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  • Hubing Zhao, Guanfei Liu, Yingxia Dou, Huimin Yang, Tao Wang, Zhaohui Wang, Sukhdev Malhi, Adnan Anwar Khan
    Journal of Integrative Agriculture. 2024, 23(9): 3174-3185. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.01.008
    干旱缺水和降水量分布不均制约着旱地小麦生产,地膜和秸秆覆盖是旱地小麦保水增产的有效措施。我们进行了8年定位试验,用无覆盖做对照,研究地膜和秸秆覆盖对旱地小麦产量、土壤储水量、地表温度和水分利用率的影响。结果表明:相比无覆盖对照,地膜覆盖和秸秆覆盖平均增产12.6和10.5%,地膜覆盖增产效果优于秸秆覆盖。相比无覆盖对照,秸秆覆盖在周年、生育期和夏闲期分别显著降低地表土层温度达到0.57、0.60和0.48°C;恰恰相反,地膜覆盖在周年、生育期和夏闲期分别增温达到0.44、0.51 和0.27°C。地表土层温度是决定土壤储水的关键因素,相比地膜覆盖,秸秆覆盖可以提高播前底墒17%。收获期地膜覆盖和秸秆覆盖储水量无差异,所以秸秆覆盖蒸散量比地膜覆盖提高4.5%,因而地膜覆盖水分利用率相比秸秆覆盖提高了6.6%。总的来看,地膜覆盖提高了旱地小麦的产量和水分利用率,秸秆覆盖增加了储水量。
  • Delei Kong, Xianduo Zhang, Qidong Yu, Yaguo Jin, Peikun Jiang, Shuang Wu, Shuwei Liu, Jianwen Zou
    Journal of Integrative Agriculture. 2024, 23(9): 3159-3173. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.03.047
    节水灌溉策略可以有效减少稻田甲烷排放,但由于土壤含氧量和氧化还原电位的变化,会强烈刺激氧化亚氮(N2O)的排放。然而,目前有关不同施肥措施下节水灌溉稻田土壤N2O排放与氮(N)循环功能基因之间的关系却很少被研究。此外,有机肥替代化肥对稻田N2O排放的减排潜力及微生物学机制有待进一步阐明。本研究分析了我国东南部连续两年不同施肥措施对稻田土壤N2O排放和相关功能微生物【氨氧化古菌(AOA)、氨氧化细菌(AOB)、nirSnirKnosZ】的影响。共设置了三个试验处理:不施氮肥(Control)、化学氮肥(Ni)和有机肥部分替代化学氮肥(Ni+No)。研究结果表明,平均两个水稻生长季,Control、Ni和Ni+No处理的N2O累积排放量分别为0.47、4.62和4.08 kg ha−1。与Ni处理相比,Ni+No施肥措施在保障水稻产量的同时,显著降低了土壤N2O排放量11.6%,其N2O排放因子(EF)为0.95%。与Control处理相比,施用氮肥可以显著提高AOB、nirSnirKnosZ基因丰度。有机肥部分替代化学氮肥显著降低了AOB和nirS基因丰度,但增加了nosZ基因丰度。AOB对氮肥的响应比AOA更敏感。N2O累积排放量与AOB、nirS基因丰度呈正相关关系,而与nosZ基因丰度、nosZ/nirS比值呈负相关关系。综上所述,在节水灌溉稻田中,有机肥替代化学氮肥可以减少土壤N2O排放,主要通过改变土壤NO3--N、pH和DOC含量,从而抑制硝化过程的氨氧化和反硝化过程的亚硝酸盐还原,以及增强反硝化过程的N2O还原。
  • Gang Lu, Feiyan Zheng, Yuqing Xiao, Ran Shao, Jiajun Ou, Xin Yin, Shoujun Li, Guihong Zhang
    Journal of Integrative Agriculture. 2024, 23(9): 3145-3158. https://doi.org/10.1016/j.jia.2023.11.008

    近年来,越来越多的自然感染病例报道及动物攻毒实验证实猫科动物可以感染多种亚型的A型流感病毒。值得注意的是,某些亚型A型流感病毒在跨物种传播后可以在猫科动物中长期流行,甚至可以感染人类。这对公共卫生安全造成了潜在威胁。与A型流感病毒聚合酶活性相互作用的宿主因子是决定其感染宿主范围的关键因素,而ANP32蛋白是其中重要的一个宿主因子。但是,猫源ANP32蛋白对A型流感病毒聚合酶活性的调控作用及其对病毒感染宿主范围的潜在影响仍属未知领域。在本研究中,利用RT-PCR方法从家猫组织中共克隆了10个猫源ANP32剪接变异体,其中分别包括5ANP32A3ANP32B2ANP32E变异体。测序及蛋白序列比对的结果表明部分猫源ANP32剪接变异体发生了氨基酸的缺失及/或插入。激光共聚焦实验的研究结果表明所有10个猫源ANP32剪接变异体都主要定位于细胞核。在本研究中,还建立了多个A型流感病毒代表性毒株的小基因组复制系统。利用该系统,评估了猫源ANP32蛋白对A型流感病毒聚合酶活性的调控作用。研究结果表明大部分猫源ANP32AANP32B蛋白都可以支持所检测的A型流感病毒的聚合酶活性,但是同一种ANP32蛋白对不同A型流感病毒毒株聚合酶活性的支持作用有所差别。此外,体外研究的结果证实了猫源ANP32蛋白可以支持H3N2犬流感病毒在细胞中复制。综上所述,本研究系统分析了猫源ANP32A蛋白对A型流感病毒聚合酶活性的调控作用,为研究猫科动物对A型流感病毒易感的分子机制提供了基础。

  • Yajun Zhang, Xiao Chang, Bing Wang, Dawei Wei, Rongzhen Zhong, Yansheng Guo, Min Du, Guijie Zhang
    Journal of Integrative Agriculture. 2024, 23(9): 3129-3144. https://doi.org/10.1016/j.jia.2023.10.008

