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  • Yawei Gao, Siyuan Xi, Bei Cai, Tingjie Wu, Qian Wang, Peter Kalds, Shuhong Huang, Yuhui Wang, Saizheng Han, Menghao Pan, Chong Yang, Qifang Kou, Baohua Ma, Xiaolong Wang, Shiwei Zhou, Yulin Chen
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3698-3702. https://doi.org/10.1016/j.jia.2023.11.045

    深入了解重要经济性状的遗传基础对家畜育种至关重要。由于角对动物、养殖设备及饲养者的伤害性,无角动物新品种的培育已成为家畜育种的一个重要方向。许多组学研究表明,松弛素家族肽受体2RXFP2)基因是与绵羊角有关的主要候选基因。然而,目前缺乏足够的分子生物学分析来验证RXFP2基因在绵羊中的功能,尤其是其对角的影响。值得注意的是,前人研究已经表明,在人类与小鼠中,RXFP2基因的主要功能与睾丸下降有关,即其功能缺失会导致隐睾症(睾丸不能正常下降到阴囊中)。因此,为了验证RXFP2基因在绵羊中的潜在功能,本研究使用CRISPR/Cas9基因编辑技术创制了RXFP2基因敲除绵羊。

    首先,针对绵羊RXFP2基因第一二外显子,设计了4sgRNA(sg1, sg2, sg3及sg4),并通过体外切割试验筛选了3条具有切割活性的sgRNA(sg1, sg2及sg3)。然后,在细胞水平测试了sgRNA的靶向编辑效率,并确定使用编辑效率最高的sg151%)创制基因编辑羔羊。最后,通过向一细胞期受精卵显微注射CRISPR/Cas9-sg1核糖核蛋白(RNP),成功创制了两只RXFP2基因敲除羔羊(雄性),血液编辑效率分别为81.84%37.17%,皮肤组织编辑效率分别为98.0%32.0%,且两只基因编辑羔羊体内均未检测到任何脱靶现象。Western blot分析发现,两只基因敲除羔羊的角基部皮肤中RXFP2蛋白表达量显著降低(P=0.034),但角长度(2~11月龄)与野生型个体无差异。有趣的是,这两只编辑羔羊均具有明显的单侧隐睾现象(非遗传因素),与其他物种中RXFP2基因缺失表型一致。这些结果说明,本研究中的RXFP2基因不完全敲除与绵羊角的生长发育无关,但会导致雄性单侧隐睾。当然,绵羊RXFP2基因对角的影响还有待通过更大规模的纯合敲除个体进行验证,以提供更加详细的证据。

    综上所述,本研究通过CRISPR/Cas9技术成功创制了RXFP2基因敲除绵羊模型,这是首次成功制备单侧隐睾绵羊模型的尝试,为RXFP2基因在绵羊中的的功能提供了新的见解。

  • Nanling Zhou, Xiaomei Zhang, Ruqian Bai, Chao Wang, Junmei Guan, Ding Fan, Yi Shang, Yuxin Jia, Ling Ma
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3693-3697. https://doi.org/10.1016/j.jia.2025.03.006

    马铃薯中的龙葵素(α-茄碱和α-卡茄碱)是一类具有生物活性的甾体糖苷生物碱(Steroidal glycoalkaloids, SGAs),属于植物次生代谢产物。这类化合物由疏水的甾体骨架(茄啶醇)和亲水的寡糖链组成,主要分布在马铃薯的块茎、芽眼和表皮组织中。龙葵素在植物防御系统中发挥重要作用,能够抵抗病原微生物和害虫侵袭,但当其含量超过200 mg/100 g鲜重时,会对人体产生毒性作用,引起胃肠道不适和神经系统症状。其生物合成途径起始于胆固醇,经过一系列氧化、转氨和糖基化反应,最终由糖基转移酶催化完成。光照、机械损伤和贮藏条件等因素均可诱导龙葵素含量升高,这既是马铃薯重要的品质安全指标,也是育种研究中需要重点调控的目标性状。该研究以二倍体马铃薯自交系E4-63为材料,将E4-63各组织中龙葵素含量与龙葵素合成基因的表达量进行相关性分析,发现SGT3基因表达量与龙葵素含量呈极显著正相关(r = 0.894),其编码的糖基转移酶催化了龙葵素生物合成的最后一步。深入研究发现,在SGT3基因启动子区存在TATA-box重复序列的自然变异,形成 (TA)10(TA)13两种单倍型。通过双荧光素酶报告系统等实验证实,pro::SGT3(TA)10的启动子活性显著高于pro::SGT3(TA)13单倍型的,从而导致SGT3基因表达量增加和SGAs积累升高。通过对137份马铃薯种质的基因型-薯块龙葵素含量关联分析,发现pro::SGT3(TA)10单倍型在高SGAs材料中出现频率达92%,显著高于低SGAs材料中的68%。基于这一发现,研究团队开发了可区分SGT3启动子单倍型的分子标记,为马铃薯低毒品种选育提供了重要工具。该研究首次将启动子变异与薯块SGAs含量建立直接关联,相比基因编辑等人工干预手段,利用自然存在的pro::SGT3(TA)13单倍型降低SGAs含量,既避免了中间代谢产物积累的风险,又符合食品安全要求。研究成果不仅深化了对植物次生代谢调控的理解,也为马铃薯分子设计育种提供了新思路。通过分子标记辅助选择,可以实现对薯块SGAs含量的精准调控,对培育兼具抗病性和食用安全性的马铃薯新品种具有重要意义。

  • Jiahao Liu, Xiaolei Cao, Tingyong Mao, Qinglin Wen, Dan Zhang, Linfeng Bao, Desheng Wang, Wei Sang, Sifeng Zhao, Yunlong Zhai
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3689-3692. https://doi.org/10.1016/j.jia.2025.02.045
  • Jiahong Yu, Bingbing Luo, Yujie Yang, Suna Ren, Lei Xu, Long Wang, Xianqing Jia, Yiyong Zhu, Keke Yi
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3656-3670. https://doi.org/10.1016/j.jia.2025.02.004

    磷肥的施用促进了作物生长,提高了农业生产效率。然而,磷矿作为磷肥的主要来源,其不可再生性日益突出,且土壤中铁、铝等金属离子易对磷肥产生固定作用,导致磷肥利用效率低下。此外,磷肥通过扩散和径流等途径流失,容易导致水体富营养化等环境问题。在此背景下,藻类肥料作为一种环境友好型替代品,逐渐受到关注。然而,藻类肥料在提供持续磷源、促进植物生长、影响土壤微生物群落以及养分循环等方面的潜力,仍有待深入探究。在本研究中,我们开发了一种聚磷藻肥并通过土壤培养实验、溶液培养实验以及作物生长试验,将其与化学磷肥进行对比分析。土壤培养实验结果显示,聚磷藻肥能逐步释放出土壤初始活性磷两倍的磷素,展现出缓释特性。相比之下,化学磷肥处理下的土壤虽然在初期表现出较高的活性磷水平,但随后这些活性磷迅速转化为稳定态磷,三个月后的活性磷水平已降至聚磷藻肥处理土壤的30%左右。进一步研究发现,聚磷藻肥中磷素的缓慢释放与土壤微生物活性的增强有关。在培养三个月后,聚磷藻肥处理土壤的微生物量磷含量较化学磷肥处理土壤高出约8倍,同时微生物量碳与微生物量磷的比值下降了约75%。微生物多样性分析显示,与化学磷肥相比,聚磷藻肥能够吸引更多有益微生物种群,如溶磷菌、植物促生菌和抗逆菌等,从而优化土壤微生物群落结构。盆栽实验以及对番茄根际微生物的扩增子和宏基因组分析表明,藻类肥料在促进植物生长方面与化学磷肥效果相当,同时能够增强土壤磷循环和整体养分动态。以上结果表明,藻类肥料,尤其是聚磷藻肥,通过其独特的磷素缓慢释放和吸引有益微生物的能力,有效稳定了土壤磷肥力,促进了植物生长。本研究强调了聚磷藻肥作为一种缓释磷肥在缓解磷资源短缺、减少土壤磷流失、促进植物生长以及改善土壤健康方面的巨大潜力,为推动磷素资源的可持续利用提供了有力支撑。

