期刊名：Genes

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/genes

Genes期刊2024-2025高引文章荐读，为您提供最受欢迎的研究进展！

水稻、玉米、小麦、马铃薯是全球四大核心主粮作物，承载着保障全球粮食安全、支撑农业可持续发展、满足人类营养需求的重要使命，其种植面积、产量及消费规模均居各类作物前列，是世界各国农业发展的重中之重。当前，以四大主粮作物为核心的作物遗传改良与分子机制解析工作正持续深化，在重点聚焦四大作物的基础上，研究范围逐步延伸至甜薯、豇豆等特色杂粮与经济作物领域。

现阶段相关研究核心围绕基因调控机理、种质资源发掘利用、逆境响应、现代育种技术创新四大方向展开系统探索。依托基因组学、转录组学、代谢组学及分子标记等前沿生物技术，研究人员系统解析了非编码RNA调控模式、基因家族生物学功能、数量性状位点（QTL）定位、基因组存在/缺失变异（PAVs）等关键遗传机理，阐明了其在作物生长发育、品质性状形成、逆境环境适应过程中的核心调控作用。在逆境适应层面，针对四大作物及其他拓展作物，低温、干旱、盐碱等非生物胁迫下的分子调控网络与生理应答机制被不断厘清，为抗逆品种培育提供了明确的分子靶点；在种质创新与育种实践层面，通过对四大作物及特色作物的遗传多样性评价、优异种质资源挖掘，结合分子标记辅助选择、精准设计育种、基因编辑等现代育种技术的落地应用，为优质、高产、抗逆品种的定向培育搭建了成熟技术路径，有效提升了作物育种效率与品种竞争力。同时，作物生理指标的遗传解析及杂草抗药性机制研究，也为农田生态管理与作物稳产提供了重要参考。不仅深化了对作物复杂性状调控网络的认知，也为作物精准遗传改良、可持续农业发展提供了关键理论支撑与技术保障。

1. The Landscape of Presence/Absence Variations during the Improvement of Rice

水稻改良过程中存在/缺失变异的图谱

文章链接：https://www.mdpi.com/2073-4425/15/5/645

文章介绍：水稻是世界上最重要的主粮作物之一；因此，水稻改良对于提高农业产量和应对粮食安全挑战具有重要意义。尽管随着新一代测序技术的发展，单核苷酸多态性（SNP）在水稻改良中的作用已有大量研究，但关于存在/缺失变异（PAV）在水稻改良中的作用的研究仍然有限。特别是，目前鲜有研究探讨水稻中可能受PAV影响的性状和基因。本研究利用来自亚洲148个改良水稻品种的重测序数据提取了PAV。共检测到33,220个PAV，并发现PAV的数量随着其长度的增加而逐渐减少。染色体1上的PAV数量最多。此外，在染色体11上鉴定出一个6 Mb的热点区域，该区域包含1091个PAV，其中涉及29个与防御反应相关的基因。通过对所有材料的PAV变异数据和五个性状（开花期、株高、旗叶长度、旗叶宽度和穗数）的表型数据进行全基因组关联分析（GWAS），鉴定出186个显著相关的PAV，涉及20个克隆基因。单倍型分析和候选基因的表达分析表明，一些重要基因可能受到PAV的影响，例如开花期基因OsSFL1和旗叶宽度基因NAL1。本研究揭示了PAV的模式，并探索了与农艺性状相关的关键PAV功能基因。因此，这些结果为水稻育种提供了潜在的、可利用的遗传资源。

2. Molecular-Marker-Based Design for Breeding Indica–Japonica Hybrid Rice with Bacterial Blight Resistance

基于分子标记选育抗白叶枯病籼粳杂交稻的育种设计

https://www.mdpi.com/2073-4425/16/6/719

文章介绍：为克服白叶枯病对广泛种植的籼粳杂交水稻的限制，本研究采用分子设计育种策略培育抗病种质。通过常规回交育种结合分子标记辅助选择，将携带Xa23基因的种质XR39与携带S5n基因的广亲和性恢复系R5315进行杂交。子代选择综合考虑了农艺性状评价、抗病性鉴定以及与不育系的测交。成功培育出5个同时携带Xa23和S5n基因的广亲和性恢复系，表现出优异的白叶枯病抗性和恢复能力。筛选出的杂交组合A3/RP1、A1/RP4和A4/RP4的产量较对照提高了2.6%～8.6%。本研究不仅建立了一种用于培育抗细菌性枯萎病籼粳杂交水稻品种的新型种质资源，而且为水稻改良的基因设计育种建立了模型。

