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香蕉遺傳改良研究室

時(shí)間:2023-09-14 16:24 來(lái)源:原創(chuàng) 【字體:

學(xué)科帶頭人:易干軍 研究員/博士

研究室主任:楊喬松 研究員/博士

副主任:胡春華 研究員/博士

科研骨干:李春雨 研究員/博士、董濤 研究員/博士、畢方鋮 研究員/博士、盛鷗 研究員/博士、鄧貴明 研究員/博士、高慧君 副研究員/博士、竇同心 副研究員/博士、何維弟 助理研究員/博士、劉思文 助理研究員/博士、劉燦燦 助理研究員/博士、李耀耀 助理研究員/博士

團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介:

團(tuán)隊(duì)圍繞香蕉抗病抗寒分子機(jī)理、香蕉品質(zhì)形成機(jī)理、香蕉枯萎病致病機(jī)制與抗性機(jī)理開(kāi)展了基礎(chǔ)研究,取得了重要進(jìn)展,發(fā)表了一批較高水平的論文,是國(guó)際香蕉研究領(lǐng)域著名的研究團(tuán)隊(duì),獲得農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)科研杰出人才及其創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)稱(chēng)號(hào)。建立了香蕉雜交與誘變育種、基因編輯育種技術(shù)體系,創(chuàng)制了一批育種材料,引領(lǐng)了國(guó)際香蕉分子育種研究。育成了“中蕉4號(hào)”、“中蕉8號(hào)”、“中蕉9號(hào)”等一批優(yōu)勢(shì)突出、綜合性狀優(yōu)良的抗枯萎病香蕉新品種,基本解決了香蕉枯萎病這一重大國(guó)際難題。首次提出將香蕉作為我國(guó)糧食安全的重要補(bǔ)充。選育出糧食與加工用途的“美食蕉1號(hào)”和“美食蕉1號(hào)”等煮食蕉新品種,研發(fā)了以這些品種為原材料的食品精深加工工藝,包括香蕉點(diǎn)心、香蕉片、香蕉粉、香蕉(?。┚啤⒐u、嬰幼輔食、代餐等,有效的拓展了香蕉產(chǎn)業(yè)鏈,具有重大的應(yīng)用前景。

研究方向:

1、種質(zhì)資源的收集、保存、評(píng)價(jià)與利用

2、香蕉雜交育種及群體遺傳進(jìn)化規(guī)律研究

3、香蕉現(xiàn)代生物育種技術(shù)體系的研發(fā)

4、抗枯萎病、特色、糧食及加工用途香蕉品種選育

5、香蕉精深加工技術(shù)及產(chǎn)品研發(fā)

6、香蕉果實(shí)成熟(后熟)機(jī)制與功能性成分形成機(jī)制

7、香蕉枯萎病菌進(jìn)化規(guī)律、與寄主互作機(jī)制與綜合防控

8、果樹(shù)高效栽培技術(shù)研發(fā)與示范推廣

重要基礎(chǔ)研究進(jìn)展:

1、系統(tǒng)揭示了香蕉的抗寒、抗病機(jī)理以及枯萎病菌的全球進(jìn)化機(jī)制:香蕉枯萎病菌進(jìn)化規(guī)律、致病機(jī)制及綜合防控,利用真菌傳統(tǒng)分類(lèi)學(xué)手段,明確了我國(guó)及亞洲香蕉主產(chǎn)國(guó)病原菌生物多樣性;對(duì)全球病菌開(kāi)展基因組測(cè)序和重測(cè)序,研究病原菌群體遺傳結(jié)構(gòu)及進(jìn)化規(guī)律;鑒定到熱帶4號(hào)小種致病關(guān)鍵效應(yīng)蛋白,分離其到宿主體內(nèi)靶分子,揭示了該致病信號(hào)傳遞通路;鑒定到部分小分子毒性物質(zhì),闡述了鐮刀菌酸、白僵菌素等作用機(jī)制,豐富了我們對(duì)病菌致病機(jī)制的認(rèn)識(shí);初步建立了土壤消毒、生物防治、輪作與間作的防控技術(shù)體系。借助寄主誘導(dǎo)基因沉默技術(shù),在香蕉中表達(dá)Foc TR4 ERG6/11 dsRNA顯著提高了香蕉的抗枯萎病能力,是國(guó)際上香蕉抗枯萎病分子育種的重要突破。另外,從基因表達(dá)、蛋白表達(dá)和磷酸化信號(hào)通路三個(gè)方面較為深入地揭示了抗寒大蕉與冷敏感香蕉抗寒性差異的分子機(jī)理,發(fā)現(xiàn)大蕉MKK2、MAPK5、ICE1MYBS3在冷響應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中發(fā)揮著重要的作用,為香蕉抗寒分子育種提供理論和基因資源支持。

