2021年發(fā)表在《Environmental Pollution》。

葡萄耐銅脅迫機制

06

果品采后灰霉病已發(fā)展為一種嚴重的全球性病害，采后看似健康的水果在運輸和儲藏過程也會造成腐爛。每年因灰霉病危害而導致的果品損耗高達20%~30%，造成巨大的經濟損失。我校葡萄遺傳育種與基因組學團隊房經貴教授等從殼聚糖誘導的茉莉酸信號路徑入手，解析了殼聚糖調控的VvTPR3和VvHDAC19在葡萄采后果實抗灰霉病中的調控機制，為延長果實的貨架期提供了新方向。該研究于2021年發(fā)表在《Food Chemistry》。

殼聚糖在葡萄采后灰霉病防治中的應用

07

隨著世界人口繼續(xù)快速增長，全球氣候快速變化等使農業(yè)生產面臨前所未有的挑戰(zhàn)。創(chuàng)制新型的高產、高效、環(huán)境友好、適應性廣的作物新品種已成為農業(yè)生產、環(huán)境保護和人類社會可持續(xù)發(fā)展的緊迫需求。利用人工異源多倍體化創(chuàng)制的金瓜新物種具有不同于親本的多種表型變異，不僅表現出明顯的雜種優(yōu)勢（生長力旺盛、營養(yǎng)價值高），同時還具有很強的環(huán)境適應性。我校陳勁楓教授團隊完成了甜瓜屬人工異源四倍體——“金瓜”（gocumber）基因組密碼的破譯。該研究歷經20多年，完成了世界首例人工合成異源多倍體全基因組測序，揭示并初步闡明了異源多倍化物種形成早期不同階段的作用機制，以及亞基因組優(yōu)勢形成機制等重要科學問題，對于多倍體理論基礎研究具有重要參考價值。同時，在全球氣候問題日益嚴峻的今天，對于利用多倍化開展作物新品種的快速培育具有非常重要的指導意義。該研究成果于2021年發(fā)表于《Advanced Science》。

異源四倍體金瓜基因組特征

08

由復雜的染色體重排驅動的核型動態(tài)構成了進化遺傳學的一個基本問題。比較基因組學可以建立一個基于系統(tǒng)發(fā)育學的進化框架，從而重建形成當今植物的進化事件。核型這個進化框架無疑可以成為揭開物種起源和馴化之謎的關鍵。我校葫蘆科作物遺傳與種質創(chuàng)新團隊陳勁楓教授、婁群峰教授等利用高度可定制化的oligo-painting技術，構建了一個包含甜瓜屬祖先核型的進化框架，并重建了甜瓜屬物種起源的進化軌跡和機制，解析了七條黃瓜染色體如何從十二條祖先染色體演化的科學問題，增進了對染色體進化可塑性的認識。同時，該研究為其他植物進行染色體進化的相關研究建立一個典型應用案例。該研究于2021年發(fā)表于《Plant Journal》。

利用高度定制的oligo-painting技術將七條黃瓜染色體結構可視化

09

胡蘿卜營養(yǎng)價值高，食用方式多樣，分布地區(qū)廣，具有重要的經濟和食用價值。胡蘿卜肉質根中類胡蘿素卜素積累的差異是影響胡蘿卜肉質根呈色不同的關鍵因素之一。我校傘形科作物遺傳與種質創(chuàng)新團隊熊愛生教授等研究發(fā)現DcCCD4基因能通過裂解α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素影響胡蘿卜肉質根中類胡蘿卜素的積累，揭示胡蘿卜肉質根的著色機理，為其他富含類胡蘿卜素的作物遺傳改良提供了參考。該研究于2021年發(fā)表于《Plant Journal》。

橙色胡蘿卜中DcCCD4的過表達降低了肉質根中類胡蘿卜素的積累

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“禹氏三角”中的五個物種，白菜、甘藍、黑芥、甘藍型油菜和芥菜型油菜均已完成了基因組測序，而具有耐熱、耐旱和抗病性的埃塞俄比亞芥基因組卻一直沒有研究報道，我校白菜系統(tǒng)生物學實驗室侯喜林教授團隊的張昌偉博士聯合國內外學者完成了禹氏三角埃塞俄比亞芥基因組的測序，獲得了染色體水平的高質量基因組，為白菜等其它蕓薹屬作物的抗逆育種研究提供了豐富的基因資源，對于蕓薹屬二倍體、四倍體物種的基因組進化，以及其它植物的多倍化研究具有很好的指導和借鑒意義。該研究于2021年發(fā)表于《Plant Physiology》。

蕓薹屬禹氏三角物種間的基因組共線性分析

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月季作為我國“十大傳統(tǒng)名花”與世界“四大切花”之一，具有無可取代的商業(yè)價值和獨特的文化內涵。如何補光是月季生產中面臨的技術難題。我校月季分子育種與種質創(chuàng)新團隊王長泉教授帶領團隊成員聚焦光照三要素對月季生長發(fā)育的影響，致力于月季生產中科學補光研究，并取得了一系列的進展。該研究發(fā)現，在弱光條件下，RcPIF1、RcPIF3、RcPIF4在蛋白水平和轉錄水平都出現明顯積累，且RcPIFs既能兩兩進行蛋白互作，同時都能與RcCO互作，四者形成復合體。光照強度通過改變該復合體的穩(wěn)定性調控RcFT的轉錄水平，進而影響開花進程。揭示了月季對光強的響應規(guī)律，為實現月季精準補光，助力月季產業(yè)綠色、可持續(xù)發(fā)展提供了理論依據。該研究于2021年發(fā)表于《Plant Physiology》。

