中国农业科学

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1. 基于广泛靶向代谢组学的葡萄种子代谢物鉴定与比较分析

生弘杰, 卢素文, 郑暄昂, 贾海锋, 房经贵

2023, 56 (7): 1359-1376. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.07.013

摘要（389）

HTML （39）

PDF （4037KB）（6782）

【目的】葡萄种子因富含多种代谢产物而具有较高生物活性。全面鉴定葡萄种子中代谢物组分，比较分析不同品种间代谢物差异，探讨葡萄种子代谢物与果皮颜色和品种起源之间的关系，为深入开发和利用葡萄种子提供参考依据。【方法】以紫红色欧美种葡萄‘巨峰’、浅红色欧亚种葡萄‘魏可’和黄绿色欧亚种葡萄‘黄意大利’成熟期种子为材料，利用超高效液相色谱串联质谱（UPLC-MS/MS）进行广泛靶向代谢组学分析，采用多元统计学等方法鉴定和比较代谢物。【结果】代谢组学数据质量好，组内样品重复性较好，组间样品存在差异。3个葡萄品种种子中共检测到514个代谢物，包括氨基酸、脂类等6类初生代谢物和原花青素、白藜芦醇等20类次生代谢物。不同品种间代谢物种类相似，但含量差异显著。大多数代谢物的相对含量在深色品种‘巨峰’种子中较高，在浅色品种‘魏可’种子中次之，在无色品种‘黄意大利’种子中较低，表明葡萄种子代谢物含量可能与果皮颜色呈正相关。‘魏可’和‘黄意大利’种子代谢物的相对含量较为相近，而均与‘巨峰’种子代谢物的相对含量差异较大，表明葡萄种子代谢物含量可能与品种起源有关。不同葡萄品种间的差异代谢物主要涉及苯丙烷生物合成、花青素合成和脂类代谢等途径。差异代谢物中酚类物质较多，且差异倍数最大的代谢物以类黄酮为主。葡萄种子中酚类和脂类物质种类非常丰富，除了单体黄烷-3-醇及其聚合物外，黄酮和黄酮醇等酚类物质的相对含量也较高；白藜芦醇在3个品种间没有显著差异；溶血磷脂酰胆碱等甘油磷脂含量较高，亚麻酸含量较低，不同品种间脂类物质的相对含量差异较小。【结论】不同葡萄品种种子中代谢物种类类似，但含量与果皮颜色和品种起源有关。酚类和脂类物质是葡萄种子代谢物的重要组分，可作为食品等加工行业的良好来源。

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2. 西瓜连作根际土壤微生物群落演替特征

郭晗玥, 王东升, 阮杨, 乔亦铸, 张芸滔, 李玲, 黄启为, 郭世伟, 凌宁, 沈其荣

2023, 56 (21): 4245-4258. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.21.009

摘要（294）

HTML （43）

PDF （3190KB）（6213）

【目的】研究连作对西瓜根际土壤中细菌、真菌群落构建和潜在功能的影响，明确根际微生物对环境变化的适应性，为西瓜连作障碍的生态防治和农田土壤的健康保持提供理论基础。【方法】以未连作（对照）、连作2茬和连作 6茬的西瓜根际土壤为研究对象，利用16S rRNA和ITS高通量测序技术解析西瓜连作对根际土壤细菌、真菌群落特征和演替的影响。【结果】随着连作茬次的增加，西瓜根际土壤中细菌多样性指数呈现先下降后上升趋势，真菌多样性指数显著下降。在细菌属水平，多茬次的连作降低了西瓜根际土壤中鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）和溶杆菌属（Lysobacter）的相对丰度；在真菌属水平，镰刀菌属（Fusarium）相对丰度随连作茬次增加呈增加趋势。与对照相比，连作的网络复杂度更高，但网络结构稳定性低。此外，相比于对照，连作6茬显著减少有害物质的生物降解途径以及氨基酸的代谢途径的相对丰度，并且在连作6茬后真菌群落中病原真菌相对丰度显著增多。在群落演替过程中，随机性过程主导连作下西瓜根际细菌群落构建，而确定性过程主导连作下西瓜根际真菌群落构建。【结论】连作引起根际细菌和真菌的群落特征、功能组成和演替过程变化，细菌群落关键功能的减少、病原真菌相对丰度的增加以及微生物群落网络稳定性的减小可能是导致西瓜连作障碍发生的重要因素。