    本试验旨在研究枸杞渣对滩羊生长性能、瘤胃发酵参数、瘤胃微生物菌群及代谢组的影响。选取4月龄左右、体重[(20.8 ± 0.34)kg]相近和健康状况良好的滩羔羊16只,随机分为对照组和试验组,每组8只。对照组饲喂基础饲粮,试验组在基础饲粮中添加5%枸杞渣,每天饲喂2次。预试期10 d,正试期60 d。试验结束后,采集瘤胃液,测定发酵参数、瘤胃微生物群落结构及代谢产物。结果表明:1)与对照组相比,饲粮中添加5%枸杞渣显著增加了滩羊平均日采食量和平均日增重(P<0.05)。2)与对照组相比,饲粮中添加5%枸杞渣极显著增加了瘤胃液挥发性脂肪酸P<0.01),显著降低了氨含量和瘤胃pH值(P<0.05)3)多样性分析发现,2组间微生物Alpha多样性指数和Beta多样性差异显著(P<0.05)。微生物组成分析发现,在门水平上,试验组极显著增加了拟杆菌门、厚壁菌门、软壁菌门和蓝藻菌门的相对丰度(P<0.01),极显著降低了变形菌门、螺旋菌门和互养菌门的相对丰度(P<0.01)。在属水平上,添加枸杞渣显著增加普雷沃菌属琥珀酸菌属瘤胃球菌属粪球菌属月形单胞菌属丁酸弧菌属的相对丰度P<0.05)显著降低了颤螺旋菌属琥珀酸弧菌属的相对丰度P<0.05)4)通过代谢组学分析,共检测出431种差异代谢物。与对照组相比,试验组有287种差异代谢物显著上调,其中显著提高了氨基酸类(L -脯氨酸、L-苯丙氨酸、L-赖氨酸和L -酪氨酸、嘧啶代谢类(如尿嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶和微生物蛋白合成类(如黄嘌呤和次黄嘌呤等代谢产物的含量(P<0.05)富集差异显著的代谢通路有嘧啶代谢,苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成,精氨酸和脯氨酸代谢以及苯丙氨酸代谢综上所述,饲粮中添加5%枸杞渣能改善滩羊生长性能,能够调节瘤胃菌群结构,影响瘤胃代谢物含量,改善瘤胃内环境。我们的研究结果表面了饲粮中添加枸杞渣对滩羊生长的促进作用,为其在反刍动物实际生产应用中提供了理论依据。

  • Yuting Zhu, Yongli Wang, Yidong Wang, Guiping Zhao, Jie Wen, Huanxian Cui
    Journal of Integrative Agriculture. 2024, 23(9): 3118-3128. https://doi.org/10.1016/j.jia.2023.04.015

    肉鸡的腹部脂肪过度沉积会造成很多不良后果,例如降低肉鸡的饲料效率、影响肉鸡健康、增加生产成本等。因此,培育低腹脂系的肉鸡品种具有重要意义。鸡的腹脂沉积是一个由遗传因素主导的多因素共同调控的复杂生理过程,其分子基础难以捉摸。在本研究中,我们通过转录组分析比较了腹部脂肪沉积不同阶段的差异基因,以鉴定影响腹部脂肪沉积的关键基因和途径。我们发现腹脂重(AFW)从第35D35)到第91天(D91)逐渐增加,然后在第119天下降。我们比较D35 vs D63D35 vs D91的基因表达水平,鉴定差异表达基因(DEGs),并通过加权基因共表达网络分析(WGCNA)识别与脂肪沉积相关的基因模块。然后,对鉴定到的DEGsWGCNA基因模块进行交叉分析,在D35 vs D63D35 vs D91分别鉴定出394个和435个交叉基因。对这些交叉基因进行功能富集分析,基因本体论(GO)和京都基因与基因组百科(KEGG)通路富集分析结果表明,类固醇激素生物合成途径和胰岛素信号通路在所有交叉基因中被共同富集,已有研究表明类固醇激素生物合成途径调控胰岛素信号通路,表明类固醇激素生物合成途径在肉鸡腹部脂肪发育过程发挥重要作用。接着采用CytoHubba15种算法对这些交叉基因进行筛选,最终鉴定到6个与腹部脂肪沉积相关的hub基因(ACTB, SOX9, RHOBTB2, PDLIM3, NEDD9DOCK4SOX9已被证明与类固醇激素受体结合所需的蛋白质结合,而RHOBTB2通过cyclin因子间接调控类固醇激素的生物合成,并最终影响脂肪沉积。同时,PPI蛋白互作预测分析发现这6hub基因的蛋白水平存在互作关系综上所述,我们分析表明RHOBTB2SOX9基因可以通过调节类固醇激素生物合成途径在肉仔鸡脂肪沉积中发挥重要作用。本研究的结果为进一步研究鸡脂肪沉积机制提供了新的方向和思路

  • Xianliang Huang, Dai Shi, Kai Deng, Shuzhen Jia, Ding Ding, Li Hou, Bing Chen
    Journal of Integrative Agriculture. 2024, 23(9): 3104-3117. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.03.019
    全球气候变化导致干旱事件愈发严峻,从而严重威胁各种生物的生存;然而,关于生物抗旱性分子调控机制的研究较少。本研究对不同干旱(食物介导)环境下飞蝗成虫的生物学性状进行系统比较,发现脂动激素(AKH)信号通路对飞蝗成虫抗旱性具有重要调控作用。主要结果如下,干旱导致飞蝗成虫的失水率降低、体重损失率增加和寿命缩短。转录组分析显示,干旱选择系和对照系飞蝗存在组织特异性基因表达变异。特别重要的是,AKH基因表达受到干旱选择和干旱胁迫的显著诱导。进一步结合RNA干扰和海藻糖外源补充,发现AKH1、AKH2或脂动激素受体(AKHR)基因干扰显著加速干旱环境下飞蝗成虫的水分散失和死亡,外源补充海藻糖能够改善由AKHAKHR干扰引起的不利影响。该研究结果表明AKH/AKHR信号通路介导的海藻糖代谢对飞蝗抵抗干旱胁迫至关重要,促进了对生物抗旱性调控机制的理解。
  • Shanyu Li, Guifang Lin, Haoqi Wen, Haiyan Lu, Anyuan Yin, Chanqin Zheng, Feifei Li, Qingxuan Qiao, Lu Jiao, Ling Lin, Yi Yan, Xiujuan Xiang, Huang Liao, Huiting Feng, Yussuf Mohamed Salum, Minsheng You, Wei Chen, Weiyi He
    Journal of Integrative Agriculture. 2024, 23(9): 3089-3103. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.04.029
    通过位点特异性的基因组编辑,可以实现基于精确性别分离和只释放不育雄性的害虫遗传控制策略。本研究发现,Pxfl(2)d除了在雌成虫卵巢发育和卵孵化方面的已知功能外,其单等位基因的突变还能显著影响十字花科害虫小菜蛾雄成虫的正常交配行为和睾丸发育。基于CRISPR/Cas9的基因敲入结果表明,外源绿色荧光蛋白(GFP)基因可被定点整合到位于常染色体的Pxfl(2)d中,用于标记突变体。但由于Pxfl(2)d突变体生殖能力严重下降,该基因并不适合作为靶点来建立稳定遗传的基因敲入品系。本研究还进一步筛选了W染色体和Z染色体连锁区域,检测CRISPR/Cas9介导的基因敲入效率。结果证实,这两种类型的染色体都可以作为外源序列定点插入的靶标。本研究最终获得了在小菜蛾Z染色体连锁区域同时整合了Cas9和青色荧光蛋白(CFP)表达盒的纯合敲入品系(Z-Cas9-CFP),也可用于早期性别鉴定。通过将靶向Pxfl(2)d的sgRNA单独注射到Z-Cas9-CFP品系雌成虫产下的卵中,基因编辑效率达到29.73 %,证实成功表达了具有功能的Cas9基因。综上所述,本研究证明了外源基因在小菜蛾不同基因组区域敲入的可行性,而遗传品系的建立则需要选择合适的位点。研究结果为进一步开发害虫遗传防控策略提供了重要的工作基础和技术支持。
  • Jianqiang Bao, Yuxuan Chen, Suwan Jiang, Rui Liu, Xi Zhang, Fangzheng Zhang, Zhiwei Chen, Chen Luo, Hailong Kong
    Journal of Integrative Agriculture. 2024, 23(9): 3078-3088. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.01.024
    C型凝集素(CTL)是昆虫先天免疫反应的模式识别受体,可能与Cry毒素竞争碱性磷酸酶受体,从而降低其对昆虫的毒力。然而,到目前为止,CTL是否会影响甜菜夜蛾对Bt的敏感性尚不清楚。本研究首先鉴定了甜菜夜蛾33个CTL家族基因。根据糖识别域(CRD)的结构和数量将其分为三类:(1)含有单个CRD的S型19个;(2)含有两个串联排列的CRD的 IML型8个;(3)含有CRD和其他结构域的X型6个。 RT-qPCR分析显示,Bt和Cry1Ab毒素处理幼虫后,SeCTL-S15IML-4CTL-X6的基因表达水平明显上调。甜菜夜蛾不同组织和发育阶段的基因表达分析表明,只有SeCTL-S15主要在中肠和幼虫期表达。RNA干扰SeCTL-S15基因表达幼虫对Bt的敏感性显著增加,存活率和体重均显著降低。这些结果表明,CTL-S15可能在甜菜夜蛾幼虫对Bt的低敏感性中起重要作用。同时该研究结果为探索昆虫CTL的功能提供了新的见解。
  • Mingming Yang, Yunxiao Tan, Jiabing Ma, Yingjia Zhao, Xia Yan, Nana Wang, Pingping Wang, Jiaqi Tan, Suilong Ai, Xiaofei Liang, Bangshuai Chang, Obadah E. A. Yousif, Chao Zhao, Bo Wang, Guoliang Qian, Lili Huang
    Journal of Integrative Agriculture. 2024, 23(9): 3066-3077. https://doi.org/10.1016/j.jia.2023.11.047