3. A Summary of Two Decades of QTL and Candidate Genes That Control Seed Tocopherol Contents in Maize (Zea mays L.)

玉米（Zea mays L.）种子生育酚含量控制的QTL及候选基因近二十年研究综述

https://www.mdpi.com/2073-4425/15/4/472

文章介绍：生育酚是大多数植物质体中通过莽草酸生物合成途径合成的次生代谢产物。众所周知，α-生育酚（维生素E）对人类和动物具有诸多健康益处，因此被广泛用于人类和动物的膳食中。大多数作物（和植物）物种以及同一物种的不同品种中，生育酚的含量会因环境和生长条件的不同而存在显著差异；生育酚含量是一个多基因复杂性状，其遗传机制尚不完全清楚。本综述旨在总结过去二十年（2002-2022年）玉米中调控种子生育酚及其相关物质含量的所有已报道数量性状位点（QTL）。本文还讨论了这些QTL区域内鉴定的候选基因。本文所述的QTL以及在这些基因组区域内鉴定的候选基因可用于育种计划，以培育种子生育酚含量高且有益的玉米品种。

本研究结果为深入理解植物耐低温的分子机制提供了参考，并为通过分子育种提升甘薯的耐低温能力提供了潜在靶点。

4. Analysis of the Genetic Mechanism of Yield-Related Traits of Maize in Cold Regions

寒冷地区玉米产量相关性状遗传机制分析

文章链接https://www.mdpi.com/2073-4425/16/8/941

文章介绍：玉米是寒冷地区，特别是中国东北地区的重要粮食作物。然而，其生育期短、耐寒性强，给高产杂交玉米的培育带来了挑战。随着气候变暖，玉米种植面积不断向高纬度地区扩展。开展寒冷地区玉米研究对于保障粮食安全和农业可持续发展具有重要意义。然而，目前玉米研究主要集中在温带和热带地区，对寒冷地区玉米的研究较少。基于此，选取了一些具有代表性的寒冷地区玉米材料以及一些适应性尚未得到验证的材料，采用半双列杂交设计进行杂交，测定其一般配合力（GCA）和特殊配合力（SCA），筛选出适宜寒冷地区的优良育种材料。在四个不同的寒冷环境下开展田间试验，对55个杂交后代及其亲本进行了评价。基于Griffing方法2（模型1）的双等位基因杂交分析表明，各性状的特异性配合力（SCA）和一般配合力（GCA）效应均显著。除产量和每行粒数外，所有性状的GCA均方均大于SCA均方，表明加性基因效应为显性，可通过选择育种进行遗传改良。四种环境下的Hayman图分析表明，产量、穗长、每行粒数、水分含量和株高主要受超显性基因控制，而茎粗、节数和穗位则受部分显性基因控制。亲本P1在产量性状中隐性基因较多，而在每行粒数、节数和穗位中显性基因较多；P3在产量和水分含量中显性基因较多，而在节数和穗位中隐性基因较多；P7在大多数性状中隐性基因较多；P9在大多数性状中显性基因较多。 P9 和 P6 是优良的亲本种质，其中杂交组合 P1 × P9、P2 × P5、P3 × P10、P4 × P6、P5 × P8、P6 × P9、P7 × P10 和 P8 × P10 的杂种优势均超过其亲本，具有较高的育种价值。

5. Genome-Wide Association Study of Chlorophyll Fluorescence and Hyperspectral Indices in Drought-Stressed Young Plants in Maize

玉米幼苗在干旱胁迫下叶绿素荧光和高光谱指数的全基因组关联分析

文章链接：https://www.mdpi.com/2073-4425/16/9/1068

文章介绍：全球玉米产量受到气候变化加剧的干旱的显著影响。目前尚无利用水分胁迫下幼苗叶绿素荧光（ChlF）和高光谱（HS）指数进行全基因组关联分析（GWAS）或候选基因分析的研究。本研究旨在利用玉米单核苷酸多态性（SNP）50k芯片，对在受控环境下生长的干旱胁迫幼苗的9个ChlF和HS指数进行GWAS分析。使用Infinium Maize50K SNP芯片对165个自交系进行基因分型，并采用混合线性模型进行关联作图。全基因组关联分析（GWAS）检测到37个与暗适应叶片初级光化学反应最大量子产率（Phi_Po）、被捕获激子将电子传递到电子传递链中超过量子产率（QA）的概率（Psi_o）、归一化植被指数（NDVI）、Zarco-Tejada-Miller指数（ZMI）、绿度、反射率修正叶绿素吸收（MCARI）、反射率修正叶绿素吸收1（MCARI1）以及Gitelson-Merzlyak指数1和2（GM1和GM2）显著相关的SNP标记。研究结果有助于更好地理解叶绿素荧光（ChlF）和叶绿素饱和度（HS）指数的遗传解析，这些指数与玉米的生理过程直接或间接相关，支持在玉米育种中使用叶绿素饱和度成像技术。

