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  • Xiaomei Tang, Yue Wang, Yuqing Guo, Luoluo Xie, Wei Song, Ziwen Xiao, Ruichang Yin, Zhe Ye, Xueqiu Sun, Wenming Wang, Lun Liu, Zhenfeng Ye, Zhenghui Gao, Bing Jia
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.041
    录用日期: 2025-01-02

    由果生炭疽引起的梨炭疽病是一种毁灭性病害,严重影响大多数梨品种的产量和品质。然而,目前尚缺乏有效的防治措施。此外,梨果生炭疽关键抗性调节机制尚不清楚。为了探究梨炭疽病的抗性机制,本研究以梨炭疽病抗性品种涩梨”和易感品种“翠冠”为材料,对接种果生炭疽和无菌水5天的‘涩梨‘翠冠’叶片进行转录组和代谢组关联分析。结果表明,这些差异表达基因和差异积累代谢物主要与代谢和次级代谢合成途径有关,包括α-亚麻酸代谢、苯丙氨酸生物合成代谢、不饱和脂肪酸生物合成、氨基酸及其衍生物的合成等。其中,抗病品种‘涩梨’感染炭疽后差异代谢物主要为不饱和脂肪酸、氨基酸及其衍生物,如亚油酸及其衍生物、月桂酸N-乙酰-L-谷氨酸和L-脯氨酸的积累显著增加,而易感品种‘翠冠’感染炭疽后氧化型谷胱甘肽N-乙酰-L-谷氨酸以及原花青素含量显著降低,这些差异代谢物的含量变化可能与‘涩梨‘翠冠’炭疽病的抗性差异有关。总之,本研究为梨炭疽病抗性调控提供了新的见解,有助于研发新的梨炭疽病防治策略、以及炭疽病抗性品种的培育。

  • Lixia Sheng, Yuqi Zhang, Xiaoke Yang, Yujia Yin, Jianqiang Yu
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.040
    录用日期: 2025-01-02

    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. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.039
    录用日期: 2025-01-02

    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miRNAs219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。

  • Xuena Yu, Yang Hu, Jiasi Han, Liang Zhao, Zhuoshuai Jin, Xiangnan Xu, Jiayue Feng, Yingqiang Wen
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.038
    录用日期: 2025-01-02

    CRISPR-Cas9 emerged as a powerful tool for gene editing, which has been widely used in plant functional genomics research and crop genetic breeding (Chen et al. 2019). The target specificity of CRISPR-Cas9 relies on the 20-base-pair single guide RNA (sgRNA), making it relatively quick and straightforward to create plant-specific mutant libraries through large-scale synthesis of sgRNAs targeting multiple genes or even the whole genome. Several CRISPR-Cas9 mutant libraries have been developed for crops such as rice (Lu et al. 2017; Meng et al. 2017), soya bean (Bai et al. 2020), Brassica napus (He et al. 2023), and cotton (Sun et al. 2023). However, no CRISPR-Cas9 mutant library has yet been generated in woody crop plants. Grape (Vitis vinifera L.) is one of the oldest and most economically valuable fruit crops worldwide. The MYB family is one of the most abundant and versatile transcription factor families in plant (Wu et al. 2022). Here, we described a strategy for generating a collection of MYB mutant lines in grape using a sgRNA library.

    We obtained 138 grape MYB transcription factor sequences from the Plant Transcription Factor Database (PlantTFDB, http://planttfdb.gao-lab.org/family.php?sp=Vvi&fam=MYB) (Appendix A). Since genes with similar sequences often share similar functions, a phylogenetic tree was constructed and divided all MYBs into 30 sets based on the sequence similarity (Fig. 1-A and Appendix B-a). A total of 127 sgRNAs were designed, each targeting conserved regions shared by two or more MYB transcription factors with fewer than three base-pair differences. This approach aimed to simultaneously mutate multiple MYB members within a cluster using a single sgRNA, addressing the challenge of genetic redundancy (Appendix B-b). These shared target sites were designated as Target1 (T1). In addition, specific sgRNAs targeting individual MYB transcription factors were designed using the  CRISPR-P 2.0 online tool (http://crispr.hzau.edu.cn/cgi-bin/CRISPR2/CRISPR) (Liu et al. 2017). The design criteria included selecting target sites within exons near the start of open reading frames (ORFs), a GC content of at least 40%, and an off-target efficiency below 0.4. Finally, 138 sgRNAs targeting specific sites for each MYB transcription factor were designed, referred to as Target2 (T2). In total, a comprehensive sgRNA library comprising 265 sgRNA was developed to target 138 MYBs, with an average  of 1.92 sgRNA per MYB (Fig. 1-A and Appendix C).

    The sgRNA fragments from the same set were mixed as one sgRNA pool, ligated into the pKSE401 vector using Gibson ligation, and subsequently transformed into the Escherichia coli  TOP10 competence cells (Fig. 1-B and Appendix D-a). To evaluate the ligation efficiency of the sgRNA pool with the vector, 90 E. coli clones from sets #1-3 were randomly selected and sequenced. The results demonstrated that the ligation efficiency exceeded 90% and the sgRNA coverage ratio over 80%, confirming the feasibility of this method (Appendix D-b). Using this approach, approximately 1300 (~5×) positive E. coli clones were obtained across the 30 sets (Fig. 1-D). Plasmids extracted from each set were mixed in equal proportions and transformed into Agrobacterium tumefaciens GV3101 competence cells. Finally, all Agrobacterium colonies were collected and verified with next-generation sequencing (NGS). The results revealed that 95.31% of the sequences in the library were accurate, and 178 of 265 sgRNAs were represented by at least one read, targeting 125 (90.58%) MYB transcription factors. Most (83.93%) sgRNA read counts fell within the range of 28-215. These results indicated that the sgRNAs library in Agrobacterium exhibited high accuracy and gene coverage, which is usable for grape transformation (Fig.1-E).

    Vitis vinifera L. cv. Cabernet Sauvignon is one of the most renowned red wine grape varieties, widely cultivated worldwideIn this study, pro-embryonic masses of ‘Cabernet Sauvignon’ were used as recipient material for Agrobacterium-mediated transformation (Fig. 1-C and Appendix E). A total of 1354 kanamycin-resistant seedlings were obtained, and which 341 were confirmed as transgenic lines (PCR positive). And, all the lines were determined to harbor a single correct sgRNA, representing 13 unique sgRNAs targeting 18 MYB transcription factors. Target site DNA was amplified and sequenced, revealing only 67 gene-edited lines with mutations in 8 MYB transcription factors (Fig. 1F and Appendix F and G). Among these, 56 lines were chimeric mutants, nine were biallelic mutants, one was a homozygous mutant and one was a heterozygous mutant (Appendix H). Five Target1 type transgenic lines were obtained, three of them did not mutate in all of the targeted genes, in which the sgRNA was targeting two or more completely conserved sites. Additionally, gene-edited lines for GSVIVT01032467001-T1 and GSVIVT01014770001-T1 were producted. However, the sgRNA harbored in these transgenic lines only caused the mutations in GSVIVT01032467001 and GSVIVT01014770001, without off-target effects on genes with similar sequences (Appendix I and J). All MYB-edited lines were subsequently transplanted into a greenhouse for observation (Appendix K). Phenotypic analysisrevealed that the GSVIVT01026481001 edited lines exhibited significantly enhanced tolerance to drought stress (Fig. 1-G).

    CRISPR-Cas9 has greatly accelerated gene function research and breeding in plants. In this study, we developed a strategy for generating a collection of MYB mutant lines in grape using a CRISPR-Cas9 library. However, the relatively lower transformation efficiency in grape limited the number of mutants obtained. Factors affecting grape transformation efficiency primarily included the regeneration rate of the recipient material and the efficiency of Agrobacterium infection. Numerous studies have demonstrated that plant regeneration efficiency enhanced using developmental regulators such as BABY BOOM (BBM), WUSCHEL (WUS), GROWTH-REGULATING FACTOR (GRF), and REGENERATION FACTOR (REF) (Debernardi et al. 2020; Yang et al. 2022). Additionally, plant transformation and gene editing efficiency improved through optimized genetic transformation methods and gene editing vector designs (Debernardi et al. 2024; Yan et al. 2024). We confirmed that a large number of edited plants could be obtained simultaneously using a sgRNA mixed-pool library, provided that grape transformation efficiency is improved. This strategy holds significant potential for constructing genome-wide mutant libraries in woody crop plants in the future.