  • Yuheng Wang, Furong Kang, Bo Yu, Quan Long, Huaye Xiong, Jiawei Xie, Dong Li, Xiaojun Shi, Prakash Lakshmanan, Yueqiang Zhang, Fusuo Zhang
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3641-3655. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.025

    镁素(Mg)缺乏正成为亚热带和热带地区酸性土壤柑橘园中柑橘生产的主要限制因素。据推测,土壤中镁素淋洗损失及其养分不平衡可能是产量下降的主要原因然而,关于土壤中的镁素损失及养分平衡的研究较少。为此,本研究进行了一项为期2年的田间试验,以定量研究中国西南地区典型柑橘园中不同镁肥投入量土壤中的镁素损失。本研究中共设置四个处理,镁投入量分别为0Mg0、45Mg45、90Mg90、180(Mg180)kg MgO ha-1 yr-1。结果表明,与不施镁肥(Mg0)处理相比,施镁处理均能显著提高柑橘果实产量其增幅为4.1~16.4%。在Mg0处理中,土壤镁素的平均淋洗损失量为65.7 kg ha-1 yr-1;而在Mg180处理中,镁素淋洗量高达91.3 kg Mg ha-1 yr-1。平均而言,各施镁处理下镁素的淋洗损失量约占镁肥投入量的12.1~42.4%。因此,不同镁水平处理(Mg0Mg45Mg90Mg180柑橘园土壤镁平衡分别为-69.9-51.1-27.410.9 kg ha-1。同时,各处理中的土壤淋洗液pH均呈碱性,淋洗液钙和钾浓度含量均高于镁。因此,考虑到酸性土壤柑橘园中的镁及其它碱性离子淋洗损失,在湿润的亚热带地区柑橘生产系统中,施用镁肥或含镁土壤改良剂对于维持柑橘园土壤镁平衡、高产和果实品质至关重要。

  • Xiaotian Mi, Wanyi Xie, Lei Fan, Tianli Zhang, Yaru Liu, Gang He
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3626-3640. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.030

    优化氮肥管理技术能够提高作物产量,同时减少活性氮损失。其中,配对氮肥管理技术的协同效应对设计最佳氮肥管理技术具有重要意义,但目前对交互效应的评估仍然不足。因此,我们进一项荟萃分析,量化优化氮肥管理技术(优化氮肥用量、优化追肥和施用增效肥料)对小麦产量、氮肥利用效率(NUE)和氮损失的影响,以及配对的氮肥管理技术(优化氮肥用量和优化追肥或应用增效肥料相结合)的交互效应。结果表明,优化氮肥用量减少活性氮损失28-31,同时降低小麦产量2%;然而,当氮肥减少量小于20%时,小麦增产2%。此外,优化追肥或应用增效肥料显著提高小麦产量4-8%,提高氮肥利用效率8-14%,同时减少活性氮素损失28-40%;高频次追肥和应用硝化抑制剂对小麦产量的积极影响更强。配对的氮管理技术提高小麦产量3-4%,增加氮肥利用效率37-38%,具有叠加或协同效应;尽管它降低活性氮损失5-66%,但表现出拮抗效应。这种非叠加效应促进了对小麦产量的积极影响,但减弱了降低环境风险方面的益处。总之,这项研究强调了创新氮管理的协同效应对于解决作物产量和活性氮损失之间权衡问题的重要性。

  • Vicente José Laamon Pinto Simões, Lóren Pacheco Duarte, Rafaela Dulcieli Daneluz Rintzel, Amanda Posselt Martins, Tales Tiecher, Leonardo Dallabrida Mori, Carolina Bremm, Marco Aurélio Carbone Carneiro, Paulo César de Faccio Carvalho
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3617-3688. https://doi.org/10.1016/j.jia.2025.03.002

    Managing fertilization in integrated crop-livestock systems (ICLS) during periods of low nutrient export, known as system fertilization, can optimize nutrient use by enhancing the soil’s biochemical and physical-hydric properties.  However, interdisciplinary studies on processes that improve input utilization in ICLS remain scarce.  This study aimed to assess the relationships between the efficiencies of different nutrient management strategies in ICLS and pure crop systems (PCS) and the biochemical and physical-hydric quality of soil.  Two fertilization strategies (system fertilization and crop fertilization) and two cropping systems (ICLS and PCS) were evaluated in a randomized block design with three replicates.  In the PCS, soybean was grown followed by ryegrass as a cover crop.  In the ICLS, sheep grazed on the ryegrass.  In the crop fertilization, phosphorus and potassium were applied to the soybean planting, and nitrogen was applied in the ryegrass establishment.  Nitrogen, phosphorus, and potassium were applied during ryegrass establishment in the system fertilization.  Soil quality indexes were calculated using fourteen physical-hydric and biochemical soil indicators, and primary production and nutrient utilization efficiency were evaluated.  System fertilization in ICLS enhanced the soil functions of water storage and availability for plants, structural stability, and resistance to degradation.  System fertilization in ICLS improved the soil quality by 14% over PCS and 13% over crop fertilization in ICLS.  Notably, this optimized system yielded the highest primary production.  These findings underscore the pivotal role of system fertilization in ICLS to boost food production and enhance soil ecosystem services without increasing the consumption of external fertilizers.  They advocate for a strategic shift towards system-level fertilization in integrated systems, and demonstrate for the first time in ICLS, the delicate balance between nutrient management, soil health, and sustainable productivity.


