株高是影响谷子产量潜力和抗倒伏能力的重要农艺性状，其遗传调控具有明显的动态性。为解析谷子株高的动态遗传基础，本研究以豫谷18和冀谷19构建的重组自交系（RIL）群体为材料，结合非条件和条件QTL定位方法，对株高在不同发育时期的遗传效应进行了系统分析。表型结果表明，谷子株高生长过程总体呈近似“S”形曲线，其中拔节期至孕穗期（T2-T3）为株高快速伸长期，同时也是基因型与环境互作效应最为显著的时期。共检测到57个QTL，经Meta分析整合为23个一致性位点，其中9号染色体上的qPH9-1可在多个发育时期稳定检测到。该位点最显著的特征是表现出发育时期依赖性的等位效应反转，即T3之前豫谷18等位基因表现增高效应，而T3及之后则由冀谷19等位基因表现增高效应。QTL与环境互作分析进一步表明，T3是环境敏感性增强的关键时期，在该时期qPH9-1具有显著的环境互作效应，可解释14.06%的表型变异。进一步结合基因注释、节间伸长相关转录表达差异及单倍型变异分析，在qPH9-1区间内筛选出Seita.9G017500、Seita.9G018900和Seita.9G019900 3个高可信候选基因。上述结果揭示了谷子株高的动态遗传调控特征，尤其阐明了主效QTL qPH9-1的发育时期依赖性效应变化及其环境响应特征，为谷子株高定向改良和分子标记辅助育种提供了理论依据和遗传资源。

提高波动光环境下的光合效率对于提升套作体系作物生产力至关重要。叶绿体基质中的无机磷（P_i）直接参与光合磷酸化、卡尔文循环等关键过程，但其如何调控波动光下的光合诱导机制尚未明晰。本研究开展玉米-大豆套作大田和盆栽试验，设置3个磷供应水平，系统分析了磷营养对大豆光合诱导响应、碳损失及产量的影响。结果表明，与缺磷处理相比，适宜供磷使大豆产量提高26.7%-55.4%，同时使弱光转强光过程中的碳损失降低26.5%-37.3%。光合限制分析显示，在缺磷条件下，生化限制主导光合诱导响应，占总限制的72.3%，而气孔限制作用相对较小。随着磷供应增加，叶片和叶绿体P_i含量均显著升高，且叶绿体P_i与光合诱导时间呈显著非线性关系；当叶绿体P_i低于0.18 mg g^-1 FW的临界阈值时，光合诱导时间显著延长。综上，叶绿体P_i是波动光下决定光合诱导过程的重要生理因子，提高叶绿体P_i水平有助于减少碳损失、提升波动光环境下套作大豆生产力的潜在策略。

由碳酸氢盐胁迫驱动的土壤碱化严重抑制大豆（Glycine max L.）种子萌发。尽管已知亚精胺（Spd）能够增强植物对非生物胁迫的耐受性，但其是否以及如何缓解碳酸氢盐胁迫尚不明确。本研究表明，Spd处理可显著缓解大豆萌发过程中所遭受的碳酸氢盐胁迫，表现为更高的萌发率和更大的根系生物量。生理指标表明，Spd可降低活性氧和丙二醛的积累，同时促进脯氨酸的积累。转录组及加权共表达网络分析（WGCNA）表明，Spd在萌发种子中持续上调苯丙烷和类黄酮生物合成途径的相关基因。这些途径中的两个关键基因—GmPAL1.1（Phenylalanine Ammonia-Lyase 1.1）和GmCCR1（Cinnamoyl-CoA Reductase 1）—与种子萌发相关。此外，GmPAL1.1和GmCCR1的自然变异与对盐碱地的适应性相关：优良单倍型GmPAL1.1-Hap1和GmCCR1-Hap3与有益的农艺性状及对盐碱地的适应性相关。这些发现揭示了Spd通过协调抗氧化防御机制并激活苯丙烷和类黄酮生物合成途径来增强碳酸氢盐耐受性。此外，本研究结果还表明GmPAL1.1和GmCCR1可作为培育耐碱大豆品种的潜在优良基因。

覆盖作为一种被广泛应用且有效的农艺措施，对土壤性质与微生物活性有着重要影响。然而，在有机管理条件下，覆盖措施对土壤微生物动态、茶叶产量和品质的影响仍存在认知空白。本文探究了不同覆盖处理（RS：稻秸覆盖；WBF：防草布覆盖；SC：大豆-箭筈豌豆覆盖；对照CK：无覆盖管理）对有机茶园土壤性质、微生物群落结构、茶叶产量与品质的影响。与对照相比，RS和WBF处理使土壤有机碳和全氮含量分别显著提高21.6%–23.4%和15.6%–24.4%。所有覆盖处理均提升了土壤微生物生物量碳、细菌丰富度及多样性。覆盖后土壤微生物β多样性和微生物群落组成发生显著改变，这主要归因于土壤养分、pH和含水量变化。值得注意的是，RS和WBF处理促使真菌群落组装由随机性过程转向确定性过程。此外，覆盖通过招募包括Bradyrhizobium 和 Cupriavidus在内的有益微生物，增强了氮循环功能。在有机茶园中，RS和WBF还提升了土壤细菌的碳水化合物代谢与能量代谢水平。RS处理使茶叶产量增加9.36%，SC处理增产13.7%，所有覆盖处理均显著提高了茶叶水浸出物含量。同时，RS和WBF处理分别使茶叶游离氨基酸含量提高15.5%和20.1%。偏最小二乘路径模型进一步揭示，覆盖通过提高土壤养分有效性及富集氮循环微生物类群，间接改善了茶叶品质。总体而言，覆盖能通过调控土壤环境正向影响微生物群落结构，并提升茶叶产量与品质。

谷子产量在很大程度上受播种季节环境和生态型适应性的影响，然而，在不同栽培生态条件下产量构成性状的遗传基础仍未得到充分解析。本研究以春播型品种晋谷21和夏播型品种创29杂交构建的重组自交系群体为材料，于2022—2023年在8个环境中评价了8个产量相关性状。分别在各环境中进行复合区间作图，共检测到112个 QTL 信号，并整合为74个非冗余 QTL。其中，24个 QTL 至少在两个环境中被重复检测到，47个 QTL 与文献报道的已有 QTL 区间无重叠，为新发现的 QTL。多个 QTL 在基因组上呈现成簇分布，形成若干共定位区间，其中位于9号染色体的一个显著 QTL 热点区域影响7个性状，并在不同性状-环境组合中累计检测到17次。 在定位区间内，基于同源性信息挖掘优先筛选出27个候选基因。利用独立自然群体（n = 1,844）开展单倍型分析后，发现3个基因的单倍型与相应性状显著相关，分别为 Seita.3G233000 与穗长、Seita.4G281800 与千粒重、Seita.5G068000 与穗粗显著相关。加性效应分析表明，两个亲本对产量相关性状的贡献存在差异：晋谷21在多个环境中贡献了更多增加千粒重的效应信号，而创29贡献了更多增加穗重和穗粒重的效应信号，这为将这些优异等位基因聚合到优良谷子品种中奠定了基础。 综上，本研究构建了谷子产量相关性状的跨环境遗传解析框架，并为谷子产量相关性状的分子标记辅助改良和候选基因挖掘提供了可直接利用的重要位点。 

小麦作为全球最重要的粮食作物之一，其产量的精准估测对保障粮食安全、实现精准农业管理以及应对气候变化具有重要意义。以往研究多聚焦于单时期特征提取或时序遥感特征进行产量估测，但对产量形成机制的深入解析不足。因此，本研究旨在构建基于地上生物量（AGB）生长曲线参数的小麦产量估测模型。通过实测地上生物量拟合Logistic S型生长曲线，提取关键生长参数（如K，V_max, S_GIP，S_RIP，S_SIP，V_GIP，V_RIP，V_SIP，等），并将其整合到机器学习模型中进行产量估测。结果表明，该方法具有较高的估测精度（R²=0.97，RMSE=355.38 kg ha^-1，MAE=255.74 kg ha^-1），且提取的生长参数具有明确的生理意义。为实现地上生物量的快速获取，进一步利用多源遥感特征（包括植被指数、纹理指数、冠层结构参数及冠层温度）构建地上生物量估算模型，随着生育期推进，多源遥感特征互补性增强，在开花后30天达到最高估测精度（R²=0.83），有效缓解了植被指数饱和问题。此外，基于估算地上生物量拟合的生长曲线参数，同样实现了精准的产量估测（R²=0.87，RMSE=746.07 kg ha^-1，MAE=570.16 kg ha^-1），且该模型在不同区域和年份均表现出稳定的估测性能（R²=0.85，RMSE=784.52 kg ha^-1，MAE=569.56 kg ha^-1）。综上，本研究提出的地上生物量生长曲线参数为小麦产量估测提供了新的思路，既提高了估测精度，又增强了模型的生理可解释性，为田间尺度的高效管理和产量估测提供了理论支撑与技术参考。