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3. PPR蛋白响应植物非生物胁迫的研究进展

李程, 路凯, 王才林, 张亚东

2023, 56 (24): 4801-4813. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.24.001

摘要（584）

HTML （81）

PDF （499KB）（6121）

非生物胁迫是造成全球粮食减产的主要因素之一。研究植物逆境相关蛋白的功能及应答机制，对于提高作物抗逆性具有重要意义。三角状五肽重复（PPR）蛋白属于高等植物中最大的核编码蛋白家族，因其包含高度特异性的PPR基序而得名。依据基序类型及其排列，PPR蛋白可分为P和PLS两类，PLS类蛋白又可以根据其羧基末端的结构域进一步分为PLS、E、E+、DYW等亚类。PPR蛋白广泛分布于陆生植物中，主要定位于叶绿体和线粒体，亦有少数定位于细胞核中。作为序列特异性RNA结合蛋白，PPR蛋白参与植物RNA加工的多个方面，包括RNA编辑、RNA剪接、RNA稳定和RNA翻译。PPR蛋白在植物的整个生命进程中发挥多种重要作用，但对其在植物抗逆性中的作用机制还不清楚。本文在总结已有报道的非生物胁迫相关PPR蛋白定位和功能的基础上，重点综述了PPR蛋白参与调控植物非生物胁迫的作用机制（包括转录后调控和逆行信号），并对其进行讨论。转录后调控与PPR蛋白参与RNA转录后的修饰作用有关，其一般被认为通过结合RNA并调节细胞器RNA代谢来调控逆境相关基因的表达，从而影响植物抗逆性。逆行信号方面，PPR蛋白的损伤导致线粒体或叶绿体功能受损，然后产生各类逆行信号（如ROS），进而调控相关基因表达，抵御逆境。然而，由于质体中的逆行信号会受到许多环境因素的影响，这些因素部分还未明确，导致PPR蛋白在逆行信号中的作用机制仍有很多问题有待阐明。此外，PPR蛋白存在一因多效性，部分蛋白在作用于抗逆性的同时，还会对植物的生长和生殖产生重要影响。最后，本文阐述了利用PPR蛋白作为RNA编辑工具的研究现状，探讨了目前PPR蛋白响应植物非生物胁迫方面尚待解决的问题及研究前景，提出了未来研究仍需关注的重点和难点，为深入研究PPR蛋白的功能和作物非生物胁迫抗性育种提供参考。

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4. 机器学习在动物基因组选择中的研究进展

李棉燕, 王立贤, 赵福平

2023, 56 (18): 3682-3692. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.015