    产酶溶杆菌Lysobacter enzymogenes)OH11分泌的热稳定抗真菌因子HSAF具有广谱高效的抑菌活性。目前无法利用化学合成和异源表达等方法生产HSAFOH11菌株中HSAF原始产量低,是规模化生产的主要瓶颈从分子层面阐明HSAF生物合成的调控网络可为提升活性代谢物产量,研发绿色高效的新型生防产品奠定理论基础。本研究发现一个编码乳清酸核苷-5'-单磷酸脱羧酶(ODCase的基因Le0752,该基因在尿嘧啶从头合成途径中催化乳清酸核苷酸(OMP)生成尿嘧啶核苷酸(UMP)。Le0752缺失突变株的HSAF产量及其发酵粗提液对辣椒疫霉(Phytophthora capsici)的皿内抑菌活性均显著降低,而用Le0752缺失突变体发酵液处理过的辣椒疫霉对本氏烟(Nicotiana benthamiana)的毒力较野生型显著提高。Le0752突变体在1/10 TSA平板上生长减缓,但蹭行运动(twitching motility)能力不受影响。qRT-PCR结果表明,Le0752缺失突变后HSAF合成键基因lafB及其关键调控因子clp的基因表达水平显著降低,遗传学试验证明Le0752通过转录因子Clp调控lafB的转录进而影响HSAF的生物合成。生物信息学分析显示,溶杆菌属中的ODCases归于Group III类群,而与溶杆菌属亲缘关系较近的黄单胞菌属和寡养单胞菌属的ODCases归属Group I类群。基因染色体同源替换实验中,稻黄单胞菌水稻致病变种(Xanthomonas oryzae pv. oryzae)中的ODCase(pyrF)能够完全恢复Le0752缺失突变表型。本研究阐明尿嘧啶从头合成酶ODCaseHSAF合成关键调控作用将为改造HSAF高产菌株提供理论支撑,并拓展对细菌ODCase功能与进化的认识

  • Haiyang Li, Yuan Zhang, Cancan Qin, Zhifang Wang, Lingjun Hao, Panpan Zhang, Yongqiang Yuan, Chaopu Ding, Mengxuan Wang, Feifei Zan, Jiaxing Meng, Xunyu Zhuang, Zheran Liu, Limin Wang, Haifeng Zhou, Linlin Chen, Min Wang, Xiaoping Xing, Hongxia Yuan, Honglian Li, Shengli Ding
    Journal of Integrative Agriculture. 2024, 23(9): 3055-3065. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.01.001
    假禾谷镰孢(Fusarium pseudograminearum)侵染小麦茎基部及根部引起严重的茎基腐病,同时还侵染小麦穗部造成赤霉病,在茎基部和穗部产生毒素,该病害对小麦的产量与质量造成严重的危害,目前已成为小麦生产中的主要病害。尽管如此,对假禾谷镰孢致病分子机制的研究还十分匮乏。为了快速鉴定参与调控假禾谷镰孢致病的基因,本研究利用T-DNA插入正向遗传学的方法建立了假禾谷镰孢的突变体库;通过病原菌接种大麦叶片筛选致病力下降的突变体,进而通过PCR扩增技术分析致病力下降突变体中被破坏的基因。通过筛选,本研究共获到9个致病力下降的假禾谷镰孢突变体,其中一个突变体中与酵母RCO1基因同源的FpRCO1基因被破坏。FpRco1是假禾谷镰孢Rpd3S组蛋白去乙酰化酶复合体的一个重要组分,为了证明编码该蛋白的FpRCO1基因的缺失与假禾谷镰孢的致病力相关,本研究采用split-marker的方法,在野生型WZ-8A菌株中,对该基因进行了敲除,获得了敲除突变体DFprco1。敲除突变体DFprco1生长减慢、产孢减少和致病力下降;回补菌株表型完全恢复到野生型的水平。在不同的外源压力测试实验中,与野生型相比,突变体DFprco1显示对NaCl、sorbitol和SDS更加的敏感,对H2O2不敏感的性状。为了进一步分析突变体DFprco1致病力下降的原因,本研究对假禾谷镰孢野生型菌株及突变体DFprco1在侵染阶段的基因表达水平进行了转录组分析,分析结果显示,突变体DFprco1大量基因的表达水平发生了变化,特别是参与调控DON毒素(Dyoxynivanelol, DON,脱氧镰刀雪腐烯醇)合成的TRI基因(trichothecene biosynthetic (TRI) gene, 单端孢霉烯簇生物合成) 表达水平出现显著下调。通过对假禾谷镰孢的野生型菌株及突变体DFprco1侵染的小麦粒中的DON毒素进行检测发现,突变体DFprco1侵染的小麦粒中DON含量显著减少。总之,本研究揭示了FpRCO1基因在调控假禾谷镰孢的生长发育、无性繁殖、DON的合成及致病方面扮演着重要的角色;同时本研究为深入解析假禾谷镰孢致病的分子机制提供了新的方法,为防控该重大病害提供新思路。
  • Tong Shen, Mengdi Ye, Yeping Xu, Bohan Ding, Hongtao Li, Li Zhang, Jun Wang, Yanli Tian, Baishi Hu, Youfu Zhao
    Journal of Integrative Agriculture. 2024, 23(9): 3045-3054. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.05.020
    细菌-真菌互作广泛存在于自然界中。先前已有许多关于植物病原细菌与病原真菌互作的研究,但对梨树病原细菌与病原真菌的互作研究却鲜有报道。本团队在新疆库尔勒香梨园内发现梨腐烂病发生严重的梨园内常伴随梨火疫病的出现。然而这两种病原物在侵染梨树期间的关系尚不清楚。因此,本研究目的在于明确梨火疫病菌(Erwinia amylovora)与梨腐烂病菌(Cytospora pyri)之间是否存在互作以及探究其潜在的协同致病机制。本研究首先对采集到的梨树样品进行病原物检测,计算两种病原物的田间共存率;随后对E. amylovoraC. pyri进行了室内离体接种,观测病害的发生情况;最后通过对生长、物理互作、毒力因子产生及毒力因子编码基因表达的监测,解析E. amylovoraC. pyri互作的分子机制。结果表明,E. amylovoraC. pyri可在同一病斑中共存,且在离体梨树组织上同时接种两种病原菌可加重病害的发生。同时发现,C. pyri虽不影响E. amylovora的生长,却可以促进E. amylovora的扩散及毒力因子梨火疫毒素的产生。本研究结果表明,E. amylovoraC. pyri在侵染梨树期间存在协同致病作用,C. pyri可通过菌丝和代谢产物促进E. amylovora的扩散并提高致病力,从而加重病害的发生。本文是对梨树病原物E. amylovoraC. pyri互作研究的首次报道,开展梨树病原细菌与病原真菌的协同致病研究,对明确病原物的侵染机制,保证新疆梨产业平稳健康发展具有重要意义。
  • Peihua Du, Yang Cao, Huaite Liu, Jiahao Ji, Wei Sun, Xueying Zhang, Jizhong Xu, Bowen Liang
    Journal of Integrative Agriculture. 2024, 23(9): 3025-3044. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.07.011