增加单位面积穗数是小麦密植高产的关键。然而，密植会降低冠层内的红光/远红光（R/FR）比值，从而抑制有效分蘖的形成和穗的发育。充足的同化物供应对穗分化和结实至关重要，但低R/FR比值影响穗发育的机制尚不清楚。本研究通过盆栽试验，在小麦起身期至抽穗期补充远红光模拟低R/FR环境，分析其对幼穗分化和茎叶生理的影响。结果表明，低R/FR比值显著降低了小麦产量，这主要是由于穗数和穗粒数减少。高位分蘖(蘖III)的发育失败占总产量损失的65%以上。在低R/FR比值下，蘖III的茎伸长和穗分化被同步抑制，大多数分蘖在雌雄蕊原基分化期败育。低R/FR处理显著降低了主茎和各分蘖顶展叶的净光合速率(P_n)，从而减少了同化物的总供应量。此外，低R/FR比值抑制了碳水化合物从叶片向茎的输出，导致叶片可溶性糖含量显著增加，而茎中的可溶性糖含量则显著下降。有限的同化物供应加剧了分蘖间的养分竞争，使更多的碳水化合物分配给低位分蘖，最终导致蘖III穗发育失败。激素分析表明，低R/FR比值通过抑制细胞分裂素(CTK)的合成并促进其降解，显著降低了蘖III幼穗中的CTK水平，同时诱导了脱落酸(ABA)的合成，从而直接抑制了幼穗的发育进程。总之，低R/FR信号改变了高位分蘖幼穗中CTK和ABA的激素平衡，协同调控碳水化合物的输出与分配，最终导致高位分蘖穗发育终止。

全球气候变化导致高温与干旱复合事件的频率增加，亟需阐明两者协同对作物根系功能和养分吸收的影响。本研究将玉米植株分别置于对照（CK）、高温胁迫（H）、干旱胁迫（D）以及高温干旱复合胁迫（HD）下，于第12片完全展开叶期（V12）处理5天。结果表明，高温（H）降低了根冠比，而干旱（D）提高了根冠比。两种单一胁迫均诱导了“低成本”的根系解剖结构变化。然而，在复合胁迫（HD）下，这些解剖结构的改变最为显著，同时伴随着最严重的氧化损伤、最强的根系呼吸抑制以及最严重的细胞能量亏缺。能量限制下调了氮同化关键酶（NR、GS和GOGAT）的活性，并削弱了单一胁迫下观察到的谷氨酸脱氢酶（GDH）的代偿性上调。因此，H、D和HD处理下根系氮吸收效率分别下降了9.0%、10.4%和18.0%。HD处理下植株总氮积累量最低，氮分配逐渐向地上部倾斜。HD处理下籽粒产量也最低。总之，本研究表明，高温干旱复合胁迫引发氧化损伤，进而加剧根系能量亏缺并抑制氮同化作用，从而降低玉米的氮吸收效率。

由异常气候导致的干旱胁迫是限制玉米种植和生产的主要非生物胁迫因素，其影响随着气候变化的加剧而扩大，并对全球粮食安全构成威胁。自其出现以来，多组学技术已被广泛应用于解析玉米抗旱能力的形成机制，为解决“玉米如何适应干旱”这一问题奠定了坚实的理论基础。然而，目前仍缺乏相关研究进展的总结。因此，在这篇综述中，我们汇总了涉及玉米抗旱机制的多组学研究进展，特别是新兴技术（如单细胞和空间组学）的应用，以及新调节机制的发现。我们还期待将一系列前沿技术应用于多组学研究的可行性。多组学与这些前沿技术的有效整合将极大地提高解析玉米抗旱机制的效率，并精确培育具有优良抗旱能力的玉米品种。

过度施用氮肥虽能提高作物产量，却以牺牲生态系统健康为代价，因此提升氮素利用效率已成为可持续农业发展的迫切需求。本研究以高氮效基因型H158和低氮效基因型L159为材料，探究芥菜型油菜响应低硝态氮胁迫的生理与分子机制，以发掘可用于改良氮效率的遗传资源。水培实验表明，在低硝态氮条件下，H158相较于L159表现出更强的抗氧化能力、氮同化能力及氮素吸收效率。田间试验进一步验证了上述结果：在不同施氮水平下，H158均具有更高的产量和农学氮肥利用率。基因组比较分析鉴定出1,654个与氮效率相关的基因，其中包括NIN-LIKE PROTEIN 4（BjuB04.NLP4）。该基因启动子区的G/C变异影响其转录调控功能，并调控根冠比对氮素供应的响应。值得注意的是，BjuB04.NLP4-HAP2单倍型（H158）在低氮土壤中占主导地位，而BjuB04.NLP4-HAP1单倍型（L159）更常见于高氮土壤。综上，本研究发掘并解析了可用于培育高氮效油菜品种的宝贵遗传资源，同时提供了优良种质和功能性分子标记。

提高对低氮环境的适应能力对于小麦可持续生产至关重要。本研究整合了转录组分析、功能鉴定及大规模单倍型剖析，以探究小麦响应低氮条件的遗传基础。转录组分析显示，TaNLP1-5A、TaNRT1.1B-1A、TaNFYA1-6B和TaTCP19-6A在缺氮条件下被强烈诱导表达，表明它们在氮素信号转导和吸收过程中发挥核心作用。过表达TaNLP1-5A可通过增加叶绿素积累、地上部生长和生物量，显著增强幼苗对低氮胁迫的耐受性。我们系统分析了这四个基因2 kb启动子区及编码区的自然遗传变异，进而开发了功能性分子标记（Indel-110、Indel-601、Indel-1829 和Indel-746）。利用这些标记对包含307份材料的小麦群体进行基因分型，单倍型-性状关联分析揭示了同源基因间明确的功能分化。四个优良单倍型—TaNLP1-5A-HapII、TaNRT1.1B-1A-HapⅠ、TaNFYA1-6B-HapII和TaTCP19-6A-HapII—在产量构成因素上表现出显著优势，尤其是在低氮条件下。将这些优良单倍型聚合可进一步提高小麦的低氮适应能力及产量相关性状。综上所述，本研究鉴定了关键氮响应基因，并提供了可用于选育具有改良低氮适应性及优异农艺性状小麦品种的功能标记与优良单倍型。

尽管施用堆肥通常能显著提高土壤有机碳（SOC）水平，但其分子水平的生物化学机制尚不明确。本研究利用游离态脂质、木质素酚类和氨基糖3种生物标志物，系统阐明了华北平原30年施用堆肥后，SOC在分子组成、来源及降解方面上的变化特征。试验共设置6个处理：对照（CK）、仅使用矿物肥料（NPK）、低量传统堆肥和高量传统堆肥（TraM_l和TraM_h，用量为7.5和15 t ha^-1 yr^-1）及低量生物堆肥和高量生物堆肥（BioM_l和BioM_h，用量为7.5和15 t ha^-1 yr^-1）。结果表明：TraM_l、TraM_h、BioM_l和BioM_h较对照CK下表层（0-20 cm）SOC浓度分别增加了28%、31%、24%和47%。与CK相比，TraM_l、TraM_h、BioM_l和BioM_h处理下植物来源游离态脂类浓度（包括长链脂质及甾醇类）分别提高了73%、128%、100%和156%，而微生物来源游离态脂类浓度（包括短链脂质和简单糖类）分别增加了54%、110%、86%和149%。此外，TraM_l、TraM_h、BioM_l,和BioM_h较CK处理下木质素酚类浓度分布增加了68%、89%、78%和109%。不同处理之间的细菌残体碳、真菌残体碳及总微生物残体碳浓度的变化趋势均为BioM_h > TraM_h > BioM_l ≈ TraM_l > NPK > CK，表明微生物残体在生物堆肥改良土壤中的累积效果更为显著。总体而言，施用堆肥，尤其是生物堆肥，可通过促进植物和微生物来源的生物分子积累以提升土壤有机碳水平，从而为农田土壤中碳固存与持久性提供一种更高效的管理策略。