  • Jiage Li, Rongling Qin, Yongchen Fang, Yuhao Gao, Yang Jiao, Jia Wei, Songling Bai, Junbei Ni, Yuanwen Teng
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.036
    录用日期: 2025-01-02

    红(皮)梨的形成主要源于果皮中花青苷的积累,PpMYB10PpMYB114是正调控梨果皮花青苷合成的关键R2R3-MYB转录因子。我们前期研究发现乙烯通过抑制PpMYB10PpMYB114的表达抑制红梨花青苷合成,且PpERF9-PpTPL1共抑制复合体介导乙烯通过组蛋白去乙酰化作用抑制PpMYB114的表达,但PpMYB10的表达不受该复合体直接调控。因此,乙烯抑制PpMYB10表达的分子机制尚未阐明。本研究发现响应乙烯信号的条件下,PpMYB114PpMYB10 的表达模式高度相关。进一步研究表明PpMYB114通过直接结合PpMYB10 启动子区域上的MBSMYB结合位点)元件促进其表达。在成熟梨果实中瞬时过表达PpMYB114显著促进了PpMYB10的表达瞬时沉默PpMYB114则显著抑制了PpMYB10的表达。进一步,我们发现茄梨愈伤组织中过表达PpMYB114显著诱导了PpMYB10的表达和花青苷合成而在PpMYB114-OX愈伤组织中瞬时沉默PpMYB10则显著减弱了PpMYB114促进花青苷生物合成的作用,表明PpMYB114诱导梨花青苷合成至少部分依赖于转录激活PpMYB10。综上所述,以上结果表明乙烯可能通过抑制PpMYB114的表达进而抑制PpMYB10的表达。我们的研究结果为乙烯抑制PpMYB10表达的潜在机制提供了新的见解,并揭示了参与花青苷生物合成的R2R3-MYB转录因子之间的调控关系。

  • Xin Wan, Dangjun Wang, Junya Li, Shuaiwen Zhang, Linyang Li, Minghui He, Zhiguo Li, Hao Jiang, Peng Chen, Yi Liu
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.035
    录用日期: 2025-01-02

    为降低青藏高原碳库估算的不确定性,深入探究土壤团聚体与密度组分中的碳周转至关重要。同时,这些变化在不同土地利用类型下的异质性仍需进一步明晰。本研究基于有机碳及其13C丰度,在青藏高原土壤团聚体与密度组分的微观尺度,量化了土地利用类型对碳储存及分馏的影响。结果表明土壤团聚破碎率呈现人工林(13.1%<灌丛(32.7%<草地(47.9%<农田(61.8%)的趋势,表明人工林有助于增强土壤结构稳定性。相较于农田(13.5,70.3%),人工林轻组分有机碳对碳储量的贡献提升至28.3%而矿物结合态有机碳的贡献降至40.6%。值得注意的是,植被覆盖促进了有机碳与13C在各密度组分中的团聚体分化效应,而此现象在土壤总有机碳中并未出现。碳同位素分析结果显示,人工林中碳转移表现为从大团聚体中的轻组组分(-24.9‰)向小团聚体中的矿物组分(-19.9‰)转移。与其他三种土地利用类型相比,人工林中团聚体和密度组分的碳转移率较低,从而为青藏高原构建了相对稳定的碳库。本研究在团聚体和密度组分的微观尺度下证实了人工林能减缓土壤中碳的转移并增加碳储存,对缓解全球气候变化发挥积极作用。

  • 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. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.034
    录用日期: 2025-01-02

    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。

  • Siya Li, Lu Cao, Ziwen Zhou, Yaohua Cheng, Xianchen Zhang, Yeyun Li
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.033
    录用日期: 2025-01-02

    冷胁迫对茶产量的减少和品质的降低广泛影响。miR164家族及其靶基因NAC转录因子已被确定为植物应对冷胁迫的关键调节因子之一。然而,人们对miR164CsNAC在茶树抗寒中的作用知之甚少。研究发现csn-miR164a的表达量在冷胁迫下显著降低,且与CsNAC1的表达量呈显著负相关。5 ' RACEGUS组织定位实验清晰地表明csn-miR164a特异性切割CsNAC1茶树叶片中csn- miR164a沉默处理后,CsNAC1CsCBFs的表达水平得以提高,并表现出更强的耐寒性;同时CsNAC1过表达也通过提高AtCBFs的表达水平增强了转基因拟南芥的耐寒性。相反,拟南芥中csn-miR164a异源过表达减少AtNACsAtCBFs的表达水平,进而降低了耐寒性。此外,茶树叶片中CsNAC1的沉默降低CsCBFs的表达水平,导致其表现出显著的冷敏感性。综上所述,研究表明miR164a-CsNAC1模块可能通过CsCBFs依赖途径负调控茶树耐寒性。

  • Xinyi Mao, Xuan Zhao, Zhi Luo, Ao He, Meng Yang, Mengjun Liu, Jin Zhao, Ping Liu
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.032
    录用日期: 2025-01-02

    核果进化出一种极其坚硬的木质外壳,称为果核,用以保护种子。如今,无核栽培品种的市场价值急剧上升,这就提出了培育无核果实的需求。因此,迫切需要了解果核的内在机理。我们利用中国枣的一个有核栽培品种有核和两个无核栽培品种无核大果无核,对枣果核发育机理进行了全面研究。通过解剖分析和木质素染色检测发现,有核栽培品种有核的内果皮木质素积累量远高于其他两个无核栽培品种。木质素积累可能是形成果核的关键原因。通过分析转录组数据并识别其中的差异表达基因(DEGs),发现有核无核丰以及有核大果无核之间有49个重叠的DEGs。其中,参与木质素合成的ZjF6H1-3ZjPOD被鉴定出来。在野生酸枣幼苗上过表达和沉默ZjF6H1-3ZjPOD进一步验证了它们在木质素合成中的作用。此外,在这49个重叠的DEGs中还包括两个bHLH转录因子,并且在ZjF6H1-3ZjPOD的启动子中发现了bHLH转录因子基序,这表明bHLH转录因子也参与了木质素的合成。

  • Zhiyang Wang, Peiyan Liu, Haitong Sun, Wenying Suo, Ziqian Cheng, Mingliang Yang, Qingshan Chen, Ying Zhao
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.031
    录用日期: 2025-01-02

    溶血磷脂酸酰基转移酶(LPAT)是一种广泛表达的酶,在植物的生长发育和胁迫响应中起着关键作用。然而,关于大豆基因组中的LPAT基因的信息却十分有限。通过全基因组分析,鉴定了15个大豆LPAT家族成员,并分析了保守蛋白基序的存在。根据其系统发育关系,将这些基因分为三个聚类。通过共聚焦显微镜在拟南芥叶肉原生质体上测定了6GmLPATs的胞内定位。顺式调节元件分析和实时定量聚合酶链反应(qRT-PCR)的结果显示,非生物胁迫(干旱、盐和碱度)和激素处理显著增加了GmLPATs的转录本。GmLPATs在不同的大豆组织中表现出独特的表达模式。我们发现,一个soiLPAT亚型GmLPAT11)在各个处理下的表达水平较高,这可能表明它在大豆对盐胁迫的响应中起了关键作用。GmLPAT11在大肠杆菌中的表达表明,重组酶具有LPAT活性。我们还发现过表达LPAT降低了转基因大豆活性氧(ROS)的形成,显著提高了抗盐胁迫性。基因关联分析表明,GmLPAT11的变异与幼苗的耐盐性密切相关。在GmLPAT11CDS区发现了一种可能与耐盐性相关的多态性。这些发现不仅提高了我们对LPAT基因家族的理解,还确定了大豆未来增强耐盐性的潜在候选基因。

  • Xiaotian Mi, Wanyi Xie, Lei Fan, Tianli Zhang, Yaru Liu, Gang He
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.030
    录用日期: 2025-01-02

    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。

  • Zhipeng Shi, Guohao Han, Tiantian Gu, Hanwen Yan, Yujie Chang, Shiyu Zhuo, Lijun Cao, Lixian Xing, Yuping Liu, Xiaofang Li, Yelun Zhang, Diaoguo An
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.029
    录用日期: 2024-12-25