    多种胁迫因素诱发的苹果再植病是一种复杂的农业问题,会升高植株的活性氧水平,并且限制养分利用。然而,现有的对策以有效应对这一挑战。本研究中,我们以平邑甜茶为实验材料,利用盆栽实验方式来研究多巴胺缓解ARD的能力。外源施用100 μmol L-1多巴胺显著促进了再植土中苹果的生长,相对生长速率提高17.44%。我们的研究结果揭示了多巴胺调节苹果ARD抗性的两条主要途径。首先,多巴胺有效降低ROS水平,激活氮转运和代谢相关基因的表达。其中,MdNPL5MdNRT1.1MdNPL2MdNRT2.5MdNPL3MdNRT2.4MdNADH-GAGOTMdFd-GAGOT受多巴胺强烈调控。这些调控作用促进了苹果植株对土壤氮的吸收和利用。其次,多巴胺改善了土壤理化性质,增强了微生物群落多样性,促进了微生物群落之间的相互协作关系。此外,多巴胺还改变了根际土壤微生物的结构 (上调: Clostridiales, Gaiellales, Sordariales和Mortierellales; 下调:Micrococcales, Longimicrobium, Hypocreales 和 Cystobasidiales)。值得注意的是,多巴胺显著上调了Gaiella和 Mortierella的丰度这两种菌属的丰度与土壤脲酶活性、土壤有效氮含量、植物生长和氮吸收均呈显著正相关关系多巴胺还显著降低了再植土壤中植物病原菌Gibberella的丰度(11.71)。我们的研究结果揭示了多巴胺促进ARD抗性的机制,将有助于苹果产业的可持续发展

  • Qianwei Liu, Shuo Xu, Lu Jin, Xi Yu, Chao Yang, Xiaomin Liu, Zhijun Zhang, Yusong Liu, Chao Li, Fengwang Ma
    Journal of Integrative Agriculture. 2024, 23(9): 3012-3024. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.03.003
    苹果再植病(ARD)严重降低了苹果产业的产量和质量。腐皮镰孢菌(F. solani)已被报道为引起ARD的主要病原微生物之一。生长素(吲哚-3-乙酸,IAA)作为一种内源性植物激素,几乎参与了植物所有生长发育过程,并在植物对病原体的免疫中发挥作用。Gretchen Hagen3GH3)是早期/初级生长素响应基因之一。本研究的目的是通过用腐皮镰孢菌处理MdGH3-2/12 RNAi植株来评估MdGH3-2MdGH3-12在腐皮镰孢菌防御反应中的作用。结果表明,在腐皮镰孢菌侵染下,MdGH3-2/12 RNAi抑制了植株生物量的积累,加重了根系损伤。接种腐皮镰孢菌后,MdGH3-2/12 RNAi抑制了酰胺合成酶的生物合成。这导致游离IAA与氨基酸结合受到抑制,最终导致过量的游离IAA积累。过量的游离IAA改变了植物组织结构,加速了真菌菌丝的入侵,降低了抗氧化酶(SOD、POD和CAT)的活性,增加了活性氧(ROS)水平,降低了总叶绿素含量和光合能力,同时调节了PR1PR4PR5PR8等相关抗病基因的表达。此外还改变了植物激素和氨基酸的含量,最终降低了苹果植株对腐皮镰孢菌的抗性。总之,这些结果表明MdGH3-2MdGH3-12在ARD中对腐皮镰孢菌的抗性起着重要作用。
  • Guoling Guo, Haiyan Zhang, Weiyu Dong, Bo Xu, Youyu Wang, Qingchen Zhao, Lun Liu, Xiaomei Tang, Li Liu, Zhenfeng Ye, Wei Heng, Liwu Zhu, Bing Jia
    Journal of Integrative Agriculture. 2024, 23(9): 2989-3011. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.01.012
    干旱胁迫是全球变暖持续加剧所导致一种毁灭性的自然灾害,严重威胁着梨树在内的多种园艺作物的产量和质量。赤霉素(Gibberellin,GA)在植物生长、发育和对干旱胁迫的反应中发挥重要的调控作用。已有研究表明,干旱胁迫条件下的植物体内赤霉素水平显著降低;然而,GA对梨树干旱胁迫的调控作用和其内在机制仍未可知。本研究结果表明,干旱胁迫显著抑制了梨叶内生物活性赤霉素(Bioactive GA,BGAs)的积累,并强烈诱导了叶绿体定位的赤霉素2–氧化酶(Gibberellin 2-oxidase1PbrGA2ox1)基因的表达。研究发现,PbrGA2ox1受外源脱落酸(Abiscisic acid,ABA)和赤霉酸(Gibberellic acid,GA3)处理的显著促进和抑制,并积极参与调控梨树的抗旱性。于烟草(Nicotiana benthamiana)内过表达该基因可显著增强其抗脱水和抗旱能力,而于梨叶(Pyrus betulaefolia)内以病毒诱导的基因沉默(Virus-induced gene silencing,VIGS)技术降低该基因的表达则增强了梨树的干旱敏感性。进一步研究结果显示,较野生型(Wild-type,WT)烟草株系而言,干旱胁迫条件下的PbrGA2ox1过表达株系内BGAs含量显著降低,活性氧(Reactive oxygen system,ROS)积累量显著下降,并伴随着ABA含量的显著升高和其信号转导的显著增强以及ROS清除能力的显著提升。然而,该基因的沉默则显著抑制了这一系列生物过程。此外,本研究还发现,外源GA3处理可抑制干旱胁迫条件下的ABA的生物合成和信号转导,并加重ROS毒害效应,从而降低梨树的干旱耐受性。总而言之,试验结果揭示了干旱胁迫抑制梨叶内BGAs积累的机制,并进一步阐述了GA影响植物耐旱性的作用机制。
  • Xinrui Li, Xiafei Li, Tao Liu, Huilai Yin, Hao Fu, Yongheng Luo, Yanfu Bai, Hongkun Yang, Zhiyuan Yang, Yongjian Sun, Jun Ma, Zongkui Chen
    Journal of Integrative Agriculture. 2024, 23(9): 2970-2988. https://doi.org/10.1016/j.jia.2023.10.005