干旱是限制水稻生产的主要非生物胁迫之一，严重威胁全球粮食安全。籼稻和粳稻作为亚洲栽培稻的两个亚种，在长期驯化过程中形成了对不同生态环境的适应性分化。籼稻主要分布于低纬度热带和亚热带地区，具有较强的高温适应能力，因而在耐旱性方面较粳稻可能具有潜在优势。然而，目前针对籼粳亚种间耐旱性差异的研究仍较为匮乏，其遗传基础尚不清晰。本研究基于292份水稻种质资源材料（含籼稻144份、粳稻148份），通过系统评价其在干旱胁迫下的表型和生理响应，证明了籼稻的苗期耐旱性显著强于粳稻，具体表现为较晚的叶片卷曲和较高的存活率，并且多项生理指标优于粳稻。基于253个已报道抗旱相关基因的群体分化与单倍型分析，发现74个基因在籼粳亚种间存在显著遗传分化，其中37个基因具有耐旱优势单倍型，并且多数耐旱优异等位基因通过在籼稻中较高的表达水平贡献了较强的耐旱性。本研究从表型、生理及遗传层面揭示了籼稻与粳稻苗期耐旱性差异的遗传和分子基础，为深入解析水稻亚种间抗旱性分化机制提供了新证据，并为水稻抗旱和耐高温协同遗传改良提供了理论参考。

大豆（Glycine max [L.] Merr.）作为一种具有全球重要意义的粮食和经济作物，其产量和品质受多种环境因素影响，其中之一便是弱光胁迫。在先前的研究中，我们已经证明敲除大豆SEIPIN同源基因FA9（其编码的蛋白质参与脂滴形成）会降低种子的含油量并增加蛋白质含量。在本研究中，我们比较了gmfa9敲除突变体（fa9-KO）和野生型（WT）东农50（DN50）大豆对低光胁迫的响应。在低光照条件下，fa9-KO的植被指数（GNDVI和CIGreen）、光谱反射率及叶绿素荧光参数均高于野生型。与野生型大豆相比，fa9-KO在低光照条件下生殖发育周期延长，形态变化更为显著；在所有光照条件下，与野生型相比，突变体大豆种子体积更大，蛋白质和糖含量更高，但每株的种子总重量较低。转录组和RT-qPCR分析表明，FA9基因突变与能够使参与脂肪酸合成和光合作用光反应的多个基因下调。这些发现表明，FA9是培育适应低光环境的高品质大豆品种的重要遗传资源。

L 型氨基酸转运蛋白（LAT）家族可介导细胞内氨基酸与多胺的转运过程，但水稻中 LAT 转运蛋白的生物学功能仍缺乏系统解析。本研究发现，OsLAT1表达量与水稻分蘖数呈显著负相关。OsLAT1主要在水稻叶片、基部组织及穗部表达。亚细胞定位试验证实，OsLAT1蛋白定位于内质网；天冬氨酸、亮氨酸、亚精胺与精胺可显著诱导该基因表达。水培试验结果显示，低、中浓度精氨酸与丝氨酸可部分促进OsLAT1过表达植株的侧芽萌发与生物量积累，高浓度下该促进效应显著减弱；与此同时，OsLAT1可促进亚精胺、精胺的转运，进而调控腋芽伸长与水稻植株生长。本研究阐明了氨基酸转运蛋白调控水稻株型的分子机制，为水稻高产遗传改良提供了潜在靶标基因。

在玉米花生间作系统中，高秆玉米遮阴是限制花生产量的主要因素。尽管带宽在很大程度上决定了遮阴程度，但优化种植行向对于改善间作花生光照环境、提升其产量同样至关重要。本研究于2021-2022年开展田间试验，旨在评估玉米花生带状间作模式下，东西与南北行向对花生产量及品质的影响。结果表明，东西行向的日均光合有效辐射透射率平均为南北行向的2.0倍。在东西行向下，优化的光照环境抑制了花生主茎的过度伸长，并使结荚期分枝数增加了13.8%。光截获能力的增强驱动了光合性能的提升，使花生营养器官与生殖器官的干物质积累量分别平均增加了16.9%和18.6%，同时促使花后干物质向荚果的转运量提升了20.2%。因此，在不降低玉米产量的前提下，东西行向间作花生的产量平均提升了17.3%；系统土地当量比由南北行向的1.20提升至东西行向的1.27，增幅达6.3%。此外，东西行向还改善了花生籽仁品质，其粗脂肪和可溶性糖含量分别增加了4.7%和3.3%；同时提高了油酸含量、降低了亚油酸含量，从而维持了较高的油酸/亚油酸比值。综上所述，在黄淮海地区玉米-花生带状间作系统中采用东西行向是一项高效的栽培策略，该措施通过光环境的优化，实现了系统生产力、土地利用效率与作物品质的同步提升。

土壤有机碳固存兼具减缓气候变化与增强生态恢复力的双重作用。微生物残体碳（MNC）是土壤有机碳（SOC）的重要组成部分，然而其在秸秆覆盖配施化肥下的垂直分布特征尚不明确。基于此，本研究在黄土高原开展了为期3年的田间试验，将秸秆管理（覆盖（S）与移除（S₀））与氮肥类型（不施肥（W）、常规氮肥（U）、缓释氮肥（RU））进行组合。结果表明，秸秆覆盖配施缓释氮肥（SRU）处理驱动了活性碳组分的表层富集，引发了微生物多样性及群落构建过程的响应。此外，与秸秆移除+不施肥（S₀W）相比，SRU处理使表层（0–10 cm）土壤细菌残体碳（BNC）显著增加22.2%，真菌残体碳（FNC）显著增加33.4%，MNC总量显著增加28.9%。相反，SRU处理显著降低了亚表层（20–30 cm）土壤FNC含量，降幅为9.2%。在0–10 cm土层，与S₀W相比，秸秆覆盖配施化肥处理（SU和SRU）均显著降低了BNC/SOC、FNC/SOC及MNC/SOC的比值。对于碳降解酶活性而言，在0–10 cm土层，单施化肥处理（S₀U、S₀RU）显著提高了过氧化物酶活性，而秸秆覆盖配施化肥处理（SU、SRU）在该土层无显著影响。与此同时，与S₀W相比，SU和SRU处理均显著增强了β-葡萄糖苷酶（BG）活性，增幅分别达200.5%和122.2%。此外，相较于S₀W，SRU处理在10–20 cm及20–30 cm土层亦显著提升了BG活性，增幅分别为106.4%和110.5%。通过偏最小二乘路径模型及最优多元回归模型分析，本研究发现表土层中FNC与SOC累积呈显著正相关。在亚表层，FNC累积量9.2%的下降可能与氮素有效性降低及由此导致的真菌活性减弱有关。上述结果表明，秸秆覆盖配施化肥通过驱动土壤生物与非生物因子间的垂直梯度互作，进而调控了有机碳固存的空间异质性。

栽培大豆（Glycine max [L.] Merr.）是全球重要的植物蛋白和食用油来源，其产量受大豆胞囊线虫（Soybean Cyst Nematode, SCN）严重制约，其中3号生理小种（SCN3）是我国分布最广、危害最重的小种之一。中品03-5373（ZP03）是一个优良的中国大豆品系，兼具对SCN3的稳定抗性和优良农艺性状。本研究利用PacBio Revio（HiFi）长读长测序结合Hi-C染色质互作图谱技术，对ZP03进行了近无缺口从头基因组组装。组装基因组总长度1,067.68 Mb，Contig N50达35.36 Mb，其中95.24%的序列锚定到20条染色体上。比较基因组分析揭示了ZP03中与SCN3抗性相关的大量结构变异（Structural Variations, SV），并鉴定到一个位于GmSNAP11启动子区域的393 bp缺失型结构变异，该变异与SCN3侵染后基因表达升高相关，提示其可能参与病原胁迫下的差异转录调控。进一步基于ZP03×中黄13（ZH13）重组自交系群体构建的SV遗传图谱，定位到一个新的与SCN3抗性相关的QTL-qSCN3-16，可解释7.51%的表型变异（LOD=3.42）。在该位点内，优先筛选到抗性候选基因Glyma.16G045900（SYP16），其编码一个t-SNARE蛋白。对2,214份大豆材料进行单倍型分析表明，SYP16启动子中的一个SV与SCN3抗性显著相关。综上所述，本研究揭示了SV在大豆免疫应答中的关键作用，并为SCN3抗性大豆品种的分子育种提供了高分辨率基因组资源和功能标记。