    品质是小麦育种的主要目标性状之一,受多种因素的共同影响。黄淮麦区是中国小麦的主要产区,同时也是强筋和中强筋小麦的优势种植区。本研究利用主成分分析(Principal component analysis, PCA)、模糊综合评价(Fuzzy comprehensive evaluation, FCE)和分子标记鉴定相结合的方法,对黄淮麦区436个小麦品种的七个关键品质性状以及两个重要的品质相关遗传位点Glu-1Sec-1进行了多维度的系统评价。结果表明,稳定时间(Stability time, ST)、拉伸面积(Stretch area, SA)和最大阻力(Maximum resistance, MAXR)是影响黄淮麦区小麦品质的三个关键性状,Glu-1Sec-1主要影响这三个性状,进而对小麦品质产生影响。与高分子量麦谷蛋白亚基位点Glu-A1Glu-B1相比,Glu-D1对综合评价值D、主成分PC1-PC3PC1主要构成性状STSAMAXR的影响更为显著。对于Glu-D1位点,携带Dx5+Dy10等位基因小麦品种的STSAMAXR显著优于携带Dx2+Dy12等位基因的品种,表明Dx5+Dy10可能通过提高STSAMAXR来提升小麦品质。结合综合评价值DGYT(Genotype by yield×trait)指数和HMW-GS评分,筛选20个优质高产的小麦品种,可作为优异亲本应用于小麦品质育种。

  • Jiyu Zhao, Xudong Sun, Yuqi Xue, Alam Sher, Jiayu Ran, Peng Liu, Bin Zhao, Baizhao Ren, Ningning Yu, Hao Ren, Jiwang Zhang
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.028
    录用日期: 2024-12-25

    明确不同玉米种的氮素吸收和利用特性对于优化氮肥施用和提高生产效益至关重要。大田条件下设置4个氮肥管理方式:控释尿素(CRU)作为基肥(TC)、普通尿素作为基肥(T1)、普通尿素分2次施肥(播种时施入40%+小喇叭口期施入60%T2)和普通尿素分3次施肥(播种时施入30%+小喇叭口期施入50%+抽雄期施入20%T3),结合15N同位素示踪技术,研究其对2个玉米品种DH518(中早熟品种)DH605(中晚熟品种)氮素吸收、氮素利用效率和产量的影响。结果表明,与T1相比,CRU作基肥、尿素分2次和分3次施用显著提高了籽粒产量和氮肥利用率,同时减少了环境氮损失。与T1相比,TCT2T3处理下DH518的籽粒产量分别增加了11.1%9.8%11.7%,而DH605分别增加了16.4%15.7%22.9%。回归分析显示,DH518的籽粒产量随着花后氮素积累量、总氮素积累量、氮素回收效率和氮素营养指数(NNI)的增加,呈现出先快速后缓慢的双线性增长趋势。相比之下,DH605则表现出单一的线性回归关系,且增幅较快。在T3处理下,DH518在播种阶段施氮和在V9期追氮的作物氮回收率(CRN)分别比在VT期追氮高出60.0%62.4%,而DH605V9期追氮和VT期追氮的CRN分别比在播种阶段施氮高出37.7%37.1%DH518较高的花前氮素需求和较短的生育期维持了氮素供需平衡,导致在T2TC处理下NNINNI0.988)处于产量缓慢增加的范围,而DH605植株的氮素状况仅在T3处理下达到最优水平。因此,建议中晚熟品种采用分3次施用尿素或将CRU作为基肥并在生育后期追施尿素以获得最佳产量。此外,对于中早熟品种,施用CRU或减少分施次数,如分2次施用,可保证生育后期氮素供应充足,提高产量和效益。

  • Yingyue Xu, Xuanchen Zhou, Bin Yan, Yang Yue, Min Zhang, Haibin Yuan, Shuai Liu
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.027
    录用日期: 2024-12-25

    玉米是全球重要的粮食作物。玉米蚜虫是危害玉米的重要害虫,随着Bt转基因抗虫玉米的逐步推广种植,玉米蚜虫可能由原来的次要害虫上升为主要害虫。因此,需要发展玉米蚜虫高效绿色的防治方法。有研究表明水杨酸甲酯作为常见的虫害诱导挥发物能够防控多种蚜虫,但是对玉米蚜虫是否具有控制作用还未可知。本研究利用“Y”型嗅觉仪和培养皿扩散实验探究了水杨酸甲酯对蚜虫的驱避作用,结果表明水杨酸甲酯在0.1 ng μL-1 -1000ng μL-1 的浓度下可以显著驱避禾谷缢管蚜有翅型和无翅型。利用Y”型嗅觉仪分析了水杨酸甲酯对蚜虫捕食性天敌异色瓢虫的行为影响,结果发现100 ng μL-1和1000 ng μL-1水杨酸甲酯可以显著吸引异色瓢虫的成虫和幼虫。此外,将玉米植株暴露在具有水杨酸甲酯的环境中,可以降低玉米植株上蚜虫的种群数量。利用昆虫微养虫笼分析水杨酸甲酯对蚜虫生存适合度的影响,结果发现水杨酸甲酯处理后蚜虫的若虫发育历期延长,成虫寿命和生殖期缩短,产仔量显著降低。田间实验本研究利用海藻酸钠缓释球包裹水杨酸甲酯释放到玉米田探究其对蚜虫和捕食性天敌种群数量的影响,连续2年田间调查结果发现水杨酸甲酯缓释球可以显著降低禾谷缢管蚜、玉米蚜和棉蚜的种群数量,但是可以提高天敌异色瓢虫、龟纹瓢虫、大灰优食蚜蝇和中华草蛉的种群数量。以上结果证明了水杨酸甲酯具有防控玉米田蚜虫的潜力,为蚜虫的绿色防治提供了新的方法。

  • 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. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.025
    录用日期: 2024-12-25

    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。

  • Guoming Li, Xiaotian Ren, Shengyan Pang, Changjie Feng, Yuxi Niu, Yanjie Qu, Changhong Liu, Xiang Lin, Dong Wang
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.024
    录用日期: 2024-12-25

    氮素是小麦(Triticum aestivum L.)生长和产量的重要营养元素,特别是在灌浆期,大部分氮素从营养器官重新分配到籽粒,对产量有显著影响。然而,氮素从营养器官向籽粒转运的具体时间段及其与旗叶衰老的相关性仍不清楚。本研究以冬小麦品种西农511’为试验材料,在田间条件下设置了两种氮肥处理:常规施氮(240 kg ha⁻⊃1; [N240])和不施氮(0 kg ha⁻⊃1; [N0])。结果显示,小麦旗叶中的氮素积累在7-14天达到峰值,氮含量为4.55%,随后氮素开始向籽粒重新分配。在21-35天内,旗叶中的氮含量减少了56%,而籽粒中的氮含量增加了51%。旗叶的相对叶绿素含量、光合速率、游离氨基酸浓度和可溶性蛋白含量在7-14天达到峰值,表明氮素从旗叶向籽粒运输。与N0处理相比,施氮显著提高了旗叶氮素再分配速率20%,减少了21%的活性氧(ROS)积累,并延缓了旗叶衰老。在缺氮条件下,自噬过程提前被诱导,自噬相关基因(TaATG8)的表达增加了5-7倍,这表明通过调控自噬途径并增强自噬活性可以优化氮肥利用效率。本研究表明,氮素从营养器官向籽粒的再分配启动了叶片的衰老过程,并与自噬相关基因的表达密切相关。

  • Renxu Chang, Yuanyuan Chen, Xinyi Xu, Hongdou Jia, John Mauck, Juan J. Loor, Yehoshav A. Ben Meir, Qiushi Xu, Xudong Sun, Chuang Xu
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.023
    录用日期: 2024-12-25

    酮病奶牛的乳腺组织面临血液中游离脂肪酸(FFA浓度显著升高和乳腺上皮细胞凋亡的严峻挑战。非反刍动物研究已经证实,内质网(ER)应激与细胞凋亡之间密切相关,表明代谢应激可能通过ER应激通路诱导奶牛乳腺上皮细胞的凋亡。因此,本研究的目的是探讨:(1) 酮病奶牛乳腺中ER应激通路的状态;(2) ER应激在高浓度FFA诱导奶牛乳腺上皮细胞凋亡中的作用。研究发现,酮病或外源性FFA能够激活奶牛乳腺组织或MAC-T细胞中的ER应激通路。通过ER应激激活剂TunicamycinTun)预处理,进一步加重了FFA诱导的MAC-T细胞中的ER应激和凋亡。相反,ER应激抑制剂TauroursodeoxycholateTUDCA预处理缓解了FFA诱导的ER应激以及MAC-T细胞凋亡。综上所述,研究证实FFA通过ER应激信号通路诱导酮病奶牛乳腺上皮细胞凋亡。因此,缓解ER应激可能有助于减轻酮病引起的奶牛乳腺组织损伤