  • Zuxian Chen, Bingbing Zhao, Yingying Wang, Yuqing Du, Siyu Feng, Junsheng Zhang, Luxiang Zhao, Weiqiang Li, Yangbao Ding, Peirong Jiao
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3614-3625. https://doi.org/10.1016/j.jia.2023.12.040
    禽流感(Avian influenza)是由禽流感病毒(avian influenza virus,AIV)引起鸡、鸭等多种家禽及野鸟感染或患病的一种高度接触性传染病。某些禽流感病毒可导致人类和其他哺乳动物患病或亚临床感染。因此,禽流感严重危害家禽业,并严重威胁人类健康。I型干扰素(interferon,IFN)介导的天然免疫反应是宿主抵御病毒感染的第一道防线。然而,禽流感病毒抑制鸭I型干扰素产生的分子机制仍不完全清楚。在本研究中,为验证鸭MAVS蛋白的功能,首先在鸭成纤维细胞(duck embryo fibroblast,DEF)中过表达鸭MAVS基因及其各结构域的基因片段。通过荧光定量的方法发现,鸭MAVS基因可使其下游基因TRAF3、IRF7、IFN-β和炎症细胞因子IL-6的mRNA表达量明显上调;荧光素酶报告基因分析发现,鸭MAVS蛋白能显著激活禽IFN-β和禽IRF7启动子的活性。因此,鸭MAVS蛋白正调控鸭I型干扰素信号通路。进一步实验发现,H5N1亚型高致病性禽流感病毒的聚合酶碱性蛋白2(polymerase basic 2,PB2)与鸭线粒体抗病毒蛋白(mitochondrial antiviral signaling protein,MAVS)相互作用,进而抑制鸭I型干扰素信号通路。免疫共沉淀实验发现,H5N1亚型禽流感病毒PB2蛋白与鸭MAVS蛋白的△TM结构域相互作用;H5N1流感病毒PB2蛋白的PB1结合结构域(PB1 binding domain,PBD)和RNA结合核输入结构域(RNA binding nuclear import domain,RND)是其与鸭MAVS蛋白相互作用的关键区域。另外,H5N1流感病毒PB2蛋白的PB1结合结构域和RNA结合核输入结构域是抑制鸭MAVS蛋白介导的I型干扰素信号通路的关键区域。综上所述,H5N1亚型禽流感病毒PB2蛋白与鸭MAVS蛋白相互作用,进而负调控鸭RLR(retinoic acid-inducible gene I (RIG-I)-like receptor,RLR)信号通路中MAVS蛋白介导的抗病毒天然免疫反应。本研究有助于了解禽流感病毒蛋白调控RLR信号通路以逃逸鸭宿主抗病毒天然免疫反应的分子机制。
  • Minghui Li, Yilan Chen, Siqiao Wang, Xueke Sun, Yongkun Du, Siyuan Liu, Ruiqi Li, Zejie Chang, Peiyang Ding, Gaiping Zhang
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3598-3613. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.05.002
    目的:猪流行性腹泻病毒(PEDV)是引起猪流行性腹泻(PED)的病原体,是肠道冠状病毒的典型代表。病毒感染的有效控制取决于疫苗的不断发展。为了开发一种更新、更安全、更有效的抗PEDV亚单位疫苗,我们通过在纳米颗粒表面展示抗原来增强疫苗的免疫原性和效力。方法:利用SpyTag/SpyCatcher系统,将PEDV的核心表位结构域(COE)显示在正二十面体的mi3纳米支架上,使其自组装成含60个亚基的病毒样颗粒COE-mi3 VLPs。研究了COE-mi3 VLPs的大小、Zeta电位、微观结构和细胞毒性,并分析了它们对抗原呈递细胞摄取、抗原留存效应和树突状细胞成熟的影响。对小鼠分别进行肌肉和鼻内免疫,并分析COE-mi3 VLPs诱导的体液免疫、细胞免疫和黏膜免疫应答水平。结果:利用SpyTag/SpyCatcher的异肽键偶联效应,成功将COE展示在mi3纳米颗粒上,组装成分布均匀的COE-mi3 VLPs,并且具有良好的安全性和稳定性。COE-mi3 VLPs可以更有效地被抗原呈递细胞摄取并长久地驻留在动物体内,有助于促进树突状细胞表面标志物的表达,从而促进树突状细胞的成熟和激活。此外,COE-mi3 VLPs在小鼠模型中不仅显著改善了PEDV特异性抗体水平,还能引起更多的CD4+和CD8+ T细胞的活化和IFN-γ和IL-4细胞因子的产生。值得注意的是,COE-mi3 VLPs可以显著促进生发中心B细胞的免疫应答,对中和抗体的产生具有重要意义。此外,COE-mi3 VLPs可以通过鼻内免疫改善小鼠肠黏膜的免疫应答。结论:基于纳米颗粒多价展示的COE-mi3 VLPs可显著增强机体的体液和细胞免疫应答,通过鼻内免疫还可以提高肠道黏膜免疫水平,并且显著改善PEDV特异性中和抗体水平。综上所述,基于纳米颗粒的PEDV抗原展示具有很大的发展潜力,可以作为一种新的亚单位疫苗平台,也可能为其他肠道冠状病毒疫苗的开发提供新的思路。
  • Niu Wang, Weidong Zhang, Zhenyu Zhong, Xiongbo Zhou, Xinran Shi, Xin Wang
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3583-3597. https://doi.org/10.1016/j.jia.2023.10.012

    羊绒由绒山羊次级毛囊产生,是纺织业的重要原料之一。根据绒山羊毛囊结构变化,绒山羊毛囊周期可分为生长期、休止期和退行期。绒山羊毛囊周期进入生长期的快慢和生长期维持稳定会直接影响羊绒产量。毛囊干细胞 (Hair follicle stem cell, HFSC) 位于毛囊隆凸区,具有自我更新和分化的特性,研究再生医学干细胞模型之一。毛乳头细胞 (Dermal papilla cell, DPC) 位于毛乳头区域,在毛囊周期转换过程中,DPC发出生长信号作用于HFSC并激活HFSC,使其开始增殖和分化,为毛囊发育提供结构细胞。因此,DPCHFSC之间的相互作用在毛囊发育和周期转换过程中发挥着重要作用。FGF7是一种分泌蛋白,参与调控上皮细胞的增殖、分化和迁移。单细胞转录组数据和组织免疫荧光结果显示FGF7定位于DPC,而其受体FGFR2DPCHFSC表达。酶联免疫吸附试验结果表明,在DPC中添加FGF7过表达腺病毒84 h时,FGF7蛋白在DPC及其培养液中含量最高;利用Tanswell技术将过表达FGF7腺病毒的DPCHFSC共培养,发现DPC分泌的FGF7促进HFSC的增殖和分化。为进一步研究FGF7HFSC生物学功能的影响,在HFSC培养基中添加FGF7重组蛋白,结果发现FGF7重组蛋白也能促进HFSC的增殖和分化,与上述结果一致。为了进一步探究FGF7调控HFSC生物学功能的作用机制,利用CUT&Tag技术检测FGF7下游靶基因,结果显示FGF7结合在Wnt信号通路抑制因子GSK3β和多能性相关基因的启动子区。凝胶/电泳迁移率试验(Enzyme-linked immunosorbent assay, EMAS)进一步证明,FGF7与CISHPRKX基因启动子区相互作用。本研究将绒山羊DPCHFSC共培养,探究了DPC分泌的FGF7HFSC生物学功能的调控及其作用机制,阐述了FGF7在绒山羊毛囊再生过程中的作用机理,为外源信号对绒山羊HFSC的调节机制奠定了基础。