谷胱甘肽还原酶是维持细胞氧化还原稳态和谷胱甘肽循环正常运行的关键酶，在植物病原真菌的生长发育、逆境应答及次生代谢调控中发挥重要作用。然而，其在小麦茎基腐病菌假禾谷镰孢菌（Fusarium pseudograminearum）中的生物学功能尚不明确。本研究以假禾谷镰孢菌谷胱甘肽还原酶基因FpGlr1为研究对象，采用同源重组策略构建基因缺失和回补突变体，并结合表型测定、药剂敏感性分析、氧化胁迫响应检测、致病力测定、毒素定量、转录组与代谢组联合分析等方法，系统解析其生物学功能及调控机制。结果表明，与野生型相比，ΔFpGlr1突变体的营养生长和无性繁殖能力显著下降，分生孢子隔膜数异常增加；对氟啶胺、多菌灵、戊唑醇和吡唑醚菌酯等多种杀菌剂的敏感性明显增强。缺失FpGlr1后，菌株对Fe⊃2;⁺和甲萘醌更为敏感，同时MDA和GSSG含量积累，表明其胞内氧化还原平衡受到严重破坏。致病性分析显示，突变体对小麦的侵染能力显著减弱，且完全丧失穿透玻璃纸的能力。进一步研究发现，ΔFpGlr1突变体中DON产量显著下降，毒素合成小体形成受阻，并伴随多个Tri基因表达下调。转录组分析表明，差异表达基因显著富集于谷胱甘肽代谢及碳水化合物代谢等相关通路；代谢组结果进一步揭示，ΔFpGlr1突变体发生了广泛的代谢重编程，尤其在碳水化合物、氨基酸、能量及嘌呤代谢方面变化显著，并在部分糖代谢通路中出现转录激活与代谢物积累不同步的现象。综上，FpGlr1在假禾谷镰孢菌中不仅是维持氧化还原稳态和抗氧化防御的关键因子，还参与调控毒素生物合成、侵染相关发育及致病过程。本研究从多组学层面揭示了FpGlr1介导氧化还原调控与次生代谢、致病性之间的内在联系，为深入解析假禾谷镰孢菌致病机制及开发小麦茎基腐病绿色防控靶标提供了新的理论依据。

【目的】绵羊肺炎是一种复杂且极具破坏性的呼吸道疾病，每年给全球畜牧业造成巨额经济损失。尽管其影响深远，但决定绵羊肺炎易感性或抗性的潜在致病机制及宿主关键遗传因素仍不清楚。本研究旨在通过整合多组学数据与表型信息，全面探究影响绵羊肺炎抗性的遗传与微生物决定因素，阐明其底层的宿主调控机制。

【方法】本研究以自然感染肺炎的澳洲白-杜泊-湖羊三元杂交羊（ADH杂交羊）和多浪羊为研究对象，根据肺部病变评估将其划分为抗性组和易感组 。我们对感染绵羊的肺部样本进行了微生物组（宏基因组学，n=61）、宿主转录组（RNA-seq，n=61）和染色质可及性（ATAC-seq，n=14）的全面测序，并结合了同一批动物的全基因组测序（WGS，n=61）数据 。通过多组学因子分析（MOFA2）模型对数据进行深度整合 。最后，利用 KASP 基因分型、qRT-PCR 以及绵羊肺泡 II 型（ATII）上皮细胞的绵羊肺炎支原体（Mycoplasma ovipneumoniae）体外感染模型（过表达和敲低），对关键候选基因进行功能验证。

【结果】宏基因组学分析表明，绵羊肺腺瘤逆转录病毒（JSRV）是所有样本中的优势病原体。转录组学分析鉴定出 IL1R2 和CSF3 是与抗性相关的关键差异表达基因，它们主要富集于细胞因子-细胞因子受体相互作用和 IL-17 信号通路等免疫途径中 。ATAC-seq 揭示了抗性绵羊整体染色质可及性的增加；转录因子足迹分析则显示了不同的调控景观，并在 IL20RB 启动子区域发现了多个转录因子（如 Hoxd12 和 TF3A）的密集结合 。综合多组学分析将 IL1R2 锁定为肺炎抗性的核心决定因素，其表达水平与远端调控区域的染色质可及性密切相关。WGS 及表观遗传分析进一步发现，IL1R2 基因座上的一个功能性增强子变异（SNP chr3:99752986）在肺炎抗病组绵羊中表现出更高的可及性和活跃的组蛋白印记，且其保护性等位基因 A 与肺部病变严重程度的降低显著相关 。体外功能实验证实，IL1R2 过表达在病原体感染后显著提高了上皮细胞的存活率，而敲低IL1R2 则改变了细菌的粘附模式，证实了其在限制过度炎症信号和维持上皮完整性中的关键作用。

【结论】绵羊肺炎的病变严重程度主要受宿主内在因素的驱动，而非单纯由肺部病原体分布决定。以IL1R2 为核心的免疫调节网络在绵羊肺炎抗性中发挥了决定性作用。

【创新性】本研究打破了“肺部微生物群落组成是决定绵羊肺炎抗性主要因素”的传统认知 。研究首次在宏观基因组、转录组及表观遗传学的多维尺度上，系统构建了绵羊肺炎抗性的宿主分子调控网络。不仅确立了 IL1R2 作为羊肺炎免疫的核心功能，还挖掘出具有极高转化价值的增强子 SNP 位点（chr3:99752986），为未来绵羊的抗病基因组选择育种和精准靶向治疗提供了突破性的理论依据与强有力的分子标记 。

RNA interference (RNAi) offers a precise and environmentally sustainable approach to crop protection, yet its widespread field application is constrained by the rapid degradation of double-stranded RNA (dsRNA), inefficient pathogen uptake, and variable performance of both host-induced and spray-induced gene silencing strategies. In this review, we propose synthetic microbial communities (SynComs) as microbially integrated delivery systems designed to overcome these limitations. We introduce a functional framework in which SynCom members are rationally assigned specialized roles dsRNA producers, stabilizers, carriers, and helpers to enable continuous in situ RNA production, protection against nucleases and environmental stressors, and targeted delivery to pathogens across the rhizosphere, phyllosphere, and endosphere. We discuss niche-specific design principles, microbiome engineering strategies, and biosafety considerations essential for translating SynCom-mediated RNAi into robust field applications. Importantly, we address the emerging challenges, posed by agro-environmental pollutants such as microplastics, heavy metals, and pesticide residues and propose how engineered pollutant-tolerant SynComs can maintain RNAi efficacy in contaminated agroecosystems. Finally, we present a phased translational roadmap that progresses from combined SynCom-dsRNA sprays toward programmable self-regulating SynComs capable of adaptive dsRNA delivery. By bridging RNAi biotechnology, microbial ecology, and synthetic biology, this integrated SynCom-based platform offers a scalable, durable, and ecologically resilient strategy to reduce reliance on synthetic chemical inputs and enhance crop protection under real-world field conditions.