RcPIFs與RcCO協(xié)同調控月季光強應答的作用機制

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菊花是我國十大傳統(tǒng)名花和世界四大切花之一，觀賞與經濟價值極高。菊花品種多為典型的短日照植物，花期集中于秋季。目前，雖可通過光溫調節(jié)進行花期調控以實現菊花周年生產，但反季節(jié)生產的能耗成本高，嚴重制約了菊花產業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。開展菊花花期調控分子機制研究，是進行菊花花期分子改良與育種的前提，對推動菊花的周年生產供應意義重大。我校陳發(fā)棣教授帶領的菊花遺傳育種與種質創(chuàng)新團隊長期從事菊花相關研究。新近團隊發(fā)現，ERF轉錄因子家族成員CmERF110可促進菊花開花，且CmERF110可與CmFLK互作，共同調控生物鐘從而參與菊花花期調控，相關研究為菊花花期分子改良與育種及推動菊花周年生產供應提供了理論依據。相關研究于2021年被《Plant Cell & Environment》接收發(fā)表。

菊花CmERF110與CmFLK互作調控開花時間

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與近緣雜交相比，遠緣雜交親本遺傳背景差異更大，更容易出現雜交生殖障礙，導致雜交失敗。針對植物遠緣雜交中普遍存在生殖障礙現象，我校百合科研團隊滕年軍教授團隊研究揭示了CmERF12調控胚胎發(fā)育的分子機制，表明CmERF12與CmSUF4互作，CmSUF4可直接結合胚胎發(fā)育相關基因CmEC1的啟動子，并激活其表達，而CmERF12-CmSUF4的相互作用顯著降低了CmSUF4激活其靶基因CmEC1的能力，進而間接影響胚胎發(fā)育。該研究豐富了植物轉錄因子調控胚胎發(fā)育的理論知識。本研究中采用基因工程技術對調控胚胎發(fā)育的單個關鍵基因進行操作提高遠緣雜交結實率，為克服其他農作物遠緣雜交生殖障礙提供了一種全新的方法和思路。該研究于2021年發(fā)表于《Journal of Experimental Botany》。

轉錄因子CmERF12負調控胚胎發(fā)育的工作模型

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我校黎星輝教授帶領的茶學研究團隊采用綠色化學、環(huán)保、低毒、易操作的合成方法，在堿性條件下，以茶樹修剪廢棄物水提取物為還原劑，制備了超參數生物氧化鐵納米顆粒，并對生物合成的微生物進行了表征。X射線衍射（XRD）圖譜證實，采用綠色合成方法可形成高度穩(wěn)定的超順磁性生物源氧化鐵納米顆粒（SPBION）。研究結果表明，SPBIONs具有良好的磁性和抗氧化性能，可用于設計新藥配方和其他生物醫(yī)學應用，研究成果有望為茶樹修剪廢棄物的生物納米化利用提供了科學參考。該團隊還聯合同行，通過提取水稻和小麥秸稈中的木質素，利用木質素介導合成制備超順磁性氧化鐵納米材料（Li-SPIONs），研發(fā)了利用水稻和小麥秸稈制備超順磁性氧化鐵納米顆粒的技術路線，具備良好的應用前景。相關工作于2021年相繼在《Journal of Cleaner Production》雜志發(fā)表論文2篇。

超順磁性生物氧化鐵納米顆粒的掃描顯微鏡圖

水稻和小麥秸稈制備超順磁性氧化鐵納米顆粒的技術路線圖

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長期以來，學術界就城市綠地對呼吸道疾病和過敏性疾病的影響方面存在大量爭議。我校大地景觀與生態(tài)修復團隊張明娟副教授等調查研究了南京市68個居住區(qū)內的植物組成情況；并通過問卷形式，詢問了居民的呼吸道/過敏性疾病患病情況及其對居住區(qū)綠化的滿意度和改進期待。研究結果表明，居民過敏性疾病匯報率與氣傳花粉類植物多樣性正相關，但與植物總體多樣性和植被覆蓋率負相關；呼吸道疾病匯報率則與飄絮類植物多樣性正相關。研究認為植物表現出的健康效應可能是其正/負兩方面影響的凈結果。研究還發(fā)現，盡管居民對植物健康效應的感知存在很大的模糊性，但總體而言，隨著氣傳花粉植物與飄絮類植物多樣性增加，居民對居住區(qū)綠化的評價與改進期望會下降。研究建議在城市綠化中景觀設計師應與植物學、生態(tài)學、醫(yī)學等多學科專家合作，以更好地為公眾健康服務。相關研究發(fā)表于《Landscape and Urban Planning》。

居住區(qū)綠化的健康效應