2、建立了高效的香蕉組基因編輯技術(shù)體系:率先建立了基于CRISPR/Cas9的香蕉基因組編輯技術(shù)體系,成功獲得全世界第一株基因編輯香蕉苗;利用基因編輯技術(shù)獲得了常溫下貯藏期延長(zhǎng)近2個(gè)月的耐貯運(yùn)香蕉新種質(zhì)。將“綠色革命”基因在香蕉中的同源基因MaGA20ox2進(jìn)行定點(diǎn)編輯,獲得了半矮化的香蕉材料,為利用“綠色革命”基因培育矮化香蕉新種質(zhì)提供了一條新思路?;谇捌诮⒌腃RISPR/Cas9基因組編輯技術(shù),進(jìn)一步在香蕉中建立了高效的無(wú)轉(zhuǎn)基因殘留基因組編輯技術(shù)體系。此技術(shù)體系的建立為香蕉基因組編輯技術(shù)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),同時(shí),此策略可拓展應(yīng)用于其他植物特別是無(wú)性繁殖園藝作物中。

3、開(kāi)展了香蕉果實(shí)類(lèi)胡蘿卜素、淀粉、香氣物質(zhì)、優(yōu)異纖維等的積累代謝規(guī)律及果實(shí)后熟與品質(zhì)形成分子機(jī)制的研究:對(duì)不同類(lèi)型的香蕉種質(zhì)進(jìn)行類(lèi)胡蘿卜素含量測(cè)定,系統(tǒng)開(kāi)展了3個(gè)基因組類(lèi)型(AAA、AAB、ABB)、9個(gè)栽培類(lèi)型共18個(gè)香蕉品種在采后不同時(shí)期的代謝組學(xué)分析,在國(guó)際上率先揭示了香蕉果肉中類(lèi)胡蘿卜素的組成分布呈現(xiàn)基因組類(lèi)型依賴(lài)規(guī)律,為高類(lèi)胡蘿卜素含量的香蕉品種選育提供理論依據(jù);評(píng)價(jià)了21個(gè)栽培品種的淀粉特性,發(fā)現(xiàn)青香蕉果實(shí)具有較好的深加工應(yīng)用前景,初步揭示了抗性淀粉的合成、分解及其代謝調(diào)控的分子機(jī)理;對(duì)不同種類(lèi)、不同產(chǎn)區(qū)、不同栽培條件以及不同時(shí)期成熟的香蕉果實(shí)香氣物質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)研究,明確了造成香氣品質(zhì)差異的特征香氣物質(zhì);探究了不同品種香蕉果實(shí)后熟轉(zhuǎn)糖的差異,鑒定出多個(gè)可能影響果實(shí)后熟與品質(zhì)形成的功能基因和關(guān)鍵調(diào)控因子,為進(jìn)一步針對(duì)香蕉后熟和品質(zhì)進(jìn)行分子改良奠定了基礎(chǔ)。

4、香蕉基因組關(guān)聯(lián)分析及分子標(biāo)記開(kāi)發(fā)利用:構(gòu)建了高質(zhì)量的香蕉TT基因組,探究了芭蕉科物種的基因組進(jìn)化和全基因組復(fù)制事件,解析轉(zhuǎn)座子和染色體重排在基因組進(jìn)化中的重要作用,基于基因組、比較轉(zhuǎn)錄組和生理生化實(shí)驗(yàn)分析揭示香蕉品種Abaca優(yōu)異纖維性能的遺傳調(diào)控基礎(chǔ)。以香蕉基因組數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ),通過(guò)簡(jiǎn)化基因組測(cè)序和基因組重測(cè)序分析開(kāi)發(fā)香蕉的SNP和Indel等標(biāo)記,以香蕉種質(zhì)資源評(píng)價(jià)為基礎(chǔ),解析香蕉種質(zhì)資源復(fù)雜的遺傳背景以及親緣關(guān)系,挖掘香蕉重要農(nóng)藝性狀相關(guān)的特異性分子標(biāo)記,為香蕉種質(zhì)資源的分子鑒定及品種權(quán)保護(hù)奠定基礎(chǔ)。

獲得的研究成果:

近年來(lái)主持完成農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)、“948”計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目等各類(lèi)科研項(xiàng)目85項(xiàng),建立了“國(guó)家香蕉改良中心-廣州分中心”、“農(nóng)業(yè)農(nóng)村部廣州香蕉種質(zhì)資源圃”、“廣東省香蕉遺傳改良中心”等平臺(tái);在plant communications、Food chemistry、Plant Biotechnology Journal、New Phytologist等重要國(guó)際期刊上發(fā)表論文60余篇;獲得神農(nóng)中華農(nóng)業(yè)一等獎(jiǎng)1項(xiàng),華耐園藝獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng),廣東省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣二等獎(jiǎng)1項(xiàng);獲植物新品種權(quán)3項(xiàng),省級(jí)審定品種8個(gè);獲得授權(quán)專(zhuān)利14件;撰寫(xiě)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)。

審定的香蕉新品種:中蕉2號(hào)、中蕉3號(hào)、中蕉4號(hào)、中蕉6號(hào)、中蕉9號(hào)、中粉1號(hào)、矮粉1號(hào)、粵豐1號(hào)

獲得的植物新品種權(quán):中蕉4號(hào)、中蕉8號(hào)、中蕉9號(hào)、蕉麻1號(hào)、矮粉1號(hào)、美食蕉1號(hào)、美食蕉2號(hào)、美食蕉4號(hào)、粵蕉1號(hào)、粵蕉2號(hào)

代表性科研成果:

2022年“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗枯萎病香蕉新品種‘中蕉4號(hào)’的選育及推廣應(yīng)用”獲廣東省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣二等獎(jiǎng)。

2017年“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、矮化、抗枯萎病香蕉新品種選育與應(yīng)用”獲農(nóng)業(yè)農(nóng)村部神農(nóng)中華農(nóng)業(yè)科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

2016年“香蕉抗逆分子機(jī)理研究及矮化、優(yōu)質(zhì)、抗病系列新品種選育與應(yīng)用”獲中國(guó)園藝學(xué)會(huì)華耐園藝科技獎(jiǎng)。

代表性科研項(xiàng)目:

項(xiàng)目名稱(chēng)

項(xiàng)目類(lèi)型

常綠果樹(shù)高效育種技術(shù)與品種創(chuàng)制

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目

香牙蕉抗枯萎病的基因探究及機(jī)理分析

國(guó)家自然科學(xué)基金

香蕉后熟關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子MADS2調(diào)控后熟過(guò)程的分子基礎(chǔ)

國(guó)家自然科學(xué)基金

香蕉CRISPR/Cas9 RNP無(wú)外源DNA基因組編輯技術(shù)體系的建立

國(guó)家自然科學(xué)基金

香蕉抗枯萎病種質(zhì)資源挖掘及其抗性分子機(jī)理解析

國(guó)家自然科學(xué)基金

基于iTRAQ技術(shù)分析香大蕉膜蛋白質(zhì)組與其抗寒性的關(guān)系

國(guó)家自然科學(xué)基金

枯萎病菌效應(yīng)蛋白FocM35靶向作用香蕉幾丁質(zhì)酶抑制寄主免疫的分子機(jī)理

國(guó)家自然科學(xué)基金

基于淀粉分支酶調(diào)控香蕉果實(shí)抗性淀粉合成機(jī)理的研究

國(guó)家自然科學(xué)基金

白僵菌素在香蕉枯萎病菌熱帶4號(hào)小種致病過(guò)程中作用機(jī)理研究

國(guó)家自然科學(xué)基金

基于磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)方法分析香大蕉磷酸化信號(hào)通路與其抗寒性的關(guān)系

國(guó)家自然科學(xué)基金

不同產(chǎn)區(qū)香蕉果實(shí)香氣成分差異及主要影響因子作用機(jī)理解析

國(guó)家自然科學(xué)基金

香蕉種質(zhì)資源果實(shí)類(lèi)胡蘿卜素組分與寒冷差異分析及其積累代謝機(jī)理研究

國(guó)家自然科學(xué)基金

寄主誘導(dǎo)枯萎病菌FoERG6基因沉默提高香蕉抗病性的機(jī)理研究

國(guó)家自然科學(xué)基金

基于全基因組重測(cè)序的香蕉SNP標(biāo)記開(kāi)發(fā)及其在種質(zhì)資源遺傳多態(tài)性中的應(yīng)用

國(guó)家自然科學(xué)基金

高抗枯萎病香蕉資源篩選及其對(duì)尖孢鐮刀菌熱帶4號(hào)小種的識(shí)別與免疫機(jī)制研究

國(guó)家自然科學(xué)基金

基于交聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)解析大蕉耐冷相關(guān)蛋白MKK2、MAPK3和ICE1的互作網(wǎng)絡(luò)