稻瘟病是由稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）引起的水稻重大病害，严重威胁水稻产量和品质，挖掘水稻自身抗病相关基因、解析其抗病分子机制，对水稻抗病分子育种具有重要意义。樱花素（Sakuranetin）是水稻中重要的类黄酮植保素，可有效抵御稻瘟病菌侵染，目前其生物合成途径已得到明确，但樱花素合成相关基因的转录调控机制仍不清楚，这限制了对水稻化学防御系统的全面理解。本研究以水稻（Oryza sativa L.）为研究材料，采用基因共表达分析、实时荧光定量PCR、基因过表达、基因敲除、双荧光素酶报告实验等实验方法，系统探究转录因子OsMYB133在水稻抗稻瘟病中的作用及调控机制。结果表明，OsMYB133与樱花素合成关键基因OsNOMT存在共表达关系，且在稻瘟病菌侵染后，OsMYB133的表达被显著诱导上调。基因功能验证显示，OsMYB133过表达株系的稻瘟病抗性显著增强，而OsMYB133敲除株系对稻瘟病菌的敏感性显著提高。分子机制分析发现，OsMYB133可直接结合OsNOMT基因的启动子区域，促进OsNOMT基因的表达，进而提高水稻体内樱花素的积累量，增强水稻对稻瘟病的防御能力。此外，OsMYB133还可直接调控二萜类植保素稻壳酮（momilactone）合成相关基因OsKSL4和OsCYP99A3的表达，显著提高过表达株系中这两个基因的转录水平及稻壳酮的积累量。本研究首次鉴定了转录因子OsMYB133可同时调控水稻类黄酮和二萜类两种关键植保素的生物合成，明确了其在水稻抗稻瘟病中的核心作用。研究结果不仅丰富了水稻植保素合成的转录调控网络，为全面解析水稻化学防御机制提供了新的理论依据，也为水稻抗病分子育种提供了新的候选基因和技术思路。

猪伪狂犬病（Pseudorabies, PR）是由伪狂犬病病毒（Pseudorabies virus, PRV）引起的一种重要动物传染病，不仅给全球养猪业造成重大经济损失，还存在感染人并引发脑炎的人兽共患风险。近年来，新型PRV变异株的出现降低了传统疫苗的保护效果，因此建立快速、简便的现场检测方法对防控该病具有重要意义。为此，本研究将重组酶辅助扩增（RAA）与CRISPR/Cas12a系统相结合，针对PRV的gE基因设计特异性引物与crRNA，建立了一管法核酸检测体系，并优化了反应条件，进而评价了该方法的灵敏度、特异性及临床样本检测一致性。结果显示，所建立的RAA-CRISPR/Cas12a方法可在50分钟内完成检测，对重组质粒的检测限为5拷贝/μL，对PRV病毒的检测限为7.96×10^-2 TCID₅₀/反应；该方法与猪瘟病毒（CSFV）、非洲猪瘟病毒（ASFV）、猪丁型冠状病毒（PDCoV）等其他常见猪病原体均无交叉反应，表现出高度特异性；在临床样本验证中，本方法与实时定量聚合酶链式反应（qPCR）检测结果完全一致，具有良好的临床符合性。综上所述，本研究成功建立了一种基于RAA与CRISPR/Cas12a系统的PRV核酸检测方法，具有快速、灵敏、特异、操作简便等优点，适用于资源有限条件下的现场检测，为PR的临床诊断提供了有力工具。

研究背景：代谢物水平是连接遗传变异与复杂性状的关键分子信息，解析其遗传基础有助于理解遗传变异影响复杂性状的作用机制。其中血清作为全身循环系统的物质交换媒介，能够反映多组织的代谢信息，是研究复杂性状代谢基础的重要材料。然而，目前针对鸭血清代谢物遗传结构的研究仍较为有限。因此，本研究整合273只330日龄母鸭的血清非靶向代谢组、基因组变异、多组织调控变异资源（eQTL、sQTL、apaQTL）及46个复杂性状，旨在鉴定血清代谢物相关遗传位点（mQTL），并评估其在复杂性状遗传解析中的应用潜力。

主要结果：基于液相色谱-质谱联用技术，本研究共注释出403种血清代谢物，涵盖脂质、氨基酸、核苷酸等8个大类。遗传力分析显示，超过80%的代谢物遗传力低于0.268，表明血清代谢物整体以低遗传力为主。通过mGWAS分析，在40种代谢物中鉴定到175个独立的mQTL。将上述mQTL与调控变异资源进行共定位分析，发现19个mQTL与调控变异共享遗传信号，提示这些位点可能通过调控基因表达、可变剪接或3′UTR使用等分子过程影响血清代谢物水平。进一步整合复杂性状的GWAS结果，发现11个mQTL与12种复杂性状显著相关，其中3个mQTL同时关联复杂性状与调控变异：（1）4_24700740位点可能通过影响肝脏中AADAT的可变剪接，调控血清氨基己二酸水平，进而影响蛋黄重量；（2）16_943465位点可能通过影响输卵管壳腺中TFIP11的3′UTR使用，调控L-谷氨酰胺水平，影响胫围；（3）1_59979162位点则可能通过影响脾脏中MKRN1的表达，调控L-缬氨酸水平，影响肝脏重量。最后，将所有表型相关mQTL作为固定效应引入GBLUP模型后，发现多数复杂性状的预测准确性均有所提高。

研究结论：本研究系统解析了鸭血清代谢物的遗传结构，并通过多维组学数据整合，揭示了3条“遗传变异-基因调控-代谢物水平-复杂性状”的候选遗传作用通路。这些结果表明，整合mQTL信息有助于将关联信号转化为清晰的机制假设，同时也能为基因组预测提供有价值的功能位点。

目的： 肠道微生物在调控宿主脂肪沉积中发挥重要作用，但其具体分子机制尚不明确。为探究这一问题，本研究采用无菌（GF）仔猪和粪菌移植（FMT）仔猪模型，结合体外细胞实验，重点聚焦肠道微生物来源的胆汁酸与色氨酸代谢物，系统解析其是否通过N6-甲基腺苷（m⁶A）RNA甲基化修饰影响脂肪沉积，旨在揭示微生物—代谢物—表观遗传调控轴在脂代谢中的作用，并为改善猪肉品质提供新的理论依据和潜在干预靶点。

方法：通过无菌剖腹手术获得巴马香猪GF仔猪，将12头GF仔猪随机分为两组，其中6头进行粪菌移植（FMT）构建FMT仔猪模型（于出生后第2、4、6天每天两次经口灌胃新鲜粪便制备的菌液），其余6头保持无菌饲养作为GF组，两组仔猪均饲养至21日龄,检测两组仔猪脂肪沉积指标（皮下脂肪、肌内脂肪含量）、血清代谢谱（非靶向代谢组学）、组织m⁶A修饰水平及脂肪生成相关基因（Cebpa、Fabp4、Pparγ）和m⁶A调控蛋白（FTO、METTL3）的表达。通过16S rRNA测序和非靶代谢组学及相关性网络分析,鉴定参与胆汁酸和色氨酸代谢的关键菌属等。通过分离小鼠腹股沟白色脂肪组织的基质血管成分（SVF）细胞和肌纤维/脂肪祖细胞（FAPs），分别用筛选出的关键微生物代谢物进行处理，包括胆汁酸类（猪去氧胆酸HDCA、12-酮去氧胆酸12KDCA、3b-羟基-5-胆烯酸3b-H5-CA）和色氨酸代谢物类（吲哚硫酸IS、L-犬尿氨酸L-Kyn），以验证其对皮下脂肪沉积、肌内脂肪沉积及m⁶A水平的直接效应。

结果： 与GF组相比，FMT组仔猪体重无显著差异，但皮下脂肪和肌内脂肪沉积显著增加，表现为脂肪细胞体积增大、血清和背最长肌甘油三酯水平升高，以及脂肪生成基因（Cebpa、Fabp4、Pparγ）表达上调。同时，胫骨前肌甘油三酯含量增加，肌纤维类型向氧化型慢肌纤维转化（MyHC I、MyHC IIa表达升高）。

血清非靶向代谢组学显示，FMT组胆汁酸（HDCA、12KDCA、3b-H5-CA）和色氨酸代谢物（IS、L-Kyn）水平显著升高，且这些代谢物与血清甘油三酯、肌内脂肪甘油三酯及慢肌纤维标志物呈显著正相关。体外实验显示，在SVF细胞中，HDCA、12KDCA、3b-H5-CA及L-Kyn等代谢物处理后m⁶A修饰水平显著降低，同时FTO表达明显上调；在FAPs细胞中，HDCA、3b-H5-CA及L-Kyn同样使m⁶A水平下降，并伴随METTL3表达的显著下调。上述结果与体内观察一致：FMT组仔猪皮下脂肪中FTO表达上调、背最长肌中METTL3表达下调，且两组织m⁶A水平均较GF组显著降低。16S rRNA测序及核心网络分析进一步显示，Bacteroides、Lactobacillus、Parabacteroides和Akkermansia是调控上述代谢物的关键菌属。