  • Zishuai Wang, Wangchang Li, Zhonglin Tang
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3574-3582. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.03.071
    在动植物育种领域,深度学习(DL)方法如多层感知机(MLPs)和卷积神经网络(CNNs)已经广泛应用于预测关键的农业经济性状。然而,提升深度学习模型在基因组预测中的准确性仍然是一项具有挑战性的任务。本研究首先搜集了已公开发表的2797头杜洛克猪的基因型和6种经济性状的表型数据。通过GWAS分析,我们得到了每个单核苷酸多态性(SNP)与表型之间的相关性,并根据这些相关性信息定义了不同数量的SNP数据集(SNP数量分别为0.5k、1k、5k、10k、20k和30k)。我们采用了均方误差(Mean Square Error,MSE)的方法来评估CNN模型在不同数量的SNP数据集下的预测性能。研究结果显示,CNN模型在使用包含1,000个SNPs的数据集时达到了最佳的预测效果(MSE最小)。此外,我们开发了一种新的基因型编码方式,与传统的基因型one-hot编码方法不同,新方法将16种不同的基因型编码成八位的二进制变量作为CNN模型的输入。研究发现,相较于传统的one-hot编码方法,这种新的编码方式显著提高了CNN模型对猪重要经济性状的预测准确性。全基因组选择育种在改进育种策略方面扮演着至关重要的角色。与传统的基因组选择方法不同,深度学习模型(如CNN)能够揭示基因组中位点之间的复杂相互作用,包括上位效应和加性效应等。然而,尽管深度学习模型具有这方面的优势,但在许多情况下,其对于性状的预测准确性相较于线性模型略显不足。本研究针对猪的重要经济性状开发了一种能够显著提高CNN模型预测准确性的one-hot编码方法。这一方法的开发为深度学习模型在猪全基因组选择育种中的应用提供了新思路。未来的研究方向可以考虑引入先进的数据预处理技术,以进一步增强深度学习方法在这一领域的性能。这将有助于更全面、精确地利用基因组信息,推动育种领域的创新和进步。
  • Zhongru Ye, Yongjian Liu, Fuyu Ye, Hang Li, Ju Luo, Jianyang Guo, Zelin Feng , Chen Hong, Lingyi Li, Shuhua Liu, Baojun Yang, Wanxue Liu, Qing Yao
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3559-3574. https://doi.org/10.1016/j.jia.2025.02.008

    植食性潜叶蝇对蔬菜和园艺植物造成严重的经济损失。为了准确科学防控潜叶蝇,调查人员一般通过目测植物叶片上潜叶蝇为害状的严重度来评估农药施用量。这种人工目测估计法客观性差,精准性低,数据难以追溯。为了客观精准诊断潜叶蝇为害等级,达到科学防控潜叶蝇目的,本文采用AR眼镜相机和AI算法结合的方法,建立了野外智能潜叶蝇为害调查系统。该系统利用穿戴式AR眼镜相机作为潜叶蝇为害叶片图像采集工具,便于调查人员利用双手展开受害叶片,来获得较平整的叶片图像。为了准确计算叶片上潜叶蝇为害区域,本文提出了DeepLab-Leafminer图像分割模型。针对潜叶蝇为害区域形状不规则,DeepLab-LeafminerDeepLabv3+基础上添加了边缘感知模块和Canny损失函数,增强了对潜叶蝇为害状的边缘分割能力。与其他表现优越的图像分割模型相比,DeepLab-Leafminer模型达到了81.23%IoU87.92%F1 score,分割效果出色。根据模型分割出的潜叶蝇为害区域在整个叶片的面积占比计算得到的潜叶蝇为害等级,测试结果表明基于DeepLab-Leafminer的潜叶蝇为害等级诊断准确率为92.4%。我们设计并开发了潜叶蝇为害等级自动诊断APPWeb平台,实现了潜叶蝇为害等级诊断结果的可视化和数据分析。这种基于AR眼镜相机与AI模型DeepLab-Leafminer结合进行潜叶蝇为害等级自动诊断的方法为调查人员提供了高效、便捷、准确和数据可追溯的潜叶蝇为害等级自动诊断工具。此外,我们的方法也可以应用于其它作物叶片病虫为害等级自动诊断。

  • Lulu Yang, Tianyu Huang, Jie Shen, Bing Wang, Guirong Wang
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3546-3558. https://doi.org/10.1016/j.jia.2025.02.046

    瞬时受体电位(transient receptor potentialTRP)通道是一类与昆虫热感应密切相关的离子通道蛋白。它们参与识别环境温度,在昆虫的生存繁衍过程中发挥着重要作用。本研究鉴定并克隆桃蚜Myzus persicae中TRPA亚家族TRPA1基因两个剪切型MperTRPA1(A)MperTRPA1(B),并通过实时荧光定量PCR技术分析了它们在桃蚜不同组织中的表达模式。随后,在爪蟾卵母细胞系统中表达了MperTRPA1基因的两个剪切型,并利用双电极电压钳技术它们的体外功能进行了深入研究。此外,通过RNA干扰技术结合行为选择试验评估桃蚜对温度梯度反应的变化,进一步明确MperTRPA1基因在桃蚜温度适应机制中的作用。研究结果显示MperTRPA1基因在桃蚜成虫多种组织中均有广泛表达。具体而言,MperTRPA1(A)在口器中表达量较高MperTRPA1(B)主要在触角中表达。功能研究进一步揭示MperTRPA1两个剪切型均能被20℃至45℃的温度范围所激活且表现出非脱敏特性。深入研究发现,与MperTRPA1(A)相比,MperTRPA1(B)具有更高的电流值和热敏感性(以Q10系数值衡量)。在行为实验中,与野生型和dsGFP处理的桃蚜相比,MperTRPA1基因表达水平敲低的桃蚜对最适温度区域的偏好明显减弱,倾向于分布在更高的温度区域。综上所述,研究结果阐明了热传导受体MperTRPA1在介导桃蚜适应性温度感知过程中的分子机制。