    -油、稻-麦和稻-蒜轮作是中国西南地区常见的轮作模式,在确保地区生态和经济效益以及应对全国粮食安全等问题方面发挥了重要的作用,但该地区的此轮作系统的稻谷产量和其他作物产量等比全国平均水平低1.25%-14.7%。利用机器学习构建智能决策系统分析各轮作系统投入产出特征,有利于获得更好的综合效益,但相关研究较少。因此,该研究利用data-intensive approach法,基于机器学习构建智能决策系统,以期为提升西南地区稻-油、稻-麦、稻-蒜轮作的综合效益提供依据研究结果表明,在稻-蒜系统中,高肥料投入的基础上增加种子投入可提高产量和肥料偏生产力,最终实现最佳综合效益的概率为10%;在稻-油系统中,增加氮肥用量并且减少钾肥用量可以获得更高的产量但易增加温室气体排放,导致该系统仅实现次优效益且概率为8%;在稻-麦系统中,减少氮肥和磷肥的施用可以增加产量和肥料偏生产力,但实现最佳综合效益的概率仅为8%基于随机森林模型的预测分析,在稻-蒜系统中减少25%的氮肥、增加8%的磷肥74%的钾肥;在稻-油系统中减少54%36%的氮肥和钾肥,增加38%的磷肥;在稻-麦系统中减少4%的氮肥并增加65%的磷肥和23%的钾肥,这些措施可以在不同程度上进一步提高轮作系统的综合效益。因此,该研究结果为中国西南地区稻-油、稻-麦和稻-蒜系统中通过优化农业投入以获得更高的综合效益提供了见解。

  • Xin Dong, Baole Li, Zhenzhen Yan, Ling Guan, Shoubing Huang , Shujun Li, Zhiyun Qi, Ling Tang, Honglin Tian, Zhongjun Fu, Hua Yang
    Journal of Integrative Agriculture. 2024, 23(9): 2955-2969. https://doi.org/10.1016/j.jia.2023.09.007

    热胁迫是当前和未来全球玉米生产的主要限制因素。在开花期高温胁迫下,玉米的雄性和雌性生殖器官在增加果穗结实率方面发挥着重要作用,但高温、相对空气湿度和饱和水汽压差对雌雄穗器官和结实率的贡献尚不清楚。本研究利用20个玉米自交系开展了2年的田间试验,每年包括3个播期。与第一播期相比,第三播期的结实率、穗粒数和产量都下降了80%以上。花粉活力、吐丝率和开花吐丝间隔期是影响结实的决定因素,它们与结实率的相关系数分别为0.89***0.65***-0.72***。饱和水汽压差和相对空气湿度均与花粉活力和吐丝率呈显著相关。高相对空气湿度可以通过保持高花粉活力和高吐丝率来减轻热效应对玉米结实的影响。我们对2020年到2050年的气象因子进行了模拟,发现气温将继续升高,空气湿度将增加,饱和水汽压差有降低趋势。我们根据花粉活力和吐丝率数据,将20个自交系分成了4个群。花粉活力高、吐丝率高的群在热胁迫下表现最好,可以结合开花性状的遗传改良进一步提升其耐热性,以便适应变暖的气候。

  • Qing Liang, Xujing Yang, Yuheng Huang, Zhenwei Yang, Meichen Feng, Mingxing Qing, Chao Wang, Wude Yang, Zhigang Wang, Meijun Zhang, Lujie Xiao, Xiaoyan Song
    Journal of Integrative Agriculture. 2024, 23(9): 2941-2954. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.02.006
    了解气候变化下冬小麦的适宜区和评估冻害风险对于冬小麦的种植至关重要。本研究利用优化的MaxEnt模型预测4种共享社会经济路径下当前时期(1970—2020年)和未来时期(2021—2100年)冬小麦的潜在地理分布。采用统计降尺度方法对未来气候数据进行降尺度处理,考虑冬小麦生育期建立科学实用的冻害指数(FII),并利用M-K检验分析冬小麦冻害突变特征。结果表明,优化的MaxEnt模型预测精度AUC值为0.976;影响冬小麦空间分布范围的主要环境变量是最冷月份最低温、最湿季节降水量和年降水量;冬小麦总适宜区面积约为4.40×107hm2。在2070年代,中等适宜区面积在SSP245下增幅最大,为9.02×105hm2,在SSP370下增幅最小,为6.53×105hm2。总适宜区质心坐标有北移趋势。黄土高原高纬度高海拔地区冻害的潜在风险显著增加,山西忻州北部冻害最严重,黄土高原南部冻害最轻。温度、降水、地理位置等环境因子对冬小麦适宜区分布和冻害风险有重要影响。未来应更加关注冬小麦种植区北界和冻害风险区,提供冻害预警和相应的管理策略。
  • Zhenxiang Zhou, Paul C. Struik, Junfei Gu, Peter E. L. van der Putten, Zhiqin Wang, Jianchang Yang, Xinyou Yin
    Journal of Integrative Agriculture. 2024, 23(9): 2923-2940. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.03.034
    【研究意义与科学问题】叶色修饰会影响冠层光合作用,从而对水稻产量及产量构成有潜在影响。 此外,通过作物管理调节源库关系已被证明是提高作物生产力的有效策略。本研究旨在调查叶色修饰是否以及如何改变源库关系,以及当前的作物栽培实践是否仍然适用于叶色修饰后的基因型。 【实验材料与方法】定期收集来自四种不同遗传背景的水稻基因型及其叶色(“持绿”或“黄化”)变体的总生物量和氮积累数据进行分析,并使用最近建立的模型方法来量化其灌浆期间源库平衡与否。 【实验结果】在所有叶色变体基因型中,只有一种黄叶变体显示出比其对照基因型更高的源容量。 这一现象与氮素的统筹分配有关。根本原因是该基因型减少了开花前的氮吸收,导致花后土壤氮含量充足并增加了花后氮吸收,进而延长了花后功能性叶氮持续时间。密度实验表明,当前的管理实践(种植密度不足且施氮量过多)不适合水稻黄叶基因型,最终限制了其产量潜力。 【实验结论】叶色修饰通过调节花前与花后氮收支平衡以及源库器官之间的氮素迁移来影响水稻的源库关系。 为了更好地利用叶色修饰来提高作物生产力,有必要进一步调整作物生产管理实践。
  • Mingming Wang, Jia Geng, Zhe Zhang, Zihan Zhang, Lingfeng Miao, Tian Ma, Jiewen Xing, Baoyun Li, Qixin Sun, Yufeng Zhang, Zhongfu Ni
    Journal of Integrative Agriculture. 2024, 23(9): 2911-2922. https://doi.org/10.1016/j.jia.2023.09.009