6. Blackgrass (Alopecurus myosuroides Huds.) Multiple Resistance to ACCase- and ALS-Inhibitors and Its Competition with Winter Wheat

大穗看麦娘（Alopecurus myosuroides Huds.）对乙酰辅酶A羧化酶（ACCase）和乙酰乳酸合成酶（ALS）抑制剂的多重抗药性及其与冬小麦的竞争

https://www.mdpi.com/2073-4425/16/10/1169

文章介绍：大穗看麦娘（Alopecurus myosuroides Huds.）的除草剂抗性是欧洲冬季谷物单作种植中最严重的问题之一。近期，希腊农民反映该杂草对冬小麦除草剂的敏感性降低。鉴于此，本研究着重从表型和分子水平上探究大穗看麦娘对除草剂的抗性。采用整株植物速率-反应盆栽试验，研究大穗看麦娘种群对ACCase和ALS抑制剂类除草剂可能产生的抗性（交叉抗性或多重抗性）。此外，还进行了ACCase基因序列分析、除草剂代谢研究以及与冬小麦的竞争研究。证实了该种群对ACCase抑制剂表现出高水平的交互抗性，主要针对苗后施用的炔草酯（clodinafop-propargyl），对精噁唑禾草灵（fenoxaprop-P-ethyl）、稀禾定（cycloxydim）、唑啉草酯（pinoxaden）表现出中等水平的交互抗性，同时对ALS抑制剂（甲基二磺隆+甲基碘磺隆钠盐和吡草磺）表现出较低水平的抗性。此外，苗前土壤施用的除草剂绿麦隆+吡氟酰草胺（chlorotoluron + diflufenican）和苄草丹（prosulfocarb）对敏感型（S）和抗药性（R）大穗看麦娘种群均具有良好的防除效果。ACCase基因序列分析显示，1781位点存在点突变，导致氨基酸由异亮氨酸（Ile）替换为亮氨酸（Leu）。此外，除草剂与增效醚（piperonyl butoxide, PBO，于除草剂施用前2小时施用）的联合施用表明，存在除草剂代谢途径，该途径可能由细胞色素P450介导。在与冬小麦竞争生长时，抗药性（R）大穗看麦娘种群产生的分蘖数和地上部鲜重均高于敏感型（S）种群，且对冬小麦的减产效应更为显著。结果表明，由于ACCase基因突变和除草剂代谢途径的改变，大穗看麦娘种群已对多种ACCase抑制剂和ALS抑制剂类除草剂产生了抗性。未观察到与大穗看麦娘抗性相关的适应性代价或竞争能力受损。

7. Genome-Wide Identification and Expression Profiling of the α-Amylase (AMY) Gene Family in Potato

马铃薯α-淀粉酶（AMY）基因家族的全基因组鉴定和表达谱分析

文章链接：https://www.mdpi.com/2073-4425/15/6/793

文章介绍：淀粉降解为植物的生长、发育、防御和胁迫响应提供能量与信号分子。α- 淀粉酶（AMY）是该过程中最重要的酶之一。马铃薯块茎富含淀粉，淀粉水解为糖会对马铃薯的油炸品质产生负面影响。尽管其具有重要作用，但马铃薯中的AMY基因家族尚未得到充分研究。本研究对马铃薯StAMY基因家族进行了详细分析，以探究其在马铃薯中的功能。本文在马铃薯基因组中共鉴定出 20 个StAMY基因，并将其分为 3 个亚组。StAMY基因的启动子包含大量与生长发育、植物激素信号转导及胁迫与防御响应相关的顺式作用元件。其中，StAMY8、StAMY9、StAMY12和StAMY20在成熟块茎中特异性表达。不同StAMY基因家族成员在 β- 氨基丁酸（BABA）、晚疫病菌（P. infestans）、苯并噻二唑（BTH）、高温、盐胁迫和干旱胁迫处理下多呈上调表达；此外，多数成员也对脱落酸（ABA）、吲哚 - 3 - 乙酸（IAA）、赤霉素（GA3）和 6 - 苄氨基嘌呤（BAP）处理有响应。这些结果表明，StAMY基因家族成员可能参与淀粉和糖代谢、防御、胁迫响应以及植物激素信号传导。本研究结果可能适用于其他淀粉类作物，并为进一步研究AMY基因的功能和调控机制奠定基础。

8. Integrated Transcriptome and Metabolome Analysis Provides Insights into the Low-Temperature Response in Sweet Potato (Ipomoea batatas L.)