  • Yufeng Xiao, Meiqi Dong, Xian Wu, Shuang Liang, Ranhong Li, Hongyu Pan, Hao Zhang
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3529-3545. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.03.004
    烟嘧磺隆(NSR)是一种磺酰脲类除草剂,极易进入土壤和水体,影响自然环境和人类健康。本研究从某农药厂的活性淤泥中富集和驯化出降解菌群YM2,对烟嘧磺隆进行生物修复。对菌群YM2的培养基优化,筛选出最适碳源、氮源和无机盐分别为葡萄糖、酵母粉和NaCl,对其响应面分析,确定最佳培养条件为:9.41 g L1麦芽糊精、21.37 g L1酵母粉和12.45g L1NaCl,在此培养基下菌群YM2对烟嘧磺隆的降解率达97.49%。优化菌群YM2对烟嘧磺隆的在不同环境条件下的降解特性,最佳降解条件为30℃、pH 6.0、菌群YM2的接种量1%、20 mg L1烟嘧磺隆初始浓度。并且,菌群YM2对Cd2+、Pb2+、Ni2+、ZN2+等重金属离子耐受,可以在重金属离子胁迫下生长和降解。菌群YM2主要通过胞外酶降解烟嘧磺隆,降解率92.17%。在降解过程中,细胞膜通透性、细胞表面疏水性、活性氧含量、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、丙二醛含量、和细胞凋亡率均呈现先升高后降低的趋势,受到烟嘧磺隆胁迫时,激发菌群YM2的氧化应激系统,提升抗氧化酶活性,降低活性氧,并降解烟嘧磺隆,是菌群YM2的适应机制,即对烟嘧磺隆胁迫的应激反应。生物膜形成相关基因luxSwaaEspo0Awza的表达随时间和烟嘧磺隆浓度的变化而变化。适量的烟嘧磺隆诱导生物膜形成和激发氧化应激系统。污水和土壤中的20 mg kg1烟嘧磺隆分别被降至1.92 mg L1和2.72 mg L1,降解率达90.4%和86.4%。在模拟污水处理装置中,水力停留时间12 h时,第一阶段(前3 d)仅添加烟嘧磺隆,第二阶段(3-10 d)添加菌群YM2,10天后菌群YM2降解了84.55%的烟嘧磺隆。本研究为烟嘧磺隆的微生物修复提供了理论依据。
  • Yang Sun, Yu Liu, Li Zhou, Xinyan Liu, Kun Wang, Xing Chen, Chuanqing Zhang, Yu Chen
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3511-3528. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.01.004
    水稻恶苗病是一种严重危害水稻生产的种传病害,其优势病原菌为藤仓镰孢菌Fusarium fujikuroi。为明确新型琥珀酸脱氢酶抑制剂类杀菌剂三氟吡啶胺用于防治水稻恶苗病的应用潜力,评估抗性风险并解析病原抗药性分子机制,本研究采用菌丝生长速率法和孢子萌发抑制法测定了72藤仓镰孢菌对三氟吡啶胺的敏感性,并建立敏感性基线,继而探究药剂对病原菌形态学和相关生理生化指标的影响,并测定在活体盆栽条件下药剂防效,评估其用于恶苗病防治潜力。进一步采用药剂驯化获得抗性突变体并评估抗性风险及与常用药剂交互抗性,比对分析抗性菌株与亲本菌株Sdh基因序列,鉴定抗性突变位点,最终采用同源替换与分子对接技术揭示抗药性分子机制。研究发现三氟吡啶胺对藤仓镰孢菌具有显著生物活性,生长速率法和孢子萌发法测定EC50分别为0.0410 ± 0.0470 μg mL-1和0.0038 ± 0.0015 μg mL-1,且敏感性频率呈正态分布。三氟吡啶胺可破坏病原菌菌丝和孢子形态,提升细胞膜透性,降低病菌的毒素合成,并抑制琥珀酸脱氢酶活性。此外,活体盆栽条件下三氟吡啶胺对水稻恶苗病的保护作用显著优于对照药剂氰烯菌酯和嘧菌酯。以上结果表明三氟吡啶胺可作为防治水稻恶苗病的理想候选药剂。通过药剂驯化共获得6株抗性突变体菌株,突变频率为3.75 × 10-4,抗性菌株生物适合度均显著低于其亲本菌株,且对SDHI类杀菌剂氟唑菌酰羟胺和氟唑菌苯胺存在交互抗性,而与非同类药剂氰烯菌酯、咯菌腈、咪鲜胺和嘧菌酯等无交互抗性,表明藤仓镰孢菌对三氟吡啶胺存在中等抗性风险。抗性机制研究发现SdhB亚基H248D突变可赋予病原菌中等水平抗药性(20< R<100);SdhC2亚基A83V突变可赋予高水平抗药性(RF >100);SdhD亚基S106FE166K突变赋予菌株低水平抗性(RF <10)。研究结果可为三氟吡啶胺在水稻恶苗病防治上的科学使用及抗药性治理提供理论依据。
  • Lixia Sheng, Yuqi Zhang, Xiaoke Yang, Yujia Yin, Jianqiang Yu
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3484-3493. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.040

    花青素是一种黄酮类色素,能够赋予水果和花朵鲜艳的颜色,在植物生理和人类健康中发挥着关键作用。MYB转录因子是花青素生物合成和积累的重要调控因子,但目前同源MYB转录因子在调控花青素含量上的功能差异尚不清晰。在草莓(Fragaria x ananassa)中,FaMYB44.1和FaMYB44.3是高度同源的MYB转录因子,定位于细胞核,被弱光条件明显诱导表达。然而,它们对果实花青素积累的影响不同。在‘BeniHoppe’和‘JianDe-Hong’两草莓品种中,FaMYB44.1通过转录抑制花青素积累所必需的FaF3H基因表达来抑制花青素合成。相比之下,FaMYB44.3不影响花青素含量变化。本研究全面解析了FaMYB44.1和FaMYB44.3在草莓果实花青素调控中的作用。通过阐明相关分子机制,本研究加深了我们对遗传和环境因素如何相互作用控制果实着色并提高其营养价值的理解。

  • Mingxin Feng, Ying Hu, Xin Yang, Jingwen Li, Haochen Wang, Yujia Liu, Haijun Ma, Kai Li, Jiayin Shang, Yulin Fang, Jiangfei Meng
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3465-3483. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.039
    鲜食葡萄的采后衰老阶段包含一系列生物学过程。MicroRNAs(miRNAs)在转录后水平调控下游基因的表达;然而,miRNAs是否参与葡萄采后衰老过程仍不明确。本研究采用小RNA高通量测序技术,鉴定了‘红地球’(Vitis vinifera)葡萄在采收后4°C条件下贮藏0,30和60天后(分别记为RG0、RG30、RG60)衰老相关miRNAs差异变化。结果共鉴定出42个已知的miRNAs和219个新的候选miRNAs。在果实衰老过程中,PC-3p-3343_1921、miR2950、miR395k、miR2111、miR159c、miR169q、PC-5p-1112_4500和miR167b的表达水平发生显著变化(p<0.05)。降解组测序共鉴定出218个靶基因,涉及细胞壁组织、三羧酸循环、病害防御、碳代谢、激素信号传导、花青素代谢途径和能量调控等过程,其中ARF6, GRF3, TCP2, CP1, MYBA2和WRKY72与果实衰老密切相关。此外,本研究还通过双荧光素酶报告基因实验和葡萄果实瞬时转化实验,验证了PC-5p-1112_4500靶向剪切的3个功能未知的靶基因(VIT_00s2146g00010、VIT_02s0012g01750和VIT_03s0038g00160),并证实了它们具有调控果实衰老的功能。这些结果深化了人们对miRNAs在调控葡萄果实衰老和延长园艺产品货架期方面作用的认识。基于这些发现,本研究提出了一种新的理论策略,即通过调控关键miRNAs(例如PC-5p-1112_4500)的表达来延缓园艺产品的采后衰老,从而延长其货架期。


  • Zhen Zhang, Cui Chen, Changyue Jiang, Hong Lin, Yuhui Zhao, Yinshan Guo
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3451-3464. https://doi.org/10.1016/j.jia.2025.07.001
    葡萄白腐病是由白腐菌Coniella diplodiella (Speg.) Sacc.(C. diplodiella)引起的一种真菌性病害,严重影响了葡萄果实的品质和产量;然而,关于植物对C. diplodiella病原菌反应的调节机制仍然知之甚少。在此,我们对葡萄(Vitis vinifera)中的一个Homeodomain(HD)转录因子VvOCP3进行了鉴定,并证明了其在C. diplodiella抗性中的重要作用。基因表达分析表明,接种C. diplodiella病原菌后,VvOCP3的表达水平显著下调。在葡萄果实瞬时注射和愈伤组织中稳定过表达的功能分析表明,VvOCP3负向调控葡萄对C. diplodiella的抗性。进一步的研究表明,VvOCP3直接与VvPR1(病原相关蛋白 1)的启动子结合并抑制其转录,从而降低了对C. diplodiella的抗性。此外,VvOCP3还能与2C型蛋白磷酸酶VvABI1相互作用,后者是ABA信号通路的负调节因子。综上所述,我们的研究结果表明VvOCP3在葡萄抗白腐病中起着至关重要的调节作用,为通过基因工程调节VvOCP3的表达水平来培育具有更强白腐病抗性的葡萄品种提供了理论指导。


  • Xiaolin Liu, Jie Zhu, Ruixiang Li, Yang Feng, Qian Yao, Dong Duan
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3435-3450. https://doi.org/10.1016/j.jia.2025.02.035