國(guó)家自然科學(xué)基金

優(yōu)質(zhì)、特色、抗逆香蕉新品種選育

省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)項(xiàng)目

香蕉分子育種與品種創(chuàng)新

863計(jì)劃項(xiàng)目

香蕉抗枯萎病等主要病害核心技術(shù)與種質(zhì)的引進(jìn)與創(chuàng)新

948計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目

促進(jìn)亞洲有機(jī)香蕉的生產(chǎn)與銷(xiāo)售

聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織項(xiàng)目

代表性論文:

論文名稱(chēng)

期刊

High-quality   reference genome assemblies for two Australimusa   bananas provide insights into genetic diversity of the Musaceae family and   regulatory mechanisms of superior fiber properties

Plant   Communications

Efficient and   transgens-free genome editing in banana using a REG-2 promoter-driven gene-deletion system

Molecular   Horticulture

Fusaric acid   instigates the invasion of banana by Fusarium oxysporum f. sp. cubense TR4

New Phytologist

CRISPR/Cas9-mediated   Genome Editing of MaACO1 (aminocyclopropane-1-carboxylate oxidase1) Promotes   the Shelf Life of Banana Fruit

Plant Biotechnology   Journal

Host-induced gene   silencing of Foc TR4 ERG6/11 genes exhibits superior resistance to Fusarium   wilt of banana

Plant Biotechnology   Journal

Using crispr/Cas9   genome editing system to create MaGA20ox2 gene modified semi-dwarf banana.

Plant Biotechnology   Journal

Integrated proteomic   and metabolomic analysis suggests high rates of glycolysis are likely   required to support high carotenoid accumulation in banana pulp

Food Chemistry

Metabolic profiling   reveals genotype-associated alterations in carotenoid content during banana postharvest   ripening

Food Chemistry

The toxic mechanism   and bioactive components of Chinese leek root exudates acting against   Fusarium oxysporum f. sp. cubense tropical race

European Journal of   Plant Pathology

The use of   gfp-transformed Fusarium oxysporum f. sp. cubense to study infection of   resistant and susceptible banana cultivars

European Journal of   Plant Pathology

Germplasm screening   of Musa spp. for resistance to Fusarium oxysporum f. sp. cubense tropical   race 4 (Foc TR4).

European Journal of   Plant Pathology

Comparative   transcriptomics analysis reveals difference of key gene expression between   banana and plantain in response to cold stress

BMC genomics

Establishment of a   PEG-mediated protoplast transformation system based on DNA and CRISPR/Cas9   ribonucleoprotein complexes for banana

BMC Plant Biology

Transcriptome and   metabolome profiling provide insights into molecular mechanism of pseudostem   elongation in banana

BMC Plant Biology

Genome-Wide Novel Genic   Microsatellite Marker Resource Development and Validation for Genetic   Diversity and Population Structure Analysis of Banana

BMC Plant Biology

Cold-Induced   Peroxidases and Aquaporins Are Associated With High Cold Tolerance in Dajiao   (Musa spp. ‘Dajiao’).

Frontiers in Plant   Science

MaMYB4, an R2R3-MYB   Repressor Transcription Factor, Negatively Regulates the Biosynthesis of   Anthocyanin in Banana

Frontiers in Plant   Science

Influence of   harvest season on volatile aroma constituents of two banana cultivars by   electronic nose and HS-SPME coupled with GC-MS

Scientia   Horticulturae

Quantitative   proteomic analysis reveals that antioxidation mechanisms contribute to cold   tolerance in plantain (Musa paradisiaca L.; ABB Group) seedlings

Molecular &   Cellular Proteomics

Comparative   Phosphoproteomics Reveals an Important Role of MKK2 in Banana (Musa spp.)   Cold Signal Network.

Scientific Reports

Genome-Wide Novel   Genic Microsatellite Marker Resource Development and Validation for Genetic   Diversity and Population Structure Analysis of Banana

Genes

Proteomic analysis   of conidia germination in Fusarium oxysporum f. sp. cubense tropical race 4   reveals new targets in ergosterol biosynthesis pathway for controlling   Fusarium wilt of banana

Appl Microbiol   Biotechnol

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