  • Zhilan Wang, Xiaofen Du, Kangni Han, Miao Li, Shichao Lian, Yuxin Li, Yanfang Li, Linyi Zhang, Xingchun Wang, Jun Wang
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.022
    录用日期: 2024-12-19

    叶绿体基因表达依赖于细胞核编码因子对其进行RNA代谢加工,但胁迫机制仍不明确。在研究中,我们分离鉴定了一谷子(Setaria italica)温度敏感叶绿素缺乏突变体sitcd1 (temperature-sensitive chlorophyll-deficient 1)在低温条件(光照20°C黑暗18°C,L20/D18)下,sitcd1早期发育叶片叶绿素含量降低叶绿体结构异常,呈现白化表型。图位克隆结果表明,SiTCD1编码一个定位于叶绿体中的PPPR蛋白。同时发现该基因受低温诱导表达早期中高表达。sitcd1遗传背景下,过表达SiTCD1的转基因株系在低温下出现近乎正常的绿叶表型。此外,REMSAsRT-PCR结果表明,SiTCD1在体外直接与质体基因atpF结合,可能参与了低温下质体基因atpF的剪接。RNA-seq分析表明在低温条件下,sitcd1中一些需要ATP提供能量的代谢(如卟啉、叶绿素和谷胱甘肽代谢)相关基因表达水平下调,导致其叶绿素含量、还原性谷胱甘肽(GSH)降低,谷胱甘肽氧化还原对(GSH/GSSG比值下降。相对于萌发期和苗期sitcd1芽期对冷胁迫更敏感,利用195份种质芽期耐冷表型,发现携带SiTCD1Hap2种质比携带SiTCD1Hap1种质具有更强的芽期耐冷性以上结果表明SiTCD1谷子低温早期叶绿体发育中发挥重要作用

  • Cong Li, Lei Wu, Xinyao He, Yi He, Peng Jiang, Jian Ma, Pawan K. Singh, Xu Zhang
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.021
    录用日期: 2024-12-19

    赤霉病(FHB)是全球小麦生产中极具破坏性的重要病害,严重威胁粮食安全与保障。本研究利用南京8611/Ocoroni 重组自交系(RIL)群体的269F6株系进行赤霉病抗性QTL位点鉴定。所有株系连续3年分别在南京以单花滴注法、在墨西哥以孢子喷雾法进行田间赤霉病抗性鉴定,同时利用小麦55K 单核苷酸多态性(SNP)芯片构建高密度遗传图谱。共检测到13QTL,分别位于1B, 2D, 3B, 5D, 6D 7A染色体,其中两个主效QTL位点qfhb.CIM-2D.1 qdon.CIM-3B.1得到稳定表达。条件QTL分析表明,位点qfhb.CIM-2D.1通过降低FHB严重度进而减少DON含量,而qdon.CIM-3B.1则通过直接控制DON积累提高赤霉病抗性。聚合qfhb.CIM-2D.1 qdon.CIM-3B.1位点可以显著提高小麦对赤霉病和DON的抗性。此外,成功开发了与qfhb.CIM-2D.1 qdon.CIM-3B.1分别紧密连锁的竞争性等位基因特异性PCRKASP)标记KASP-1369 KASP-8394,并在相关的遗传群体中得到有效验证。本研究结果拓宽了赤霉病抗性研究遗传基础,开发的分子标记将有效应用于小麦标记辅助育种。

  • Shuai Ma, Xiangyu Lu, Bo Zhou, Jiameng Zhu, Qianhe Zhang, Suzhen Li, Xiaoqing Liu, Wenzhu Yang, Chunhui Li, Yongxiang Li, Yu Li, Rumei Chen, Xiaojin Zhou, Tianyu Wang
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.020
    录用日期: 2024-12-19

    玉米是我国第一大作物,稳定其生长和抗逆的平衡是保障高产稳产的重要基础。茉莉素在植物发育和应对逆境胁迫中发挥重要功能,信号通路中的核心转录因子MYC2调控多种发育及逆境相关基因表达。虽然MYC2在拟南芥中的功能已经得到广泛研究,但其在玉米中的表达调控网络解析不够全面。本研究以玉米为研究对象,首先明确了ZmMYC2在玉米育种进程中受到选择,其启动子区的优异单倍型有利于基因表达。借助PER-seq技术和差异表达基因分析筛选得到多个ZmMYC2的候选下游基因根据功能注释可将这些基因分为:抗逆相关基因(ZmCYP709H1ZmBX5ZmBX6)和生长发育相关基因(ZmBRD1ZmTIP3cZmARF3ZmCER2;进而利用eQTL分析、EMSA和双荧光素酶报告基因等实验,验证了ZmMYC2能够直接激活上述靶基因的表达,拓展了ZmMYC2调控玉米逆境响应和生长发育相关基因表达网络,为玉米高产和抗逆的协同改良提供理论依据和基因资源

  • Zhaoyong Zeng, Jian Ma, Ying Wang, Yuxin Lan, Longxing Su, Bin Chen, Huaping Tang, Deyi Hu, Bingjie Chen, Yinggang Xu, Yang Li, Xuesong Gao, Chunji Liu, Guangdeng Chen
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.019
    录用日期: 2024-12-17

    籽粒中镉的过量以及镁的缺乏均会对人类健康构成严重威胁。普通小麦育种导致优良种质资源的遗传多样性下降从而对未来小麦生产产生不利影响。因此,从四倍体小麦中鉴定控制籽粒镉、铜和镁的基因座并将其导入普通小麦实现遗传改良的关键。本研究以四川地方品种四倍体小麦(矮兰麦)和野生二粒小麦(LM001杂交构建的重组自交系,结合55K单核苷酸多态性(SNP)阵列的连锁图谱和多个环境中的表型数据,鉴定籽粒镉、铜和镁含量的数量性状位点共鉴定出4个稳定表达的主效位点。其中控制籽粒镉含量的QGrCdc.sau-AM-5A、控制籽粒铜含量的QGrCuc.sau-AM-4A和控制籽粒镁含量的QGrMgc.sau-AM-4A3个新的主效位点通过紧密连锁的等位基因特异性PCRKASP)标记,在不同遗传背景下对这些位点进行了验证。在几个主效位点中,预测到一些具有序列变异的候选基因(TRIDC5AG052690TRIDC5BG060070TRIDC4AG008520)可能会影响镉、铜或镁的吸收和转运。相关分析表明,籽粒镉含量与籽粒铜和镁含量之间没有显著相关性,而籽粒铜含量与镁含量则显著相关。此外,籽粒镉、铜和镁含量与11个农艺性状均未表现出相关性。值得注意的是,QGrCuc.sau-AM-4AQGrMgc.sau-AM-4A共定位,表明它们可能存在共同的生理和/或遗传控制。总的来说,这些稳定表达的位点为进一步的种质改良和精细定位提供了理论依据。

  • Tianqi Wang, Jihui Tian, Xing Lu, Chang Liu, Junhua Ao, Huafu Mai, Jinglin Tan, Bingbing Zhang, Cuiyue Liang, Jiang Tian
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.018
    录用日期: 2024-12-17

    玉米/大豆间作体系在发展中国家得到普遍应用,但鲜有研究解析玉米与不同大豆品种间作时根-根互作所介导的养分效率与根际微生物组成的差异。本研究通过田间试验比较了两个大豆(Glycine max)品种BD2YC03-3,以及一个华珍”品种鲜食玉米(Zea mays)在单间作栽培模式下的生长产量变化。与单作相比,BD2/玉米间作两种作物的植株生物量和氮含量均显著提高,但在YC03-3/玉米间作中则无明显影响。与单作相比,与玉米间作后BD2产量提高了37.5%。此外,玉米与BD2间作后根长增加了19.2%-29.1%间作BD2的根体积提高19.0%-39.4%YC03-3/玉米间作中根系性状无显著变化。同时,玉米与BD2间作时表现出根系回避现象,而与YC03 - 3间作时则表现为空间竞争。16S rRNA测序结果表明,与单作体系相比,BD2/玉米间作中的根际细菌群落组成比YC03-3/玉米间作中的变化更为显著。在BD2/玉米间作中,大部分BD2根际富集优势细菌与生物量及磷氮含量呈正相关。而BD2间作的玉米在根际招募根瘤菌目(Rhizobiales)和变形菌门(Proteobacteria细菌,它们分别与玉米生物量氮含量及土壤速效氮呈正相关。总之,不同大豆品种通过根-根互作和改变根际细菌群落组成调控了玉米/大豆间作的资源利用优势。本文强调了根系性状与根际细菌群落之间的联系,体现了酸性土壤中通过选择合适的作物品种来优化间作体系的重要性。