    芪类化合物是一种天然的植物抗毒素,参与了植物对环境中各种生物和非生物胁迫的响应。芪合成酶(STILBENE SYNTHASESTS)是葡萄合成白藜芦醇的关键酶。然而,调控STS基因表达的机制尚不清楚。在本研究中,我们报道了一个中国野生毛葡萄的NAC转录因子VqNAC17,可以提高转基因拟南芥对盐胁迫、干旱胁迫和丁香假单胞菌(Pst DC3000)的抗性。此外,利用酵母双杂交和BiFC验证了转录因子VqNAC17VqMYB15之间的相互作用。在转基因拟南芥中,VqNAC17通过与VqMYB15相互作用影响芪类化合物的合成,参与植物免疫。酵母单杂交和LUC瞬时表达实验结果发现,VqNAC17也可以结合VqMYB15的启动子。这些结果表明,VqNAC17是通过与VqMYB15相互作用的方式促进STS表达的关键调控因子。

  • Li Liu, Yifeng Feng, Ziqi Han, Yaxiao Song, Jianhua Guo, Jing Yu, Zidun Wang, Hui Wang, Hua Gao, Yazhou Yang, Yuanji Wang, Zhengyang Zhao
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3418-3434. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.034
    苹果果实硬度作为衡量果实内在品质的重要指标之一,不仅影响果实适口性,还决定了果实贮运能力。目前果实发育过程中硬度的形成机制仍不清楚,细胞壁多糖的水解是果实发育过程中硬度下降的主要原因。木葡聚糖内糖基转移/水解酶(XTH)作为解聚细胞壁多糖的关键酶,在果实硬度形成中发挥重要作用。我们通过代谢组和转录组数据联合分析鉴定了一个与果实硬度形成相关的基因MdXTH2,并对MdXTH2在苹果果实硬度形成中的功能及分子机制进行解析。结果表明,果实硬度和细胞壁各组分含量在发育期果实中整体呈下降趋势。细胞壁物质、纤维素和半纤维素含量在不同品种中均与硬度显著正相关,总相关性系数分别为0.871、0.904和0.75,这表明,纤维素和半纤维素含量的降低可能是果实发育过程中硬度下降的普遍原因。过表达MdXTH2显著增加苹果和番茄果实的硬度,并抑制了愈伤组织的生长。MdXTH2基因的上游转录因子MdNAC72可以促进果实成熟相关基因的表达。此外,双荧光素酶、酵母单杂交和凝胶阻滞迁移试验表明,MdNAC72通过与MdXTH2启动子上的NACRS元件结合并下调MdXTH2的转录水平。本研究为果实品质调控机理提供新见解,也为通过遗传改良培育硬度适中的苹果品种提供了理论依据。


  • Hanqiang Lü, Aizhong Yu, Qiang Chai, Feng Wang, Yulong Wang, Pengfei Wang, Yongpan Shang, Xuehui Yang
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3403-3417. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.07.028

    绿肥还田提高干旱灌区玉米产量和氮素吸收的结论已被证实。但很少有研究区分绿肥氮和化肥氮对玉米氮素吸收利用的贡献。本研究采用大田试验和微区试验结合的方式探究干旱灌区玉米高产高氮素吸收的绿肥管理措施在微区试验中,利用15N示踪技术对绿肥作物进行标记。设置5个处理: 绿肥全量翻压(TG);免耕绿肥全量覆盖(NTG);地上部移除根茬翻压(T);地上部移除根茬免耕(NT);常规耕作无绿肥作为对照(CT)。在大田试验和微区试验中得出相同的结论,与CT相比,绿肥还田显著提高了玉米产量和氮素吸收效率(NUPE)NTG处理下,玉米对绿肥氮的吸收量显著高于根茬还田,59.1%的绿肥氮被玉米吸收。此外,NTG促进了玉米对土壤氮的吸收,土壤氮的NUPE 提高至50.7%,较TG高5.5%NTGTG的差异主要体现在籽粒中,值得注意的是,植株中土壤氮的比例显著下降。在土壤氮转运方面,NTG降低耕层土壤氮损失,提高土壤氮储量。此外,NTG促进了玉米氮素吸收关键时期(拔节期至开花期)土壤有机氮的矿化量。综上所述,免耕绿肥全量还田不仅提高了玉米对绿肥氮和土壤氮的吸收,而且降低了玉米植株中土壤氮的比例。

  • Lichao Zhai, Shijia Song, Lihua Zhang, Jinan Huang, Lihua Lü, Zhiqiang Dong, Yongzeng Cui, Mengjing Zheng, Wanbin Hou, Jingting Zhang, Yanrong Yao, Yanhong Cui, Xiuling Jia
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3384-3402. https://doi.org/10.1016/j.jia.2023.12.021

    增密加剧玉米粒位效应进而限制密植玉米产量潜力是生产上普遍存在的一个问题。在大田生产上,深松作为一项农艺措施已被证实可以有效调控作物产量。为了阐明冬小麦播前深松对密植夏玉米粒位效应的影响及其调控机制,于2020-20212021-2022生长季基于裂区试验设计开展了大田试验,主区为2个不同的耕作方式:传统耕作(CT)和冬小麦播前深松(SS);裂区为3个不同的夏玉米种植密度:D1: 6.0×104/hm2, D2: 7.5×104/hm2, D3: 9.0×104/hm2。与常规耕作相比,冬小麦播前深松通过增加弱势粒与强势粒粒重比(WR)缓解了D2D3密度处理下的玉米粒位效应, 深松处理下密植玉米较高的WR值主要归因于弱势粒灌浆的增强。在相同的种植密度下,冬小麦播前深松明显增加了根系物质积累量,提高了根系抗氧化酶SODPOD的活性,降低了根系丙二醛MDA的含量,尤其是密植条件下的玉米植株。 这些研究结果说明冬小麦播前深松可推迟夏玉米根系衰老,而这与土壤紧实度的降低存在关系。此外,与CT相比, SS增加了密植玉米吐丝后20天至生理成熟期穗位叶的叶绿素含量,降低了花后叶绿素和叶面积的衰减率,反映了花后玉米叶片衰老的缓解。在相同的密度处理下,SS处理的花后干物质积累量明显高于CT处理,这可能与花后光合势和叶片光合相关酶(PEPCRubisco)活性的提高有关。相关分析揭示了冬小麦播前深松缓解密植玉米粒位效应的主要机制是:深松通过调控土壤物理特性缓解了 密植玉米花后“根-冠”衰老,进而增加了花后物质积累和弱势粒的灌浆充实,最终缓解玉米粒位效应并增加籽粒产量。本研究将为冬小麦播前深松在促进夏玉米产量提升上提供新的理论依据。