    籽粒大小是籽粒产量的决定因素之一,鉴定控制籽粒大小的遗传位点对产量的提升意义重大。在之前的研究中,利用面包小麦TAA10和人工合成六倍体小麦XX329衍生的F2群体检测到一个与粒长(GL)有关的稳定QTL位点QGl.cau-2D.1。在本研究中,我们主要是为了对该位点精细定位和并对其遗传效应进行验证。以TAA10轮回亲本,通过分子标记辅助选择获得多个近等基因系(NILs)通过25个杂合单株衍生的次级分离群体对位点QGl.cau-2D.1进行精细定位,来自于XX329的增效基因使粒长、千粒重、总小穗数和穗密度增加,进一步利用2D+ (XX329)2D−(TAA10)NIL材料对该位点进行遗传和多效性的验证。根据中国春RefSeq v2.1的序列,将目标位点定位至约~0.9 Mb的区间。根据两亲本的重测序结果和表达谱差异分析将TraesCS2D03G0114900 (Os03g0594700)确定为候选基因。总之,QGl.cau-2D.1通过粒长的增加提高千粒重,并同时显著提升总小穗数。

  • Chengwei Huang, Zhijuan Ji, Qianqian Huang, Liling Peng, Wenwen Li, Dandan Wang, Zepeng Wu, Jia Zhao, Yongqi He, Zhoufei Wang
    Journal of Integrative Agriculture. 2024, 23(9): 2898-2910. https://doi.org/10.1016/j.jia.2023.06.018

    种子活力是直播稻生产的重要性状之一。本研究利用全基因组关联分析方法,挖掘控制水稻种子活力性状包括发芽指数(GI)和发芽GP)的遗传因子;鉴定到一个同时控制GIGP的主效位点qGI6/qGP6验证qGI6/qGP6候选基因为细胞色素c氧化酶亚基5B基因OsCOX5B;与野生型(WT粳稻日本晴相比,该基因突变体种子活力显著降低。基因共表达分析表明,OsCOX5B主要通过影响三羧酸循环过程调控种子活力;在种子萌发过程中Oscox5b突变体葡萄糖含量显著高于WT,而丙酮酸和三磷酸腺苷水平显著降低此外,OsCOX5B基因优异单倍型通过增强种子萌发过程中其表达水平促进种子活力。因此,培育适宜直播生产的高活力水稻品种中,OsCOX5B一个具有潜在育种利用价值的重要基因

  • Zhengyuan Xu, Lingzhen Ye, Qiufang Shen, Guoping Zhang
    Journal of Integrative Agriculture. 2024, 23(9): 2877-2897. https://doi.org/10.1016/j.jia.2023.12.028
    渍水胁迫是威胁全球作物产量的主要非生物胁迫之一。渍水胁迫下,植物发生氧化胁迫、重金属毒害和能量缺乏,导致代谢紊乱,生长受到抑制。另一方面,植物在进化过程中形成了渍水耐性或适应机制,包括形态学和呼吸途径的变化,抗氧化保护以及内源激素调控。本综述介绍渍水胁迫的不利影响和植物耐渍性机制的最新研究进展,并阐述了植物种间或种内不同基因型之间耐渍性差异的遗传机理,还特别报道了植物中已鉴定到的与耐渍性相关的数量性状位点和关键基因。
  • 臧少龙, 刘淋茹, 高越之, 吴珂, 贺利, 段剑钊, 宋晓, 冯伟
    中国农业科学. 2024, 57(9): 1687-1708. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2024.09.006

    【目的】探索无人机遥感在氮效率分类识别中的潜力,构建小麦品种氮效率分类方法,为氮高效品种筛选提供理论依据和技术支持。【方法】通过6个成熟期与氮效率密切相关的农学指标(产量、植株氮积累、氮素生理利用效率、植株干生物量、籽粒总吸氮量、N收获指数)构建主成分综合值,并对其进行K-Means聚类分析,将121个小麦品种划分为氮高效型、氮中效型和氮低效型3种类型。利用无人机遥感平台搭载多光谱相机,在小麦拔节期、孕穗期和开花期获取无人机遥感影像,并提取34种植被指数,分析植被指数与氮效率综合值的相关性;对比支持向量机(SVM)、随机森林(RF)和K最近邻(KNN)分类方法的氮效率分类模型精度,使用总体分类精度(OA)和Kappa系数比较不同生育时期下小麦品种氮效率分类识别的能力;并使用3种不同的特征集筛选方法(ReliefF算法、Boruta算法和RF-RFE算法)对优化的特征子集进行综合评价,确立适宜的小麦品种氮效率分类识别方法。【结果】随着小麦生育时期的不断推进,植被指数与氮效率综合值的相关性逐渐提高,开花期最高(r=0.502);利用植被指数全特征集对小麦品种氮效率进行分类,对于单生育时期数据而言,以开花期的SVM模型分类效果最好(OA=77.1%,Kappa=0.591),拔节期最差(OA=65.6%,Kappa=0.406);总体而言,多生育时期数据融合的品种氮效率分类精度高于单生育时期,其中以拔节期+孕穗期+开花期3个生育时期数据融合的SVM模型的分类效果最优(OA=80.6%,Kappa=0.669)。为减少多生育时期数据融合的特征集变量数量,比较分析RF-RFE、Boruta和ReliefF 3种算法的特征优化效果,基于RF-RFE算法得到的优化特征子集分类精度最高,其OA和Kappa系数比全特征集分类模型分别提高了4.0%和10.1%,其中,以3个生育时期数据融合的分类效果最好(OA=85.4%,Kappa=0.749)。【结论】确立6个氮效率指标—主成分分析—K-Means氮效率评价方法;RF-RFE算法有效优化多生育时期组合的特征子集数量,且获得较高的分类精度,确立基于多生育时期组合—RF-RFE—SVM技术融合的小麦品种氮效率分类模型,为小麦氮高效品种的快速准确分类鉴定提供理论依据和技术支撑。

  • 燕雯, 金秀良, 李龙, 徐子涵, 苏悦, 张跃强, 景蕊莲, 毛新国, 孙黛珍
    中国农业科学. 2024, 57(9): 1674-1686. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2024.09.005