  • Weiyue Xu, Ruxue Yang, Raghupathy Karthikeyan, Yinhao Shi, Qiong Su
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.017
    录用日期: 2024-12-17

    基于深度学习的智能识别算法可解决劳动密集型人工害虫检测问题,但其移动设备上的部署通常受限于高计算需求。本文开发了基于GBiDC-PEST改进轻量级检测算法的移动应用程序,其结合了You Only Look Once YOLO)系列单阶段架构用于实时检测四种微小害虫(小麦螨,甘蔗蚜虫,小麦蚜虫和水稻飞虱)。改进的GBiDC-PEST模型包括GhostNet(用于轻量级特征提取和主干架构优化),双向特征金字塔网络(BiFPN,用于增强多尺度特征融合),DWConv层(用于减少计算负荷的深度卷积),以及卷积注意力模块(CBAM,用于精确特征聚焦)。GBiDC-PEST使用覆盖多种田间环境的多靶点农业微小害虫数据集(Tpest-3960)进行训练和验证,结果显示:(1)模型尺寸被显著减小(2.8 MB,为原始模型的20%),小于YOLO系列(v5 ~ v10);(2)检测精度高于YOLOv10nv10s;(3)检测速度优于v8sv9cv10mv10b;(4)复杂背景下的害虫检测性能获得提高,对小麦螨和水稻飞虱的检测准确率比原始模型增加了4.5-7.5%Android部署实验)。本研究提出的GBiDC-PEST模型及其移动端部署工作为大田现场的快速识别、定位微小害虫提供了强大技术支撑,为在各种农业环境中有效监测、计数和控制有害生物提供了有价值的参考。

  • Qianqian Zheng, Xinhua Wang, Zhenzhen Wang, Yi Zhang, Hao Wang, Kangxi Du, Shaohong Fu, Wanzhuo Gong, Hua Yuan, Weilan Chen, Bin Tu, Jin Yang, Yun Li, Ting Li
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.016
    录用日期: 2024-12-13

    油菜,作为全球重要的油料作物之一,是食用植物油的重要来源。现有研究表明优化油菜株型是提高油菜单位面积产量的关键因素之一,但其遗传基础和分子调控机制研究尚未明确。为了创制油菜矮杆新种质挖掘控制株高的新基因,我们利用EMS诱变技术对油菜品种中双11”进行诱变筛选,获得一份矮杆突变体dm1。形态学分析显示发现dm1矮化表型是由于细胞长度显著减少导致的。结合BSA-seq进行定位分析,鉴定参与dm1株高调控的基因是BnaA10.CYP90A1BnaC09.CYP90A1。上述2个基因编码细胞色素酶P450,与拟南芥中的AtCPD/AtCYP90A1同源。AtCPD/AtCYP90A1对油菜素内酯(BR)的生物合成至关重要,在本文研究中,我们也发现dm1中具有生物活性油菜素内酯(CS)及其前体6-脱氧CS水平显著降低,导致下游参与细胞扩张相关基因表达下调。此外,BR水平的降低还通过负反馈机制促进了BR生物合成基因的表达。最后我们分离获得BnaA10.CYP90A1的单突突变体,发现BnaA10.CYP90A1基因的单一突变导致了植株呈现出半矮化表型,这种表型有望应用于未来的半矮杆育种,以实现产量和机械收获的平衡。综上所述,以上研究表明BnaCYP90A1s参与油菜中油菜素内酯生物合成,并证实它们在调控油菜植株高度中的重要作用,为油菜株型改良提供了新的基因资源和遗传材料

  • Jinxin Yu, Jiayi He, Xuefeng Zhang, Chuxiao Lin, Shiyan Liu, Xin Gong, Xinnian Zeng, Jiali Liu
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.015
    录用日期: 2024-12-13

    为了确保获取的信息的可靠性,大多数昆虫在将信息存储为长期记忆之前需要经历多个间隔的体验,这一观点在昆虫的行为和分子层面上均得到证实。近期的研究表明,一些昆虫在一次经历后就能形成长期记忆。然而,单次经历形成长期记忆的机制尚不清楚。因此,了解昆虫快速学习和随后形成偏好的机制至关重要。我们在这里发现了农业害虫桔小实蝇能够迅速形成依赖于蛋白质合成的长期记忆,并且形成长期记忆需要高能量的支持,代价是降低了存活率。此外,我们采用液相色谱-质谱代谢组学方法发现,与长期记忆相关的过程依次与两种能量生成过程相关联,即三羧酸循环和氧化磷酸化。通过阻断这些能量生成过程进一步证实了这一点。我们的研究结果为针对桔小实蝇的能量生成中间代谢物的行为调节剂的开发提供了理论依据,同时也为昆虫快速形成长期记忆提供了新的视角。

  • Yang Chen, Xuyu Feng, Xiao Zhao, Xinmei Hao, Ling Tong, Sufen Wang, Risheng Ding, Shaozhong Kang
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.014
    录用日期: 2024-12-13

    探索生物炭在不同水盐条件下改善土壤质量的适用性,对于维护中国西北干旱地区的土壤健康和生产力至关重要。因此,在甘肃省进行了为期两年的玉米田覆膜滴灌试验研究在不同灌溉水质和水量下施用生物炭对土壤质量的影响。试验共设8种处理组合包括0 t ha-1B0)和60 t ha-1B1的两种生物炭添加率,充分灌溉W1)和亏缺灌溉W2W2=1/2 W1的两种灌溉量,以及淡水(S00.71 g L-1)和微咸水(S14.00 g L-1)的两种水盐度水平。我们比较了不同灌水量和水盐度水平下施用生物炭对土壤物理、化学和生物特性的影响。最后采用最小数据集方法计算不同处理下的土壤质量指数(SQI)。结果表明,与淡水充分灌溉相比,亏缺和微咸水灌溉通过降低一些土壤物理化学和生物特性,SQI显著降低了3.80-9.80%。仅在淡水和微咸水充分灌溉的情况下,生物炭施用使SQI分别显著提高了6.1310.40%。同时,生物炭对改变微生物群落结构显示出积极作用,例如增加了所有水盐处理下土壤中有益细菌门(如Proteobacteria, Patescibacteria)的相对丰度。最后,偏最小二乘路径模型表明,在特殊的水盐条件下,施用生物炭主要通过改善土壤团聚体和孔隙结构来显著提高SQI。本研究为利用生物炭改善西北干旱区不同水盐条件下的土壤质量提供了重要的研究依据。

  • Hu Xu, Adnan Mustafa, Lu Zhang, Shaomin Huang, Hongjun Gao, Mohammad Tahsin Karimi Nezhad, Nan Sun, Minggang Xu
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.013
    录用日期: 2024-12-13

    化肥配施有机肥通过影响农田有机碳输入和有机碳组分稳定性,因而被认为是提升土壤有机碳固存的有效措施。然而,关于长期施肥下有机碳氧化难易组分的固存效率特征及其对外源有机碳输入响应的信息非常有限,尤其是不同点位间研究。本研究依托位于公主岭、郑州和祁阳的长期定位试施肥验(20年),探究不施肥(CK)、化学氮磷钾肥NPK)和化肥配施有机肥NPKM)下不同有机碳化学组分(高活性有机碳组分-VLC、中活性有机碳组分-LC,低活性有机碳组分-LLC和稳定有机碳组分-NLC)的固存速率和固存效率特征及其与有机碳输入的关系。结果表明,与CK相比,NPKM提高了所有组分的有机碳储量,固存速率和效率,且各点位间均表现相同趋势。特别是对于VLCNLC,公主岭、祁阳和郑州点位NPKM下有机碳储量分别比CK显著增加4383%7786%7382%。然而,相比于初始值,公主岭、郑州和祁阳点位NPKM处理NLC有机碳储量增加幅度最大,分别达6.657.167.35 Mg ha-1。同样,NPKM处理NLC的固碳效率最高,其次是VLCLCLLC,且公主岭点位的稳定组分的固碳效率(8.56%)高于郑州(6.10%)和祁阳(4.61%)点位。此外,惰性库(NLC+LLC)的固碳效率显著高于活性库(VLC+LC),且公主岭点位惰性库的固碳效率最高。冗余分析表明,各有机碳组分和相应库的固碳效率与年均碳输入、年均降雨和年均温度存在负相关关系,而与初始土壤有机碳和全氮含量存在正相关。这些结果表明,土壤固存有机碳的稳定性差异进一步受点位特征和有机碳输入变化的调控。