  • Yuxin He, Fei Deng, Chi Zhang, Qiuping Li, Xiaofan Huang, Chenyan He, Xiaofeng Ai, Yujie Yuan, Li Wang, Hong Cheng, Tao Wang, Youfeng Tao, Wei Zhou, Xiaolong Lei, Yong Chen, Wanjun Ren
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3368-3383. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.03.023
    在水稻生产中,调整播期是一种普遍使用的措施以适应高温环境。然而,推迟播期对稻米品质的影响可能因品种和生态条件而异。糊化特性常被人们用来评价稻米的蒸煮食味品质。为进一步明确推迟播期对稻米糊化特性的影响,本研究以宜香优2115、F优498和川优6203等3个水稻品种为研究对象,于2018和2019年在四川盆地的大邑、安州、南部和射洪等4个生态点设置了不同播期试验,共设置正常播期1(CS1)、正常播期2(CS2,比CS1晚播10 d)、推迟播期1 (DS1,比CS1晚播30 d)和推迟播期2(DS2,比CS2晚播30 d)等4个处理。研究结果表明,较CS1和CS2处理,DS1和DS2处理显著提高了稻米的直链淀粉含量,但降低了蛋白质含量、峰值黏度、热浆黏度和冷胶黏度。除2018年CS2和DS1处理间差异不显著外,DS1和DS2处理使崩解值降低了2.15–11.19%,消减值则增加了23.46–108.47%。然而,推迟播期处理对稻米糊化特性的影响因生态点和品种而存在明显差异。2019年,DS1和DS2处理导致大邑、安州、南部和射洪生态点崩解值分别降低了2.35–9.33%、2.61–8.61%、10.03–17.78%和2.06–8.93%,消减值则分别增加了2.32–60.93%、63.74–144.24%、55.46–91.63%和-8.28–65.37%。相关分析结果表明,峰值黏度和热浆黏度与抽穗后的平均、最高和最低温度呈显著正相关关系。将抽穗后的平均、最高和最低温度控制在25.9、31.2和 22.3℃以上,有利于稻米相对崩解值的提高和相对消减值的降低,进而提高稻米的蒸煮食味品质。综上,推迟播期处理可能会导致四川盆地机插稻食味品质变劣,而将抽穗后的平均温度控制在25.9℃以上有利于稻米蒸煮食味品质的提升。
  • Yunji Xu, Xuelian Weng, Shupeng Tang, Weiyang Zhang, Kuanyu Zhu, Guanglong Zhu, Hao Zhang, Zhiqin Wang, Jianchang Yang
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3351-3367. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.04.005
    干湿交替灌溉技术(AWD)对稻米品质形成具有重要影响。脂质作为水稻籽粒中除淀粉和蛋白质以外的第三大丰富的物质成分,与籽粒品质形成密切相关。但是,不同AWD模式下稻米脂质谱的变化特点仍不清楚。本研究设置了常规灌溉(CI)、轻-干湿交替灌溉(AWMD)和重干-湿交替灌溉(AWSD)3种灌溉处理,采用非靶向脂质组学分析方法研究了扬稻6号(YD6)精米中脂质组的变化特点,并分析了稻米的蒸煮食味品质。结果显示,YD6精米中具有7种脂类、55种脂质亚类,共包含1086个脂质分子。与CI处理相比,AWMD处理主要改变了精米中TG、Cer、DG、BisMePA、PC、PE、MGDG和DGDG等脂质亚类,提高了稻米的蒸煮食味品质,而AWSD处理显著改变了TG、Cer、DG、PC、PE、Hex1Cer、DGDG和BisMePA等脂质亚类,并降低了稻米的蒸煮食味品质。研究进一步发现,AWMD处理对DGDG(18:0_18:2)、DGDG(16:0_14:0)、PC(33:1)、Cer(t17:0_26:0)和Cer(t17:0_16:0)等脂质分子表达的影响最为显著,而AWSD处理对TG(6:0_14:0_18:3)、PC(41:1)、TG(19:1_18:4_18:4)、Hex1Cer(d18:2_24:0+O)和Hex1Cer(d18:2_24:1)等脂质分子表达的影响最为明显。综上,由AWMD和AWSD处理引起改变的上述10种脂质分子可优先作为脂质与稻米品质关系研究的候选脂质。
  • Dili Lai, Md. Nurul Huda, Yawen Xiao, Tanzim Jahan, Wei Li, Yuqi He, Kaixuan Zhang, Jianping Cheng, Jingjun Ruan, Meiliang Zhou
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3334-3350. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.03.031
    干旱正在成为作物生产的常见威胁。为了应对这种压力并确保全球粮食安全,鉴定和利用优异的抗旱基因对于开发抗旱作物品种至关重要。然而,目前已知糖转运体参与了许多植物的抗逆性,但是苦荞麦的糖转运体基因家族尚未得到系统分析。本研究从品苦基因组中鉴定了140个糖转运体基因,并将其分为10个亚族。结构分析表明,与其他亚家族相比,SGB/pGlcT亚家族内含子数量最多。启动子区域存在丰富的非生物胁迫相关顺式作用元件。共线性分析表明,FtSUT7FtSTP28FtPLT1FtINT2基因的相对较为古老。对各种非生物胁迫下糖转运基因的表达进行了筛选,结果表明FtERD23FtINT2FtpGlcT2FtSTP27可能与苦荞抗逆性有关。此外,还观察到FtERD23的过表达也许是通过葡萄糖转运维持渗透压,从而增强干旱胁迫耐受性。此外,利用WGCNA和FCMA进行的基因共表达分析发现了六个可能调控FtERD23表达并参与植物抗旱的转录因子。总之,这一系统分析为进一步确定糖转运体基因的功能特性以提高苦荞麦及其相关物种的耐旱性提供了理论依据。
  • Ling Ai, Ju Qiu, Jiuguang Wang, Mengya Qian, Tingting Liu, Wan Cao, Fangyu Xing, Hameed Gul, Yingyi Zhang, Xiangling Gong, Jing Li, Hong Duan, Qianlin Xiao, Zhizhai Liu
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3322-3333. https://doi.org/10.1016/j.jia.2023.12.024
    与雄花序不同,正常发育的玉米雌花序(或称雌穗)不会形成分枝分生组织(BM)。然而,当fea2/3/4ramosa1/2/3等基因发生突变后,对应的突变体却会形成具有分枝的雌穗。在改变雌穗形态结构的同时,这些目标基因还会同步影响突变体雄穗的正常发育。本研究中,我们鉴定了一个自然发生的雌穗分枝突变体branched ear1be1)。be1的雌穗基部会着生多个分枝穗,但其雄穗却发育正常。并且,be1的分枝穗和主雌穗都能正常授粉结实,形成排列规则的籽粒。be1的这些特性,显著不同于玉米中此前报道的束状穗或RAMOSA型的同类突变体。扫描电镜(SEM)鉴定结果显示,在be1雌穗发育早期,其幼穗基部会着生带有3个生长锥的分生组织,类似于雄穗幼穗的BM。基因定位以及序列比对结果表明,TEOSINTE BRANCHED1TB1)基因是调控be1雌穗分枝表型的候选基因BE1。进一步的验证结果显示,BE1编码区下游存在一段突变体特有的31bp缺失,导致BE1在雌穗幼穗中的表达量显著下调,可能是导致be1雌穗出现分枝的主要原因。我们进一步利用CRISPR/Cas9编辑自交系KN5585的TB1编码区下游区域,在纯合编辑株系中,观察到类似于be1的雌穗分枝表型,表明TB1BE1的目标基因,并将其命名为ZmTB1be1。本研究的结果表明,TB1除了调控玉米的植株形态建成外,在玉米雌穗发育中也发挥着潜在的重要作用。后续有关ZmTB1be1的功能解析,可能为玉米重要驯化基因TB1的相关研究提供新的参考和借鉴。
  • Tiantian Chen, Lei Li, Dan Liu, Yubing Tian, Lingli Li, Jianqi Zeng, Awais Rasheed, Shuanghe Cao, Xianchun Xia, Zhonghu He, Jindong Liu, Yong Zhang
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3311-3321. https://doi.org/10.1016/j.jia.2023.12.039
    小麦黑胚病表现为籽粒胚部呈现明显的黑褐色斑点,会降低小麦品质和商品等级。挖掘抗性遗传位点可有效提升小麦品种黑胚病抗性。本研究以中麦578/济麦22重组自交系(Recombinant inbred line, RIL)的262份家系为研究材料,利用5个环境的黑胚率表型数据小麦50K SNP芯片构建的高密度遗传连锁图谱,定位到6个稳定的黑胚病抗性遗传位点(Quantitative trait loci, QTL),并命名为QBp.caas-2AQBp.caas-2B1QBp.caas-2B2QBp.caas-2DQBp.caas-3AQBp.caas-5B,分别解释2.1-28.8%的表型变异。其中,QBp.caas-2B1QBp.caas-2B2的抗性等位基因来自中麦578,其余位点抗性等位基因来自济麦22。在以上位点中,QBp.caas-2B2QBp.caas-2DQBp.caas-3A与之前报道的位点接近或一致,而QBp.caas-2AQBp.caas-2B1QBp.caas-5B可能是新的抗性位点。利用165份自然品种对5KASP标记(Kasp_2A_BPKasp_2B1_BPKasp_2B2_BPKasp_3A_BPKasp_5B_BP)的有效性进行了验证。本研究为小麦黑胚病分子标记辅助选择育种提供了可用QTL和分子标记。
  • Yi Zhang, Jing You, Jun Tang, Wenwen Xiao, Mi Wei, Ruhui Wu, Jinyan Liu, Hanying Zong, Shuoyu Zhang, Jie Qiu, Huan Chen, Yinghua Ling, Fangming Zhao, Yunfeng Li, Guanghua He, Ting Zhang
    Journal of Integrative Agriculture. 2025, 24(9): 3297-3310. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.01.025
    叶片和颖壳作为侧生器官,对光合作用和种子形态有重要影响,从而影响产量。然而,控制水稻极性发育的分子机制仍需进一步研究。本研究中,我们分离了一个水稻polarity defect of lateral organs 1 (pdl1)突变体,该突变体表现出由极性发育缺陷引起的扭曲的/丝状的叶片和裂开的/丝状的外稃。PDL1编码定位于细胞质颗粒的SUPPRESSOR OF GENE SILENCING 3蛋白。PDL1表达于茎尖分生组织、花序分生组织、花分生组织以及叶片和花器官等侧生器官。PDL1参与了tasiR-ARF的合成,可能进一步调控OsARFs的表达。同时,远轴面特征基因miR165/166和近轴面特征基因OSHBs的表达水平分别显著升高和降低。本研究结果阐明了PDL1介导的tasiR-ARF合成进而调控水稻侧生器官极性发育的分子机制。
  • 吕涛, 孙国清, 郭栋材, 陈全家, 蔡永生, 樊标星, 曲延英, 郑凯
    中国农业科学. 2025, 58(9): 1684-1701. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2025.09.002