    【目的】基于无人机多源影像及产量数据评价人工合成小麦种质的抗旱性,优选高通量抗旱性鉴定指标,发掘抗旱人工合成小麦种质资源,为加快拓展小麦抗旱遗传资源、提升旱地小麦育种水平提供技术支撑和种质材料。【方法】以80份人工合成小麦种质及对照小麦品种新春37为试验材料,在田间进行小区播种,设置干旱和灌溉2种水分处理;利用无人机搭载多光谱及热红外相机采集试验材料灌浆期多源影像进行拼接处理,通过阈值分割等方法提取各试验材料的光谱指数;利用相关性分析和主成分分析鉴选抗旱相关光谱指标,结合单指标及综合评价方法鉴定人工合成小麦种质的抗旱性。【结果】基于无人机多源影像数据提取了80份人工合成小麦种质的19种光谱指数。不同光谱指数抗旱系数与小区产量抗旱指数的相关性分析结果表明,OSAVI的抗旱系数与抗旱指数的关联度最高,NDVI、CIre和NDRE的抗旱系数与抗旱指数的关联度较高。部分光谱指数的抗旱系数间相关性较高,存在冗余信息,通过主成分分析,将19个光谱指数的抗旱系数转换为3个相互独立的综合指标,3个综合指标的贡献度分别为59.6%、12.0%和9.6%。利用加权隶属函数法聚合综合指标,通过公式计算获得各人工合成小麦种质的综合抗旱性度量值。基于抗旱指数鉴定出6份强抗旱人工合成小麦种质,基于综合抗旱性度量值鉴定出5份强抗旱种质,其中,SW004和SW009在2种方法的评价结果中均被评为强抗旱种质。基于OSAVI的抗旱系数对80份人工合成小麦种质进行抗旱性分级,分级结果与基于综合抗旱性度量值的分级结果基本一致。根据OSAVI的抗旱系数鉴定出的6份强抗旱种质中,有5份在基于综合抗旱性度量值分级中也被鉴定为强抗旱种质。【结论】基于无人机多源影像提取的光谱指数NDVI、OSAVI、CIre和NDRE,以及基于光谱指数的综合抗旱性度量值均可用于辅助鉴定小麦种质抗旱性。

  • 张颖, 石婷瑞, 曹瑞, 潘文秋, 宋卫宁, 王利, 聂小军
    中国农业科学. 2024, 57(9): 1658-1673. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2024.09.004

    【目的】干旱是限制小麦生产最主要的逆境因子之一。挖掘、鉴定优异抗旱新种质、克隆抗旱新基因,以期丰富我国小麦抗旱遗传基础,为小麦抗旱遗传改良提供材料。【方法】以198份从国际干旱地区农业研究中心(ICARDA)引进的抗旱种质为材料,采用PEG-6000模拟干旱方法,通过调查苗期干旱和正常条件下的地上部鲜重、地下部鲜重、生物量和根冠比4个性状,鉴定、评价其抗旱性,结合660K SNP芯片对其抗旱性进行全基因组关联分析,发掘抗旱性相关染色体区间及关联位点,结合干旱胁迫下根等多组织的表达量数据,筛选抗旱性相关基因,最后以强抗旱性品系IR214和干旱敏感品系IR36为材料,利用qRT-PCR方法对候选基因进行验证,并分析关键候选基因的优异单倍型。【结果】干旱胁迫下,小麦的生长发育受到显著抑制,各性状表型均显著低于正常对照,不同小麦品系间也表现出显著差异,4个性状在2种处理下均呈现正态分布,变异系数为0.363—0.760,多样性指数为0.310—0.400;基于加权隶属函数值(D值)综合评价各个品种的抗旱性,发现品系IR214的D值最大,为0.851,其次为IR92、IR213、IR235和IR218等,它们可作为新的优异抗旱种质;在此基础上,通过全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS),共检测到102个与4个性状抗旱系数显著关联的SNP位点,表型变异解释率范围为1.07%—38.70%,其中,与地上部鲜重相关的位点60个、地下部鲜重相关位点1个、生物量相关位点36个以及根冠比相关位点5个;基于基因组注释信息,筛选到31个抗旱相关基因,结合根等不同组织的RNA-seq数据,筛选出4个抗旱候选基因,对差异表达的候选基因进行qRT-PCR验证,鉴定到2个关键抗旱候选基因;最后,分析候选基因的单倍型效应,发现TraesCS6A02G048600的AX-86174509位点,2种基因型在抗旱性状上具有显著差异,是潜在的功能位点。【结论】共检测到102个与苗期抗旱性显著关联的位点,筛选出TraesCS5B02G053500TraesCS6A02G048600 2个关键候选基因,TraesCS6A02G048600的AX-86174509位点是潜在的抗旱性功能位点。

  • 周全, 路秋梅, 赵张晨, 武宸冉, 符笑歌, 赵玉娇, 韩勇, 蔺怀龙, 陈微林, 牟丽明, 李兴茂, 王长海, 胡银岗, 陈亮
    中国农业科学. 2024, 57(9): 1646-1657. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2024.09.003

    【目的】干旱是限制全球小麦生产的主要环境因素,培育抗旱品种是全球小麦育种面临的核心挑战。春小麦作为短生育期小麦品种,为国家粮食安全和种植结构提供了重要保障,确定春小麦材料的抗旱性,为选育抗旱稳产新品种提供依据。【方法】为了解春小麦品种(系)的苗期抗旱性,以来自10个不同地区的244份春小麦品种(系)为试验材料,利用控制含水量法进行苗期干旱胁迫,于三叶期选择长势均匀一致的幼苗,测定最大根长(MRL)、第一叶长(FLL),第一叶宽(FLW)、胚芽鞘长(CL)、地上部鲜重(SFW)和地下部鲜重(RFW)等13个苗期指标,通过描述统计法、隶属函数法、主成分分析、聚类分析和相关性分析等方法对各春小麦品种(系)的抗旱性进行综合评价。【结果】春小麦品种(系)之间的耐旱性表现出丰富的变异,干旱处理条件下,所测定性状的变异系数为2.1%—32.9%,对照组变异系数范围为1.0%—29.3%;与对照相比,干旱处理条件下的胚芽鞘长度、根干重、鲜重根冠比和干重根冠比均不同程度增加。主成分分析将原13个指标归纳为5个主成分,贡献率达79.6%,根据各主成分特征向量和各性状指标的抗旱系数,计算出综合抗旱系数D值,并对D值进行聚类分析,将供试材料分为5个亚群,据此筛选出根部生物量(地下部鲜重和干重)作为苗期抗旱性鉴定的有效综合指标。将苗期指标抗旱系数与田间相关农艺性状进行相关性分析,发现苗期胚芽鞘长、第一叶长和成熟期旗叶长、株高、穗长、小穗数和籽粒长呈极显著正相关性,苗期整株生物量与籽粒千粒重呈极显著正相关。【结论】筛选出高抗旱春小麦品种22份,明确了根部生物量(地下部鲜重和干重)可作为苗期抗旱性鉴定的有效综合指标。