  • Pan Hou, Qiang Gao, Yingkai Ren, Jinhong Yu, Lijun Gao, Xiaoxue Liu, Dong Jiang, Weixing Cao, Tingbo Dai, Zhongwei Tian
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.012
    录用日期: 2024-12-13

    全球气候变暖表现为夜间和冬春季的增温幅度大于白天和夏秋季节的非对称性特点,同时稻麦轮作下水稻秸秆还田是目前秸秆利用的主要方式。然而,秸秆还田和夜间增温互作对小麦产量和氮利用效率的影响尚不明确。因此,本研究通过连续三年的大田试验,设置两个秸秆处理(S0:秸秆离田;S1:秸秆还田)和两个增温处理(W0:不增温对照;W1:冬春季夜间增温)研究了小麦产量和氮利用的响应特征。研究结果表明,S1W1均能提高小麦籽粒产量和氮利用效率,且W1的提高幅度更大。与S0W0相比,S1W1通过增加穗粒数和千粒重进一步提高了产量(13.0 %)和氮利用效率(16.5 %)。S1W1处理下植株将更多的氮向叶片分配且具有较高的氮代谢酶活性,提高了氮向籽粒的转运能力和花后干物质的积累。S1W1处理下拔节后土壤氮获取酶活性、有机氮矿化速率和微生物生物量氮升高使得土壤氮供应能力增强,有利于开花期根系生长,从而提高植株对氮素的吸收。S1W1处理下20-60 cm土层无机氮含量降低使得土壤-小麦系统表观氮盈余减少,氮损失降低。因此,秸秆还田、夜间增温及其互作通过提高表层土中的根系分布和土壤氮供应能力来增强植株氮吸收及其向籽粒的转运,从而提高了小麦的产量和氮利用效率。

  • Xinyu Jing, Duoduo Qian, Xiuhan Jiang, Pei Wang, Huihui Bao, Dianjue Li, Yanhui Zhu, Guangtao Zhu, Chunzhi Zhang
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.011
    录用日期: 2024-12-10

    配子体型自交不亲和(Gametophytic self-incompatibleGSI)是茄科植物普遍存在的一种自交不亲和性,它由一个核糖核酸酶(S-RNase)和多个F-boxSLF)组成的S位点控制;然而,二倍体马铃薯的S位点遗传多样性尚不清楚。本研究对194份二倍体马铃薯花柱转录组进行无参拼接,结果共鉴定到21S-RNase等位基因型,其中7S-RNase等位基因是首次被鉴定,分别是S15S16S17S18S19S20S21。等位基因频率结果显示,S2等位基因型在整个群体中基因频率最高,达到11.89%。随后,分析纯合S2自交系的基因组拼接数据显示S2位点包含12SLF基因。对4个纯合S位点共线性分析发现8SLF相对保守。KaKs计算结果显示不同S-RNase和同种单倍型内一簇SLF受到同种进化轨迹,但不同单倍型的同类SLF受到不同的进化轨迹。以上研究不仅对二倍体马铃薯种质S-RNase等位基因型进行了深入研究,而且对自交不亲和S位点组成和进化进行了分析,为二倍体马铃薯杂交育种提供了理论基础。

  • Kunqin Xiao, Anmo Li, Xun Xu, Yalan Li, Ling Liu, Songyang Gu, Jeffrey A. Rollins, Rui Wang, Hongyu Pan, Jinliang Liu
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.010
    录用日期: 2024-12-10

    作物真菌病害主要通过选育抗病品种和使用化学杀菌剂进行防治,然而杀菌剂的抗药性是保障农作物安全生产所面临的严峻挑战。病原真菌可以通过上调药物外排泵产生多药耐药性,然而仅在少数病原真菌中报道转录因子调控药物外排泵基因表达,且局限在几类转录因子家族。挖掘调控药物外排泵基因转录的新转录因子有助于揭示植物病原真菌多药耐药性的分子机制,并为设计新药物靶点进而开发新杀菌剂提供科学指导。核盘菌(Sclerotinia sclerotiorumLibde Bary)是一种典型的死体营养型植物病原真菌寄主范围广,引致的菌核病流行性强、分布广、危害重。核盘菌可通过解毒酶降解植物的抗真菌化和各种水解酶降解植物组织但调控这些解毒酶和水解酶表达的转录因子鲜有报道。在本研究中,通过基因功能研究和转录调控分析发现,核盘菌GATA类型的转录因子SsGATA1通过与靶标基因启动子结合调控药物外排泵基因的转录,从而增强核盘菌对各种类型化学杀菌剂的耐受性;SsGATA1还通过介导异硫氰酸酯水解酶SsSaxA的转录,增强对植物源广谱抗真菌化学物质的耐受性;重要的是,通过对SsGATA1基因敲除突变体ΔSsGATA1致病性测定发现,SsGATA1正调控核盘菌的致病性,其机制是SsGATA1在侵染过程中通过对细胞壁水解酶和SsSaxA的上调来促进植物组织的水解和植物源化合物的解毒;此外,尽管SsGATA1不参与菌丝体生长、菌核形成和侵染垫的发育,但在对高温、氧化等逆境胁迫耐受中发挥作用。综上所述,本研究通过对核盘菌中GATA转录因子SsGATA1的功能分析,证明SsGATA1通过激活水解酶和外源物质解毒基因的转录,在多药耐药性和致病性中发挥作用;挖掘到一种新型药物外排泵、细胞壁水解酶和硫氰酸酯水解酶的基因转录激活因子,因此,SsGATA1可作为防控菌核病的潜在药物新靶点,基于SsGATA1在多药耐药性中的作用,抑制其功能有望增强杀菌剂药效并延缓抗药性。

  • Haonan Zeng, Kaixuan Guo, Zhanming Zhong, Jinyan Teng, Zhiting Xu, Chen Wei, Shaolei Shi, Zhe Zhang, Yahui Gao
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.009
    录用日期: 2024-12-10

    基因型填充可在不增加基因型检测成本的前提下提高标记密度,有利于最大化使用现有SNP芯片数据开展复杂性状的机制解析与遗传评估。在动物育种领域,准确的基因组数据对于基因组选择、关联研究以及育种预测至关重要。尽管有多种基因型填充软件可供选择,但在猪基因组研究中仍缺乏全面的基准测试。本研究基于PigGTEx项目的1602头多品种猪参考面板(PGRP)的全基因组测序数据,选用六种定相软件(fastPHASEMaCHBIMBAMEagleSHAPEITBeagle)以及四种填充软件(pbwtMinimacIMPUTEBeagle)进行两两组合,对比了24种基因型填充软件组合在猪SNP芯片的应用效果结果表明,使用Beagle进行定相Minimac进行填充的组合能够达到的填充准确性,其平均基因型一致性为0.983特别是在处理低频SNPMAF<0.05时表现尤为出色。在资源利用效率方面,pbwt在四款填充软件中表现优异,体现在运行时间最短和内存占用量最少基于评估结果,本研究提出三种基因型填充组合策略:1BeagleMinimac组合。该组合能够获得最高的填充准确性2Beagle与Beagle 组合。虽然使用Beagle进行预相位和填充需要较大的内存,但它因操作简便且仍能保持较高的填充准确性而被广泛认可;3Eaglepbwt组合。该组合以计算成本最低且准确性相对较高为特点,适合计算资源有限的场景。综上所述,研究为基因型填充技术在猪SNP芯片向全基因组水平填充中的应用提供了重要依据,并为畜禽的精准育种提供了理论支持。