结论： 本研究通过无菌（GF）和粪菌移植（FMT）仔猪模型，首次系统阐明了“肠道微生物—代谢物—m⁶A”调控轴在脂肪沉积中的作用机制。通过16S rRNA测序与非靶向代谢组学的关联分析，鉴定出 Bacteroides、Parabacteroides、Lactobacillus 和 Akkermansia 等菌属与胆汁酸及色氨酸代谢物水平密切相关。这些菌群相关的代谢物以组织特异性方式调控 FTO 与 METTL3 的表达，降低 m⁶A RNA 甲基化水平，进而精准调控脂肪生成相关基因的表达和脂肪沉积。该机制不仅解释了 FMT 恢复无菌仔猪脂肪沉积不足的生理现象，也为通过靶向肠道菌群或其代谢物干预以改善畜禽肉品质提供了新的理论依据与策略。

瘤胃微生物组高度复杂且动态变化，在反刍动物营养代谢调控、健康维持、生产性能提升以及环境可持续发展中发挥着核心作用。基于过去五年宏基因组学、宏转录组学和代谢组学等多组学技术的研究进展，本文系统综述了瘤胃微生物多样性、早期群落构建、宿主–微生物相互作用、日粮调控机制以及甲烷减排策略等方面的最新认识。瘤胃内存在以拟杆菌门和厚壁菌门为核心的相对稳定微生物群落，其中普雷沃氏菌属、丁酸弧菌属和瘤胃球菌属等为典型代表，这些类群在不同宿主间表现出显著的功能共性，主要依赖丰富的碳水化合物活性酶体系实现植物纤维的高效降解，并产生挥发性脂肪酸等关键代谢产物。瘤胃微生物群在幼龄反刍动物发育及断奶阶段经历显著的动态演替过程，其群落结构与功能受到宿主发育阶段、遗传背景及生理状态的协同调控。日粮因素能够显著重塑瘤胃微生物的结构组成，其中脂类、功能性氨基酸以及植物次生代谢产物可有效改变菌群组成与代谢通路，宿主因素同样发挥重要影响，例如泌乳期奶牛瘤胃倾向于富集参与脂质和蛋白质降解的微生物类群，而微生物生态失衡则可能诱发酮病或瘤胃酸中毒等代谢性疾病。此外，益生菌制剂与植物提取物在抑制有害菌群生长及抗性基因传播方面展现出潜在的应用价值。在温室气体减排方面，产甲烷古菌为关键调控靶点，通过3-硝基氧丙醇、海藻提取物及微生态调控策略，能够重构瘤胃氢代谢途径，从而降低甲烷排放，且不损害动物生产性能。总体而言，瘤胃微生物组具有良好的可调控性，通过精准日粮设计与干预策略，可实现生产性能提升与环境排放降低的双重目标。本文构建了从微生物群落结构、功能演替到宿主–微生物互作及干预策略的系统性分析框架，并将微生物精准调控与减排增效目标有机结合，旨在为后续新型微生态制剂的开发以及精准营养调控技术的研发提供理论依据与研究方向。

由病原真菌小麦白粉菌引起的小麦白粉病对小麦生产构成严重威胁。空气湿度影响着宿主植物与病原微生物的互作，是决定作物病害发生的重要环境因素之一。然而，小麦对白粉菌的易感性如何响应空气湿度变化，其背后的化学机制尚不明朗。本研究揭示小麦转录因子TaEPBM1通过调控角质层蜡质与水杨酸生物合成进而介导白粉病易感性对空气湿度变化的响应。利用反向遗传学研究手段对小麦3-酮酰基-CoA还原酶基因进行基因沉默和功能鉴定，证实TaKCR1基因部分冗余地参与小麦角质层蜡质的生物合成。染色质免疫共沉淀定量PCR技术结合基因沉默实验证明转录因子TaEPBM1直接靶向角质层蜡质合成基因TaKCR1和水杨酸合成基因TaICS1，并招募转录共激活蛋白TaADA2促进基因TaKCR1和TaICS1启动子区的组蛋白乙酰化，激活基因TaKCR1和TaICS1的转录，进而增强小麦角质层蜡质和防卫激素水杨酸的生物合成。荧光定量PCR实验结合染色质免疫共沉淀定量PCR和基因沉默实验证明高空气湿度会抑制TaEPBM1基因转录，降低转录因子TaEPBM1在基因TaKCR1和TaICS1启动子区的富集并减弱该区域的组蛋白乙酰化，抑制基因TaKCR1和TaICS1的转录，导致小麦角质层蜡质和SA生物合成减弱，并引发小麦白粉菌侵染变化。反之，低空气湿度会增强TaEPBM1基因表达，加强转录因子TaEPBM1在基因TaKCR1和TaICS1启动子区的富集并增强该区域的组蛋白乙酰化，激活基因TaKCR1和TaICS1的转录，导致小麦角质层蜡质和水杨酸生物合成增强，并伴随小麦白粉菌侵染变化。白粉菌分生孢子离体萌发结合小麦叶片侵染和基因沉默实验证实小麦角质层蜡质组分超长链醛和防卫激素水杨酸是TaADA2-TaEPBM1-TaKCR1/TaICS1通路提供的空气湿度变化响应化学信号，用于调节小麦与白粉菌的亲和互作。这些发现表明小麦转录因子TaEPBM1通过调节角质层蜡质和水杨酸生物合成介导白粉病易感性对空气湿度变化的响应。本研究首次揭示了小麦白粉病易感性响应空气湿度变化的化学机制，为小麦白粉病防控提供了重要依据。

秸秆还田通过向土壤中输入有机碳源提升了土壤肥力。因秸秆碳氮比高，其还田刺激土壤生物固氮过程，但该过程在水稻不同生长阶段如何变化，目前尚不清楚。据此，本研究基于10年的田间定位试验，研究了不同秸秆还田量梯度（不还田、低量还田3吨/公顷、高量还田6吨/公顷）水稻典型生育期（分蘖期、拔节期和成熟期）土壤生物固氮活性及固氮微生物群落结构变化动态。结果表明，在水稻整个生育期内，随着秸秆还田量的增加，土壤生物固氮活性均显著增强，但是该“以碳促氮”效应随着水稻生育期的延长逐渐减弱，这与土壤微生物碳周转和固氮基因的表达显著相关。高通量测序进一步发现，Dechloromonas（脱氯单胞菌）、Bradyrhizobium（慢生根瘤菌）、Azospirillum（固氮螺菌）等关键固氮微生物介导了秸秆还田下土壤生物固氮过程。秸秆还田通过提高土壤固氮微生物丰度、多样性及种间互作，进而增强了土壤生物固氮活性并提升了水稻产量。与秸秆不还田相比，低量和高量秸秆还田下水稻增产分别为12.6%和15.5%。综上所述，长期秸秆还田重构了土壤氮转化动态，通过增强土壤生物固氮实现了稻田土壤肥力与作物产量的协同提升。

蒸汽压亏缺（Vapor pressure deficit, VPD），定义为空气中实际水汽压与饱和水汽压之差，是大气干旱的核心指标。高VPD会加剧植物蒸腾导致的水分流失，从而限制水分吸收和光合能力。质膜内在蛋白（Plasma membrane intrinsic proteins, PIPs）是调控跨膜水分快速运输的关键水通道蛋白，但其在高VPD胁迫植物响应中的动态功能与分子调控机制尚不清楚。本研究阐明了在高VPD条件下，SlPIP1;7在番茄（Solanum lycopersicum）形态、生理和分子水平多层次适应策略中的调控作用。结果表明，与野生型（WT）植株相比，SlPIP1;7过表达（OE）植株在高VPD条件下表现出更优的生长性能。SlPIP1;7的过表达显著提升了活性氧（ROS）清除效率，有效保护植物细胞免受氧化损伤。这种维持ROS稳态的保护机制与气孔功能密切相关。SlPIP1;7的过表达能够调控气孔形态、大小及开闭状态，从而促进水分和二氧化碳的高效利用，增强胁迫条件下植物整体的生理调控能力。此外，我们鉴定出乙烯响应因子SlERF4是该适应网络中的上游调控因子。酵母单杂交（Yeast One-Hybrid Assay, Y1H）和双荧光素酶（Dual-luciferase, LUC）实验表明，转录因子SlERF4可与SlPIP1;7启动子结合，增强其表达与功能。该互作进一步凸显了SlPIP1;7 在抵御高VPD胁迫中的关键作用。综上所述，本研究阐明了SlPIP1;7在植物响应和适应高VPD胁迫中的重要作用。这些发现拓展了我们对于植物适应环境胁迫分子机制的理解，并为未来培育抗旱作物的育种策略提供了参考。