甘薯 (Ipomoea batatas L.) 低温响应机制的转录组与代谢组联合分析文章链接：https://www.mdpi.com/2073-4425/16/8/899

文章介绍：甘薯是一种热带和亚热带作物，其生长和产量易受低温胁迫的影响。然而，甘薯低温胁迫的分子机制尚不清楚。本研究采用整合转录组和代谢组分析的方法，研究了两个甘薯品种——耐低温品种“X33”和低温敏感品种“W7”的低温响应。X33在不同时间点的差异表达代谢物（DEMs）聚类为5个谱系，而W7的差异表达代谢物聚类为4个谱系，且差异显著。X33和W7在不同时间点的差异表达基因（DEGs）聚类为5个谱系。与W7相比，X33中更多DEGs表现出对低温胁迫的持续或持久的正响应。 X33品种中共有1918个持续上调基因和6410个持久上调基因，而W7品种中则分别有1781个和5804个。参与Ca²?信号通路、MAPK级联反应、活性氧（ROS）信号通路以及转录因子家族（包括bHLH、NAC和WRKY）的核心基因可能在甘薯对低温的响应中发挥重要作用。在两个品种中，共鉴定出31个共同的差异表达代谢物（DEMs）。这些共同DEMs的KEGG通路分析主要涉及异喹啉生物碱生物合成、膦酸和亚膦酸代谢、黄酮类化合物生物合成、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢、ABC转运蛋白以及甘油磷脂代谢等通路。本研究选取了 5 个已定位到 KEGG 通路的差异表达代谢物进行关联分析。KEGG 富集分析表明，碳水化合物代谢、苯丙烷类代谢及谷胱甘肽代谢通路显著富集，在甘薯耐低温过程中发挥关键作用。

9. Dissecting the Genetic Diversity of USDA Cowpea Germplasm Collection Using Kompetitive Allele Specific PCR-Single Nucleotide Polymorphism Markers

利用竞争性等位基因特异性PCR-单核苷酸多态性标记解析美国农业部豇豆种质资源库的遗传多样性

https://www.mdpi.com/2073-4425/15/3/362

文章介绍：豇豆（Vigna unguiculata L. Walp）是亚热带地区，特别是西非地区重要的豆类作物，对当地小农户的生计至关重要。尽管豇豆具有一定的耐旱性，但其产量仍受到害虫、病害、寄生杂草以及各种非生物胁迫的制约。遗传改良有助于克服这些限制，而探索多样化的豇豆遗传资源对于豇豆育种至关重要。本研究利用102个竞争性等位基因特异性PCR（KASP）单核苷酸多态性（SNP）标记，对来自美国农业部核心种质资源库的361份豇豆种质资源进行了遗传多样性分析。在种质资源库中验证了共102个KASP-SNP位点，其中72个位点在整个种质资源库中表现出多态性。所有SNP位点的多态性信息含量（PIC）范围为0.1至0.37，平均值为0.29，平均观测杂合度为0.52。群体结构分析显示，三个不同的群体经系统发育分析后聚类为两个主要类群。分子方差分析（AMOVA）表明，群体内的遗传变异大于群体间的遗传变异。尽管豇豆通常遗传多样性较低，但本研究中使用的种质资源在不同地理区域、亚种和改良状态之间表现出相当大的变异。这些结果表明，所选的KASP基因分型检测方法能够提供可靠、准确的基因分型数据，可用于育种计划和基因库中豇豆种质资源的选择和管理。

10. MicroRNA166: Old Players and New Insights into Crop Agronomic Traits Improvement

MicroRNA166：调控作物农艺性状改良的经典因子与新进展

https://www.mdpi.com/2073-4425/15/7/944

文章介绍：MicroRNA（miRNA）是一种非编码RNA，在基因表达调控中起着至关重要的作用。在众多miRNA家族中，miR166因其高度保守性而脱颖而出，在模式植物和作物中均有发现。它在调控多种发育和环境响应中发挥着关键作用。本文综述了主要作物中MIR166s的多样化序列，并探讨了miR166在植物生长和胁迫响应中的重要调控功能。此外，本文还总结了miR166与其他miRNA的相互作用，并重点阐述了通过调控miR166及其靶基因HD-ZIP III的表达来增强农艺性状的潜力。

Genes期刊介绍

主编：Selvarangan Ponnazhagan, The University of Alabama at Birmingham, USA

期刊主题涵盖了与DNA、RNA、染色体、基因、遗传学和多组学相关的所有内容。下设18个专题，从人类、动物、植物、微生物、分子遗传、种群进化和高新技术等多个角度全方位审视遗传学和基因组学的前沿研究。