  • Junhui Zhou, Yuxuan Zhao, Wenfang Luo, Hudie Shao, Wei He, Deliang Peng, Wenkun Huang, Huiqin Wang, Honghai Zhao, Jianjun Xu, Huan Peng
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.008
    录用日期: 2024-12-10

    根结线虫(RKNs)是造成全球经济损失最严重的植物寄生性线虫。新疆占中国陆地面积的六分之一,目前缺乏新疆蔬菜根结线虫发生、分布和遗传多样性的综合数据。因此,明确新疆根结线虫种类及其遗传多样性对制定全面的防控策略至关重要。在2021年至2023年期间,我们对新疆14地州86个县收集了130个样本进行了研究,旨在全面了解新疆蔬菜根结线虫的发生、分布、危害及其种类。通过形态学和分子生物学手段对新疆根结线虫的种类及其遗传多样性进行了研究。结果表明,在新疆哈密、吐鲁番、伊犁、巴州、和田、阿克苏、喀什和克州等地采集到的130个样本中检测57样本被根结线虫侵染,研究表明新疆蔬菜产区的根结线虫病害正在扩展。新疆蔬菜根结线虫的种类为南方根结线虫(Meloidogyne incognita)和北方根结线虫(M. hapla),其中南方根结线虫为优势种群。对南方根结线虫的COI区域进行系统发育分析,结果表明,中国新疆与中国东南部RKN种群之间存在显著进化和遗传差异。基于COI基因单倍型分析表明,南方根结线虫种群可划分为三大主要谱系:亚洲、欧美和非洲。我们研究发现南方根结线虫种群有显著的基因流发生其中从欧洲和美国向亚洲尤其是从中国东南部向新疆进行了漂移。我们研究结果表明,根结线虫对新疆蔬菜危害在持续加剧,实施有效的防控措施对缓解根结线虫的扩散至关重要。

  • Gang Shu, Jingyi Han, Yuanling Huang, Cong Huang, Liping Kong, Hongchang Li, Lu Zhao, Qijiang Tang, Jia Li, Yingnan Liu, Jingyi Liu, Hongjun Chen, Zongyan Chen
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.007
    录用日期: 2024-12-10

    鸡传染性法氏囊病(Infectious Bursal Disease, IBD)是一种由鸡传染性法氏囊病毒(Infectious Bursal Disease Virus, IBDV)引起的急性、高度传染性疾病,主要危害雏鸡。新型变异株的出现,加剧该疾病对家禽业可造成巨大的经济损失,但现无针对新型变异株的商品化疫苗。目前,免疫预防是控制该疾病的主要手段。本研究比较了用白油佐剂、MontanideISA 78 VGMontanideGel P和氢氧化铝佐剂以及无佐剂制备的新型变异株IBDV VP2亚单位疫苗的安全性和有效性,通过组织解剖、病理切片观察、抗体水平检测、组织病毒载量检测等试验,评估对各种佐剂制备的疫苗的保护作用。结果表明,本研究制备的IBDV VP2亚单位疫苗能够诱导特异性抗体的产生,抑制法氏囊萎缩并抵抗病毒攻击。在抗原量(IBDV)相同的条件下,MontanideISA 78 VGMontanideGel P和氢氧化铝佐剂制备的疫苗保护明显优于其他佐剂和无佐剂组,其中MontanideISA 78 VG和氢氧化铝佐剂制备的疫苗效果最好,MontanideISA 78 VG佐剂疫苗最稳定,MontanideGel P佐剂疫苗最容易制备。综上所述,在安全性优先的情况下,使用MontanideTM ISA 78 VGMontanideTM-Gel P和氢氧化铝佐剂可以提高雏鸡疫苗免疫的安全性和有效性,为后续IBDV的防治提供实验参考和理论依据

  • Kegu Ji’e, Falong Yang, Ai Ran, Yang Su, Taichun Gao, Lanmu-yi Gou, Shenglin Li, Zihan Xia, Keha-mo Abi
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.006
    录用日期: 2024-12-06
    Bocaparvovirus(博卡病毒)是细小病毒科博卡病毒属的成员,可能会引起新生动物严重腹泻等胃肠道症状。目的:本研究目的在于鉴定一株新的博卡病毒山羊博卡病毒,并对其进行全基因组和系统发育分析,了解流行病学意义。方法:利用PCR的方法从腹泻粪便样本中扩增山羊博卡病毒的全基因组。利用ORFfinder在线软件,对其全基因组序列进行病毒开放阅读框的预测,并使用BioAiderBioEdit软件对全基因组序列、NS1NPVP1基因进行同源性分析。RDP4.0 and SimPlot 3.5.1软件用于分析山羊博卡病毒与其他博卡病毒的重组情况。利用IQ-TREE1.6.12)软件,以最大似然法构建基于全基因组、NS1以及VP1基因的系统发育树。基于全基因组序列建立检测山羊博卡病毒的特异性PCR方法,并使用SPSS软件以卡方检验法对腹泻和非腹泻粪便样本的阳性率进行统计分析。结果:在腹泻山羊的粪便样本中,通过PCR成功获得了一株全长为5351个核苷酸的完整基因组,暂命名为CapBOV-SWUN,具有标准的博卡病毒基因组结构。与在野生动物Elaphodus cephalophus中发现的新型博卡病毒ECBOV-tdf70毒株具有87.77%的相似性。根据国际病毒分类委员会(ICTV)的标准,该毒株的NS1ECBOV-tdf70毒株的氨基酸一致性为91.2%,应共同归类为一个新物种。系统发育分析表明, CapBOV-SWUNECBOV-tdf70毒株聚为一个分支,遗传关系最近。山羊粪便样本的总体阳性率为32.2%132/410)。四川、湖南和重庆的山羊粪便样本阳性率分别为30.0%95/317)、40.0%16/40)和39.6%21/53),且腹泻山羊的感染率显著高于无症状山羊(P<0.05)。结论:本研究在山羊粪便样本中鉴定了一种新型博卡病毒,在中国三个省份中均被检测到,且腹泻粪便样本中的阳性率显著高于非腹泻粪便样本。创新性:本研究首次在山羊中鉴定山羊博卡病毒。发现山羊博卡病毒可能与山羊的腹泻相关,该毒株在山羊与野生动物Elaphodus cephalophus中具有跨物种传播的潜在可能性。证实山羊博卡病毒已在山羊中广泛流行,为该病毒的流行病学和遗传多样性提供了宝贵的见解。
  • Yuejun Zhang, Mengting Tao, Ruiling Wang, Zilin Shi, Peipei Li, Sijia Tang, Jian Sun, Xiaoping Liao, Yufeng Zhou
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.005
    录用日期: 2024-12-06

    作为一种重要的人畜共患病原菌,猪链球菌因其对抗生素的多重耐药性以及对猪群和人类健康构成的威胁而日益受到关注迫切需要有效的治疗策略。附属敏感性(collateral sensitivity是指细菌在对一种抗生素产生耐药性同时,对另一种抗生素的敏感性增强的现象,这一机制为应对细菌耐药性的进化提供了新的思路本研究通过实验室诱导成功获得了对11临床常见抗生素耐药的猪链球菌亚群,并详细描绘了抗生素耐药猪链球菌的附属敏感性图谱及其复杂的敏感性关联特征。结果表明,对环丙沙星耐药的猪链球菌在体内外均表现出对加米霉素的显著附属敏感性。同时,加米霉素能有效限制猪链球菌对氟喹诺酮类药物耐药性的进化,并缩小其突变选择窗(mutant selection windows, MSW)的范围。进一步的机制研究揭示,在环丙沙星药物压力下,耐药猪链球菌由于钾离子转运蛋白基因(ktrB和多药外排泵基因pmrA)的突变,导致菌株膜电位的改变和质子动力势(proton-motive force, PMF)依赖的外排泵功能降低,显著增加了抗生素在菌体的胞内积累,并最终导致了对加米霉素的附属敏感性。小鼠大腿感染的体内治疗结果进一步证实,基于附属敏感机制的加米霉素治疗方案对环丙沙星耐药猪链球菌感染具有更好的效、更低的药效学靶值和更高的治疗成功率。综上所述,本研究阐明了加米霉素对环丙沙星耐药猪链球菌产生附属敏感性的机制,为基于附属敏感机制设计耐药猪链球菌感染的治疗方案提供了新的思路。