Motivated by growing concerns about excessive agrochemical use and the resulting environmental pollution in China, this study explores the importance of online agricultural information for chemical fertilizer and pesticide use decisions among grain farmers. In particular, we focus on the functional agricultural information used for productive purposes for smallholders. Based on a survey dataset of 1,833 family farms across five Chinese provinces, we employ a propensity score matching (PSM) approach to estimate treatment effects of online agricultural information. The results reveal that online acquisition of agricultural information does not reduce the expenses of chemical fertilizers and pesticides in our sample; rather, the opposite is true. The use of online agricultural information significantly increased agrochemical expenses, particularly among smallholders. Within our sample region, the limited evolution of online information content and the inherent challenges faced by smallholder farmers are the major barriers to the beneficial effects of online agricultural information in reducing agrochemical use. Our findings emphasize the need for targeted interventions and educational efforts to bridge the knowledge gaps of smallholders. Furthermore, there is a need to raise awareness among information providers to ensure that their recommendations avoid encouraging overdoses of agrochemicals. In addition, enhancing farmers’ digital literacy will be a future task of development policy.

核桃是重要的木本油料经济树种，由胶孢炭疽菌引起的炭疽病是中国核桃生产中的灾难性病害。MAPK-WRKY信号途径在调控植物抗病方面具有重要作用，然而核桃中的MAPK-WRKY途径的鉴定及其介导的炭疽病抗性机制仍不清晰。我们以炭疽病抗性存在明显差异的‘Taile’和‘Xiangling’为试材，通过转录组学筛选到与炭疽病抗性相关的潜在JrMAPK3-JrWRKY22途径。进一步通过酵母双杂，Bifc，Pull-down和体外磷酸化分析表明JrWRKY22与JrMAPK3互作，并被JrMAPK3磷酸化。核桃果实瞬时注射结果表明，过表达JrWRKY22能抑制胶孢炭疽菌侵染，提高果实炭疽病抗性，同时显著促进病程相关基因JrPR1和PR-2家族的β-1,3-葡聚糖酶基因JrGLU表达，而沉默JrWRKY22后胶孢炭疽菌侵染病斑明显增大，相应基因表达水平降低。双荧光素酶实验也验证上述结果，JrWRKY22能激活JrPR1和JrGLU启动子活性，且被JrMAPK3磷酸化增强。进一步通过酵母单杂、Chip-PCR和EMSA分析表明JrWRKY22能结合JrPR1和JrGLU启动子中W-box元件。这些解析了JrMAPK3-JrWRKY22模块提高核桃炭疽病抗性的分子机制，拓宽了抗病理论，为核桃抗病分子设计育种提供科学依据。

玉米大斑病是全球范围内重要的玉米真菌病害，由异宗配合真菌玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica）引起，其有性生殖过程受交配型基因严格调控。交配型位点（MAT）基因StMAT1-1与StMAT1-2共同决定了玉米大斑病菌的A、a 和 Aa 三种交配型。自然生态系统中玉米大斑病菌的有性生殖循环是该领域的研究热点，但关于其有性生殖的调控机制及适应性意义等关键科学问题仍未明确。本研究于2011-2023年连续13年对中国玉米主产区的玉米大斑病菌群体进行交配型鉴定，结果显示携带StMAT1-2基因的a交配型为田间优势交配型。通过室内人工诱导构建F1代群体并进行表型分析，发现携带StMAT1-2基因的a交配型菌株比A交配型菌株具有更高的适合度，表现为产孢能力增强、菌丝生长速率加快及致病力显著提升。交配型基因敲除突变体的功能验证表明，StMAT1-1和StMAT1-2是玉米大斑病菌完成有性生殖的必需基因。转录组分析显示，StMAT1-2可调控更多代谢通路相关基因的表达。分子机制研究证实，StMAT1-2能够直接结合信息素受体基因StSte2的启动子区域并调控其表达。沉默StSte2可显著抑制玉米大斑病菌的有性生殖，并导致下游MAPK通路基因显著下调；外源添加信息素可部分回补上述缺陷，证实信息素信号通路在玉米大斑病菌有性生殖中发挥关键作用。此外，缺失StMAT1-2或StSte2均会导致菌株产孢量下降、致病力减弱。综上所述，StMAT1-2通过靶向调控信息素受体基因StSte2，协同调控玉米大斑病菌的有性生殖与致病力，进而决定了a交配型在田间的优势地位。本研究结果为解析异宗配合真菌交配型群体偏离的分子机制提供了新的理论依据。

在农业生态系统中，作物生育期间的土壤养分供应是决定其产量的关键因素。然而，秸秆还田条件下，影响产量形成的关键生育时期及其微生物调控机制尚不明确。本研究进行了一项为期6年（2019–2024年）的田间定位试验，设置常规耕作（CT，20 cm）、深耕（DT，35 cm）、常规耕作+秸秆还田（CTS）和深耕+秸秆还田（DTS）4个处理，在玉米拔节期（JS）、灌浆期（GS）和成熟期（MS）采集表层（0–20 cm）和深层（20–35 cm）土壤样本，以揭示秸秆还田影响玉米产量的微生物机制。结果表明，与CT处理相比，CTS和DTS处理分别使玉米产量显著提高了8.3%和17.6%。秸秆还田提高了土壤有机碳（SOC，7.0–28.7%）、速效养分（氮、磷（P）和钾）和微生物生物量化学计量比（微生物生物量碳/微生物生物量氮，MBC/MBN；微生物生物量碳/微生物生物量磷，MBC/MBP），缓解了0–35 cm土层中微生物碳（0.7–3.2%）和磷（0.2–4.6%）的限制，其中DTS处理在深层土壤中的缓解效果更为显著。此外，秸秆还田增加了0–35 cm土层中变形菌门（3.0–39.4%）和子囊菌门（7.8–40.3%）的相对丰度，并通过增强随机性过程的贡献提高了深层土壤中细菌群落的多样性。值得注意的是，灌浆期土壤养分有效性是驱动玉米产量形成的主要因素。秸秆还田通过提高该时期速效养分含量直接促进了产量提升。同时，通过提高速效养分含量和微生物生物量化学计量比（MBC/MBN和MBC/MBP），秸秆还田缓解了微生物碳和磷的限制，进而改善了细菌群落结构，促进了SOC积累，间接提高产量。本研究揭示了秸秆还田条件下时期特异性的微生物调控机制，为优化农田管理措施和提升土壤生产力提供了理论依据。

作物生产水足迹是衡量农业水资源消耗的重要指标，它能够在区域和作物层面，从时间和空间上解析作物生长期间的水资源消耗来源（即绿水与蓝水）。本文以黄河流域作为基准训练区域，基于2000-2019年的数据，针对21种作物开发了可迁移的多尺度作物生产水足迹机器学习模拟预测模型，输出变量包括单位面积产量、单位蓝水足迹、单位绿水足迹、总产量和总水足迹。模型的空间可迁移性在科罗拉多河流域和中国大陆进行验证。应用模型模拟了在四种气候变化路径驱动下，2020-2100年黄河流域和科罗拉多河流域的长期作物水足迹情景。共构建了5,112种机器学习建模情景，并通过网格搜索优化了超过十亿种参数组合，最终筛选出392个最优模型。结果表明，该模型在多时空尺度上均表现出优异的精度和空间可迁移性，在省级和县级层面的决定系数超过0.9。误差分布呈现出明显的尺度依赖性特征，表明同一作物在不同尺度上的观测值偏差存在系统性差异。未来的长期作物水足迹情景显示，各作物的单位水足迹呈下降趋势，而两个流域的总蓝水足迹均有所增加。本研究为多尺度农业水资源分析与管理提供了一定方法和数据参考。