    【目的】 海岛棉具有优异的纤维品质,纤维断裂比强度是棉花纤维品质的一个重要指标。开发InDel分子标记,通过RIL群体和资源材料进行验证,并分析其有效性,为选育优异纤维品质海岛棉新品种提供一定的理论依据。【方法】 以前期构建的213份Pima S-7和5917 F5:6重组自交系(RIL)群体为材料,进行QTL定位,获得调控海岛棉纤维强度数量性状基因座位点qFS-chr17-1,根据亲本全基因组测序(WGS)数据开发设计InDel标记,并在亲本间筛选多态性标记。根据表型数据选取40份极端家系材料初步验证所开发的多态性标记。在213份RIL群体和213份海岛棉资源材料中进行基因分型,并结合多年纤维品质数据验证标记的有效性。【结果】 利用开发的2个InDel标记在RIL群体与海岛棉资源材料进行基因分型检测,结果表明,2个标记能够与纤维强度表型数据紧密连锁,所区分材料间纤维强度性状具有显著差异。通过组合2个标记基因型检测结果,发现4种组合类型的纤维强度呈现上升趋势,且携带Hap3(B/A)与Hap4(B/B)基因型的材料纤维强度显著强于Hap1(A/A)与Hap2(A/B)。InDel-3L2标记与纤维长度、纤维整齐度和纺纱一致性指数等纤维品质性状显著相关,所区分材料表型趋势与相关性分析结果一致。根据多年环境下两试验点的纤维品质数据分析,发现不同环境间的纤维品质有差异,结合气温数据,发现所开发的分子标记受环境影响小。通过对213份海岛棉资源材料纤维品质数据进行聚类分析,并结合分子标记分型结果,共筛选出8份优异纤维品质材料。【结论】 针对海岛棉纤维强度QTL位点(qFS-chr17-1)开发出2个与纤维强度紧密连锁的InDel分子标记,将两标记分型结果组合后仍具有有效性。InDel-3L2可以与纤维长度、纤维整齐度和纺纱一致性指数连锁。开发的InDel标记可以高效准确地检测海岛棉纤维高强度资源材料,可以用于海岛棉纤维品质改良育种。还筛选出8份优异纤维品质材料。

  • 李云丽, 刁邓超, 刘雅睿, 孙玉晨, 孟祥宇, 邬陈芳, 汪妤, 吴建辉, 李春莲, 曾庆东, 韩德俊, 郑炜君
    中国农业科学. 2025, 58(9): 1663-1683. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2025.09.001

    【目的】 小麦是中国乃至世界最重要的口粮之一,随着全球性的气候变化,高温成为限制小麦安全生产的主要逆境因素。筛选、鉴定优异耐热种质资源、挖掘耐热候选基因,可以丰富我国小麦耐热性遗传基础,为培育小麦耐热品种提供先决条件,保证国家粮食生产安全。【方法】 以331份小麦种质组成的自然群体为材料,采用人工气候箱模拟高温的方法,通过调查不同处理时长下小麦幼苗的存活率,以耐热级数为指标,评价其耐热性。结合55K SNP芯片基因型分析结果,通过全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)方法,发掘耐热性相关的遗传位点。结合小麦热胁迫下根、叶等多组织的表达量数据,筛选耐热性相关基因,最后,以极耐热种质西农889和热敏感种质中国春为材料,利用qPCR方法对候选基因进行验证。【结果】 高温胁迫下,不同小麦的存活率存在极端差异,极耐热、中等耐热、中等热敏感、极热敏感的种质资源分别是110、104、110和7份,占比为33.23%、31.42%、33.23%和2.12%,鉴定获得西农889、郑麦7698、中麦895、周麦18和丰产3号等耐热种质资源;通过全基因组关联分析,共检测到293个与12 h存活率、耐热级数显著关联的SNP位点,表型变异解释率为4.40%—12.46%,其中,与12 h存活率相关的位点200个,与耐热级数相关位点257个,定位到的相同耐热相关位点164个;基于显著关联的SNP标记,共预测到313个耐热相关基因。根据基因注释信息,以及热胁迫下的表达量数据,筛选出23个耐热候选基因,对差异表达的候选基因进行qPCR验证,鉴定到20个关键耐热候选基因。【结论】 鉴定了331份小麦种质的苗期耐热性,建立了一种45 ℃高温下测定不同处理时长的幼苗存活率鉴定小麦耐热性的快速方法,筛选出38份耐热种质。共检测到293个与小麦苗期耐热性显著关联的位点,筛选出TraesCS1A02G355900TraesCS1A02G389500TraesCS5A02G550700TraesCS5D02G557100TraesCS6D02G402500TraesCS7A02G232500等关键候选基因。

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