  • 张余周, 王一钊, 高茹茜, 刘逸凡
    中国农业科学. 2024, 57(9): 1633-1645. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2024.09.002

    小麦是全球最重要的粮食作物之一,干旱是影响其生长发育最重要的非生物胁迫因子。根系作为作物获取水分和养分的重要器官,直接决定了作物对土壤水分的利用效率。近年来,越来越多的研究表明,根系构型在植物干旱胁迫响应中发挥了重要功能。本文综述了目前根系构型在调控小麦抗旱性方面的研究进展。首先概述了根向性生长,特别是根向重力性生长对植物根系结构的塑造作用,重点总结了目前挖掘到参与根系向重力性生长的相关基因及其分子调控机制,并阐述了根向性生长调控的根系构型是如何介导小麦对干旱胁迫的适应。除了根向性生长,根系的发育过程也参与了对植物根系构型的调控,并决定植物对干旱胁迫的适应能力,因此,本文进一步综述了在干旱胁迫条件下小麦如何通过调控根系发育来改变根系形态,包括增加根长、调控侧根数量和根毛密度等,来增强小麦对土壤水分的吸收和对干旱环境的适应;同时,系统总结了干旱胁迫条件下参与调控作物(尤其是小麦)根系发育的相关基因。此外,根系作为植物地下部分,其构型的解析一直是本领域研究难点,阻碍了对根系结构与植物耐旱性关系的进一步解析,因此,本文也归纳了目前可用于小麦根系二维结构和三维结构表型分析的技术。这些技术可测量和分析小麦根系的长度、密度、生长方向和形态等参数,为深入理解根系构型与小麦抗旱性关系提供技术支撑。最后,展望了改良根系结构在小麦抗旱育种中的应用前景,并对如何挖掘更多潜在的小麦根系构型调控基因,及解析相关基因的调控机理进行了讨论。综上所述,小麦根系结构与小麦抗旱性关系密切,随着测序和分析技术的不断发展,以及小麦根系结构调控机制研究的不断深入,为未来培育抗旱小麦新品种提供了新的手段和策略。

  • 毛虎德, 杜琳颖, 康振生
    中国农业科学. 2024, 57(9): 1629-1632. https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2024.09.001
  • 张华,李娜,邢馨竹,邵振启,李喜焕,张彩英
    植物遗传资源学报. 2024, 25(9): 1573-1588. https://doi.org/10.13430/j.cnki.jpgr.20231125001
    几丁质酶是以几丁质等为底物的糖基水解酶(GH,glycosyl hydrolases),在植物生长发育及抵御逆境中发挥重要功能。然而,大豆几丁质酶基因的组织表达模式及对逆境的响应尚不清楚,影响了其在遗传改良中的应用。本研究分别鉴定野生大豆与栽培大豆几丁质酶基因,并分析其表达模式。结果发现,野生大豆与栽培大豆分别含62个和55个几丁质酶基因,位于17条和18条染色体上;进化树分析发现,117个基因分为5类,其中类群III与类群V属于GH18亚家族,类群I、类群II与类群IV属于GH19亚家族;启动子分析发现,几丁质酶家族成员包含响应激素及逆境胁迫顺式作用元件。栽培大豆几丁质酶基因表达分析发现,其在不同组织及抗病耐逆等过程差异表达,其中Gm.01G142400Gm.13G346700等在接种花叶病毒的抗病品种叶片中诱导表达,Gm.03G254300Gm.20G164600等在低磷胁迫的磷高效品种根系中诱导表达,Gm.08G259200Gm.19G245400等在低磷胁迫根瘤中诱导表达;野生大豆几丁质酶基因表达分析发现,其在不同组织及耐盐过程差异表达,其中Gs.02G002604Gs.02G002940等在盐胁迫耐盐品种叶片中诱导表达。以上结果为挖掘利用几丁质酶基因奠定了基础。
  • 王长彪,尹誉蓉,程泽,任永康,牛瑜琦,刘江,韩斌,杨晟,唐朝晖
    植物遗传资源学报. 2024, 25(9): 1524-1539. https://doi.org/10.13430/j.cnki.jpgr.20231117001
    B型反应调节因子(B-ARR, type-B authentic response regulator)家族基因是细胞分裂素信号转导的正向调节因子,在植物生长发育和抗非生物胁迫中起重要作用。然而,目前对小麦中B-ARR基因家族的研究还很少。本研究从小麦基因组中鉴定出25个B-ARR基因家族成员,利用生物信息学方法分析其理化性质、基因结构、顺式作用元件和非生物胁迫诱导的表达模式。结果表明,B-ARR蛋白都定位于细胞核中,B-ARR蛋白二级结构以α螺旋和无规则卷曲为主要结构。B-ARR基因在小麦染色体上分布不均匀,其中7号染色体上含有的B-ARR基因数量最多。此外,在B-ARR的启动子区域中鉴定出了与生长发育、激素响应以及生物和非生物胁迫相关的多种顺式作用调节元件。RT-qPCR 分析表明,基因TaARRM-like9TaARRM-like10TaARRM-like12TaARRM-like13在干旱、盐和低温胁迫下表达量显著上调,能够响应非生物胁迫。本研究为进一步研究B-ARR转录因子在小麦发育和非生物胁迫应答中的作用奠定了基础。
  • 龚承儒,袁雨豪,刘振,郑继周,田志成,刘胜利,沈庆花,黄振朴,董纯豪,高艳,李巧云,唐建卫,焦竹青,殷贵鸿
    植物遗传资源学报. 2024, 25(9): 1493-1503. https://doi.org/10.13430/j.cnki.jpgr.20231113002
    为了鉴定小麦种质资源的穗发芽抗性,筛选出有效的抗穗发芽分子标记,进而挖掘优异白粒小麦抗穗发芽种质资源,本研究通过整穗发芽试验对222份小麦种质资源进行穗发芽抗性鉴定,并利用myb10DDFR-BVp1B3PM19-A1MFT-3AMFT-A2MKK3-AQSD1等8个抗穗发芽基因的功能分子标记对供试材料进行基因型检测。表型鉴定结果表明,222份小麦种质资源材料的相对穗发芽率存在显著差异,相对穗发芽率变化范围为0~1.15,平均相对穗发芽率为0.73,鉴定出抗穗发芽小麦材料38份,其中包括白粒小麦9份、红粒小麦27份、黑粒小麦2份。等位基因类型与相对穗发芽率相关性分析表明,相对穗发芽率与功能标记myb10DDFR-BVp1B3MFT-3AMFT-A2呈极显著相关,而与PM19-A1MKK3-AQSD1相关性不显著,说明myb10DDFR-BVp1B3MFT-3AMFT-A2等分子标记可用作小麦抗穗发芽基因型检测和分子标记辅助育种。综合表现型和基因型结果,筛选出豫农914、豫农946、丰德存麦30、泛麦5号、徐麦029、连麦1901、保丰1903、郑麦829、13网27-8等9份抗穗发芽白粒小麦种质资源,可用于小麦抗穗发芽遗传育种和抗穗发芽品种布局。

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