小麦（Triticum aestivum L.）是全球三大主粮作物之一，其产量的持续提升是保障粮食安全的核心命题。光合作用作为地球上最基础的能量转换过程，是植物生物量形成的最初来源。20世纪中叶的第一次“绿色革命”利用矮杆基因（Rht-B1b/Rht-D1b），使小麦株高降低了30%-50%，显著增强了抗倒伏能力，配合农药和化肥的广泛应用，推动全球小麦单产大幅提升。然而，随着矮杆基因的遗传增益逐渐趋于饱和，通过品种矮化来大幅度增加小麦产量的努力已遭遇瓶颈，且依赖化肥用量的增加来提升单产也面临严重的环境问题。联合国粮农组织预测，至2050年全球小麦需求将增长60%，亟需创新技术路径实现小麦产量的二次飞跃。作为生物量积累的核心动力，光合效率的提高是突破当前产量限制的重要途径。本文总结了近年来小麦光合作用研究的最新进展，重点阐述了光合碳同化与籽粒产量的关系，探讨了未来利用光合作用遗传改良提升小麦产量的关键科学问题、潜在的研究方向以及技术策略。小麦育种正迎来以光能高效利用为核心的第二次“绿色革命”新时代。

玉米地方品种是长期适应多样化环境形成的宝贵遗传资源，对现代育种具有重要价值。然而，中国玉米地方品种的遗传结构、对现代育种的贡献及其所携带的有利等位基因仍缺乏系统解析。本研究构建了一个包含3,187份全球玉米地方品种的多样性群体，其中2,042份材料源自中国，通过群体遗传结构分析、基因流检测、选择信号分析和全基因组关联分析（GWAS）等方法，系统解析了其遗传多样性及育种潜力。结果显示，中国玉米地方品种可划分为 7 个遗传类群（CL1–CL7），地理分布与我国主要玉米生态区高度匹配，呈现明显的环境适应性遗传分化。鉴定到黄淮海地区地方品种类群（CL3）向中国主要杂种优势类群四平头（SPT）的显著基因流，渗入区段富集抗逆与花期调控相关基因，从基因组水平证实地方品种对现代育种的贡献。通过GWAS鉴定出多个重要性状的关键候选基因，包括已知的开花调节基因ZCN8和抗病相关基因OPR8。有利等位基因分析表明，尽管现代育种在总体上积累了较多有利等位基因，但地方品种尤其在开花期和抗病性方面仍保留了大量独特且未得到充分利用的有利等位基因。本研究系统阐明了中国玉米地方品种的群体遗传结构及其对现代育种的遗传贡献，揭示了地方品种中丰富且尚未被充分利用的有利等位基因，为未来精准利用地方品种资源以拓宽玉米遗传基础、培育气候韧性新品种提供了理论依据和技术支撑。

在气候变化和土壤退化日益加剧的背景下，实现大豆生产的稳定性和可持续性仍然是全球面临的挑战。秸秆覆盖被用于提高干旱和半干旱农业系统中的大豆籽粒产量，但其对土壤肥力和产量稳定性的长期影响尚不清楚。本研究设置了一个长期定位试验，包括3种处理：秸秆清理（SR）、秸秆覆盖（SM）和秸秆粉碎（SC）。SM处理提高了土壤酶活性，改善了耕层养分。3种处理中，SM处理拥有最大的平均重量直径（2.12）和最小的土壤固相占比（49.09%）。SM处理大豆叶片的叶绿素持续时间最长（135.55 d），其次是SC（120.81 d）和SR（95.25 d）。此外，SM处理在大豆R1期具有最大的叶面积指数（LAI）和生物量，二者均与大豆籽粒产量显著正相关。相较于SR和SC处理，SM处理的籽粒产量、产量稳定性和产量可持续性分别平均提高了17.76%、73.64%和15.42%。长期作物残茬还田是恢复土壤肥力、缓冲气候压力和确保产量稳定的一种有前景的低投入策略，有助于实现全球的农业可持续发展和粮食安全。

籽粒灌浆期的高温胁迫（HT）通过扰乱整株植物的碳分配，严重制约着玉米产量的形成。水杨酸（SA）已被证明能够增强作物的耐热性，但其在HT下调控“源-流-库”碳动态的生理机制尚不明确。为此，本研究对两个糯玉米品种在吐丝期进行喷施SA处理和灌浆期15天的HT处理。结果发现，HT降低了花后干物质的积累与转运，抑制了叶片和籽粒中的蔗糖代谢，同时下调了茎和籽粒中糖转运蛋白相关基因的表达，导致¹³C向籽粒的分配减少，最终引起籽粒产量下降。SA通过重新协调“源-流-库”关系，有效缓解了HT对碳供给、转运效率及籽粒中碳利用能力的不利影响。在“源”中，SA维持了叶片中的同化物积累，并增强了蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶及转化酶的活性；在“流”中，SA诱导了茎中蔗糖转运蛋白基因的上调表达，促进了蔗糖的卸载和长距离转运；在“库”中，SA稳定了籽粒中的蔗糖代谢，并诱导蔗糖转运蛋白相关基因的上调表达，从而增加了碳向籽粒的分配。进一步利用部分最小二乘路径建模分析，发现SA主要通过调控叶片和籽粒中的蔗糖代谢以及茎部和籽粒中的蔗糖转运，缓解了HT引起的产量下降。总体而言，外源SA通过优化“源-流-库”间的碳分配，减轻了HT的负面影响，从而在高温条件下维持糯玉米的籽粒产量。

由水稻白叶枯病菌引起的白叶枯病，是一种在世界范围内极具破坏性的水稻病害。野生稻是极其宝贵的白叶枯病抗性基因库，将这些基因导入栽培品种中，为控制该病害提供了一种具有成本效益且环境可持续的策略。对抗白叶枯病野生稻种质进行自动化、无损且低成本的筛选，对于培育抗病水稻品种至关重要。本研究提出了一种人工智能驱动的方法，用于筛选优良的抗白叶枯病野生稻种质，以支持育种工作。研究开发了一套用于野生稻白叶枯病抗性筛选的AI驱动工作流，能够实现田间的评估，并将该系统集成在一台成本约890美元的便携式背包设备中。研究设计了一种计算机视觉算法来分割病斑、测量病斑长度并评估白叶枯病抗性水平，从而筛选出优良的抗病野生稻。该病斑分割模型仅包含0.85M个参数和4.33G FLOPS，其交并比达到了94.14%。包括白叶枯病抗性水平评估、田间测试和泛化测试在内的综合评估表明，该方法具有较高的准确率（分别为92.0%、94.0%和95.6%），并显著提升了效率。该方法将支持大规模野生稻种质白叶枯病抗性的高通量筛选，从而加速野生稻种质资源的探索与开发。

土壤有机碳（SOC）是土壤健康和农业可持续性的关键指标。然而，黄土高原SOC含量普遍较低，且固碳效率（CSE）在主要气候区的农田系统中尚未得到系统量化。本研究以山西省3个农业生态差异较大的县域（北部应县、中部寿阳、南部永济）为研究对象，分析了1983-2023年间碳输入和CSE的时空变化特征。利用地统计学方法、随机森林模型和路径分析，我们判别了不同气候条件和农田种植制度下SOC累积和CSE的关键驱动因素。结果表明，2023年SOC储量呈现明显的从北向南递增趋势：北部为20.1±6.5 t ha^-1，中部为23.1±6.3 t ha^-1，南部为24.5±6.3 t ha^-1；碳输入量也呈现同样的趋势，即从北部的2.2增至中部的2.5和南部的4.2 t ha^-1 yr^-1，而CSE则从北向南递减，1983-2023年间从9.7%降至7.4%和5.2%。我们的分析表明，海拔、气温、初始SOC含量和粪肥碳输入是空间分异的主控因素。黄土高原东部极低的CSE值可能部分归因于持续土壤侵蚀导致的碳损失。因此，黄土高原东部农田管理应构建兼顾土壤侵蚀敏感性与碳汇功能的适应性策略，在深入理解关键生物地球化学过程的基础上，切实提升农田土壤健康水平。