  • Ming Li, Jingjing Wang, Jianan Wen, Juan J. Loor, Qianming Jiang, Jingyi Wang, Huijing Zhang, Yue Yang, Wei Yang, Bingbing Zhang, Chuang Xu
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.004
    录用日期: 2024-12-06
    奶牛是一种常见的代谢疾病,通常发生在泌乳早期,并且与血液中高浓度β-羟丁酸(BHB)有关。部分到达乳腺的BHB会被用作合成脂肪酸的前体。最近,非反刍动物研究表明,长链脂酰辅酶A合成酶4ACSL4)可能在细胞脂肪酸代谢的调节中发挥作用,但ACSL4在响应BHB时如何介导细胞脂质代谢的机制尚不清楚。为了明确这一问题,我们对牛乳腺活检组织和永生化的乳腺上皮细胞系(MAC-T)进行了体内和体外分析。体内研究(n = 6头牛/组)健康牛(血浆BHB < 0.60 mmol L-1)或患有酮牛(血浆BHB > 2.0 mmol L-1)进行乳腺组织活检。在体外实验中,MAC-T细胞分别接受了00.30.61.22.4 mmol L-1 BHB处理24小时,以确定BHB最佳处理剂量。随后,MAC-T细胞接受1.2 mmol L-1 BHB处理036122448小时。此外,MAC-T细胞还分别进行了ACSL4小干扰RNAsiACSL4)处理24小时或ACSL4过表达质粒(pcACSL4)处理36小时,之后用1.2 mmol L-1 BHB处理24小时。研究结果表明BHB处理后,乳腺组织和体外细胞实验中的脂肪合成相关的mRNA和蛋白质表达量均增加。BHB通过激活ACSL4表达增加了脂肪酸含量,而抑制ACSL4则减少了BHB引起的活性氧(ROS)过度产生、线粒体膜电位增强、脂肪酸含量增加以及脂滴积累。此外,通过过表达质粒提高ACSL4表达进一步明确了其在BHB刺激中的分子作用。ACSL4过表达增强了BHB引起的脂肪酸含量的增加和脂滴积累。总体而言,研究表明ACSL4BHB调控的脂肪酸合成过程中起关键作用。减少ACSL4表达会降低脂肪酸含量和脂滴积累,改善线粒体功能,促进脂肪酸氧化。本文首次报道了在外周血BHB浓度显著增加的时期,改变ACSL4丰度有助于调节乳腺上皮细胞中异常的脂肪酸代谢,从而为调控产后能量负平衡下乳脂代谢异常提供理论依据。


  • Chengzhi Jiao, Mingxing Wen, Xin Jing, Vanika Garg, Chuanqing Zhou, Liyang Chen, Fengfeng Xu, Chenyang Hao, Jin Xiao, Haiyan Wang, Rajeev K. Varshney, Xueyong Zhang, Xiue Wang
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.003
    录用日期: 2024-12-05

    黄淮海麦区是我国种植面积最大、产量最高的小麦主产区。在我国70年的育种历史中,黄淮海麦区小麦育种成绩突出,育成一系列高产、稳产、抗病品种,但目前对该区域小麦育种进程中组学层面的研究还不够系统。本研究利用55K SNP芯片(Affymetrix® Axiom® Wheat55K)对387份来自不同麦区的小麦种质进行基因型扫描,并整合了476份种质660K SNP芯片Affymetrix® Axiom® Wheat660K基因型数据和145份种质的重测序基因型数据,系统地分析了黄淮麦区小麦品种的产量、抗白粉病等性状的表型以及优异等位基因的分布规律。结果发现,黄淮麦区小麦品种的产量相关性状和白粉病抗性显著高于其他麦区品种;通过全基因组关联分析(genome-wide association studyGWAS)鉴定到了与产量和抗白粉病相关的数量性状遗传位点(quantitative trait nucleotidesQTN),这些性状的优异单倍型在黄淮麦区的累计频率显著高于其他麦区。发现产量和抗性共定位的一个位点,其中一个茉莉酸合成MFP-a基因与小麦籽粒发育和抗白粉病性均显著关联。通过同源一致性分析(identity by descentIBD)鉴定到了黄淮麦区育种正向选择、固定下来的基因组区段,可用来定向改良其他麦区的产量和抗病性状,以矮孟牛育种系谱为例,解析了重要育种骨干亲本形成的遗传学基础,为小麦分子育种提供了参考。

  • Yongchao Li, Mengmeng Sun, Rui Zhao, Jiayi Chen, Yunhao Chen, Shuqi Dong, Xiangyang Yuan, Xiaorui Li, Lulu Gao, Guanghui Yang, Peiyong Xin, Shujing Cheng, Jinfang Chu, Xiaoqian Chu, Jia-Gang Wang
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.002
    录用日期: 2024-12-05

    赤霉素在植物生长发育中起着重要作用。作物矮化主要与赤霉素合成或信号转导途径的突变有关。然而,对作物中与赤霉素合成和调控有关的基因知之甚少。本研究分离到一株极端矮化的然矮杆突变体dwarf4。基于BSA-seq,证实了由SiDWARF4编码的古巴焦磷酸合成酶CPS)在谷子GA生物合成过程中催化了牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸GGPP)向古巴焦磷酸CPP)的转化。在dwarf4中,CPS酶底物GGPP水平升高,导致GAs含量降低。外源GA3处理可以恢复dwarf4的异常表型。SiDWARF4敲除系表型与dwarf4一致。与对照Ci846相比,GGPP含量升高,GAs含量降低,与dwarf4的结果一致。研究结果对改良谷子株型和提高谷子种植密度具有一定的指导意义。

  • Xiajie Ji, Shirui Xu, Zongyao Wang, Haiming Han, Jinpeng Zhang, Shenghui Zhou, Baojin Guo, Xinming Yang, Xiuquan Li, Xiaomin Guo, Taiguo Liu, Lihui Li, Weihua Liu
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.001
    录用日期: 2024-12-05

    叶锈病是危害小麦生产的主要病害之一,栽培小麦广谱高抗叶锈病基因匮乏。小麦-冰草易位系2PT-5具有来自冰草2P长臂对小麦叶锈病广谱免疫的区段。为了准确定位抗叶锈病基因区段,本研究利用辐照诱导获得的小麦-冰草2P易位系TT-5TT-3TT-26分离群体进行叶锈菌接种鉴定,结合基因组原位杂交(GISH、分子标记检测和基因组重测序对抗叶锈病基因进行物理定位。将抗叶锈病定位区间由原来的82 Mb缩小至9.2 Mb,定位于2P长臂物理位置926.4~935.6 Mb区间目标区间内注释了64冰草特异基因,包含6典型抗病基因,其中2编码NLR蛋白的基因和2编码受体激酶基因响应叶锈菌的侵染。抗叶锈病基因目标区段的定位,为进一步克隆和解析转移到小麦中的这一广谱抗叶锈病基因奠定了重要的基础。

  • Ming Ma, Tingting Hao, Xipeng Ren, Chang Liu, Gela A, Agula Hasi, Gen Che
    Journal of Integrative Agriculture. https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.11.041
    录用日期: 2024-12-02

    甜瓜Cucumis melo是世界范围内重要的经济园艺作物。NAC(NAMATACCUC转录因子在植物生长和果实发育的各个阶段发挥着重要的转录调控作用,但在甜瓜中其基因功能知之甚少。本研究通过全基因组鉴定和生物信息学分析,甜瓜基因组中鉴定出78个含有完整且保守的NAM(no apical meristem)结构域的CmNAC家族基因。转录组数据分析和qRT-PCR结果显示,大多数CmNAC基因在甜瓜的营养器官或生殖器官中特异表达。我们通过遗传转化发现在甜瓜中过表达CmNAC34导致果实早熟,表明该基因对促进果实成熟具有正调控作用。通过酵母双杂交和双分子荧光互补实验,验证了CmNAC34CmNAC-NOR直接蛋白互作。CmNAC34CmNAC-NOR在甜瓜组织中的表达模式相似,亚细胞定位也表明它们均为核蛋白。我们在甜瓜中遗传转化CmNAC-NOR,发现其过表达同样导致果实早熟。酵母单杂交实验和双荧光素酶实验揭示CmNAC34蛋白可以结合两个GLY基因(Glyoxalase)的启动子这两个GLY基因参与脱落酸信号通路调控果实发育以上结果揭示了NAC家族转录因子的分子特征、表达谱功能模式,为CmNAC34调控呼吸跃变期果实成熟的分子机制提供了新的思路。