摘要（760）

HTML （67）

PDF （570KB）（5736）

基因组选择是指利用覆盖在全基因组范围内的分子标记信息来估计个体育种值。利用基因组信息能够避免因系谱错误带来的诸多问题，提高选择准确性并缩短育种世代间隔。根据统计模型的不同，基因组选择方法可大致分为基于BLUP（best linear unbiased prediction, BLUP）理论的方法、基于贝叶斯理论的方法和其他方法。目前应用较多的是GBLUP及其改进方法ssGBLUP。准确性是基因组选择模型最常用的评价指标，用来衡量真实值和估计值之间的相似程度。影响准确性的因素可以从模型中体现，大致分为可控因素和不可控因素。传统基因组选择方法促进了动物育种的快速发展，但这些方法目前都面临着多群体、多组学和计算等诸多挑战，不能捕获基因组高维数据间的非线性关系。作为人工智能的一个分支，机器学习是最贴近生物掌握自然语言处理能力的一种方式。机器学习从数据中提取特征并自动总结规律，利用该规律与新数据进行预测。对于基因组信息，机器学习无需进行分布假设，且所有的标记信息都能够被考虑进模型当中。相比于传统的基因组选择方法，机器学习更容易捕获基因型之间、表型与环境之间的复杂关系。因此，机器学习在动物基因组选择中具有一定的优势。根据训练期间接受的监督数量和监督类型，机器学习可分为监督学习、无监督学习、半监督学习和强化学习等。它们的主要区别为输入的数据是否带有标签。目前在动物基因组选择中应用的机器学习方法均为监督学习。监督学习可以处理分类和回归问题，需要向算法提供有标签的数据和所需的输出。近年来机器学习在动物基因组选择中的应用不断增多，特别是在奶牛和肉牛中发展较快。本文将机器学习算法划分为单个算法、集成算法和深度学习3类，综述其在动物基因组选择中的研究进展。单个算法中最常用的是KRR和SVR，两者都是通过核技巧来学习非线性函数，在原始空间中将数据映射到更高维的核空间。目前常用的核函数有线性核、余弦核、高斯核和多项式核等。深度学习又称为深度神经网络，由连接神经元的多个层组成。集成学习算法则是指将不同的学习器融合在一起进而得到一个较强的监督模型。近十年来，有关机器学习和深度学习的相关文献呈现了指数型的增长，在基因组选择方面的应用也在逐渐增多。尽管机器学习在某些方面存在明显的优势，但其在估计动物复杂性状基因组育种值时仍面临诸多挑战。部分模型的可解释性低，不利于数据、参数和特征的调整。数据的异质性、稀疏性和异常值也会造成机器学习的数据噪声。还有过拟合、大标记小样本和调参等问题。因此，在训练模型时需要谨慎处理每一个步骤。文章介绍了基因组选择传统方法及其面临的问题、机器学习的概念和分类，探讨了机器学习在动物基因组选择中的研究进展及目前存在的挑战，并给出了一个案例和一些应用的建议，以期为机器学习在动物基因组选择当中的应用提供一定参考。

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5. 饲喂柠条对滩羊血清指标及瘤胃、结肠菌群结构的影响

韩晶, 王小琪, 段子渊

2023, 56 (14): 2812-2827. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.015

摘要（199）

HTML （12）

PDF （1783KB）（5230）

【目的】研究日粮中含有10%柠条（Caragana korshinskii Kom.，CK）对滩羊血脂、免疫指标及瘤胃、结肠菌群的影响，为CK替代部分饲料饲喂滩羊提供理论依据。【方法】将12只平均初始体重相似的四月龄滩羊母羔（27.5±3.32 kg），随机分为两组，每组6只。对照组（NC）饲喂基础日粮（30%精料和70%苜蓿干草），试验组（CK）用10% CK替代等量苜蓿干草，自由饮水。两组日粮营养水平相似，CK的纤维含量略高于苜蓿。预试期10 d，正试期60 d。试验结束后采集颈静脉血样品用于检测血液生化指标（血脂因子及免疫因子）；采集瘤胃液、结肠内容物，提取DNA，并利用16S rRNA测序检测瘤胃、结肠内菌群群落多样性，并通过重组质粒，比如月形单胞菌属（Selenomona）、普雷沃氏菌属（Prevotella）、布劳特氏菌属（Blautia）、脱硫弧菌属（Desulfovibrio）、瘤胃球菌属（Ruminococcus）、拟杆菌属（Bacteroides），构建标准曲线，利用实时荧光定量PCR（qPCR）对重要菌属进行绝对定量检测。【结果】正试期结束时，两组滩羊的末重和日均采食量相似，无显著性差异；检测发现，相比于NC组，CK组滩羊体内脂质消化吸收和代谢状况的相关指标呈现不同程度降低，如CK组血清甘油三酯（TRIG）含量显著降低（P<0.05），极低密度脂蛋白（VLDL）含量极显著降低（P<0.01），低密度脂蛋白（LDL）含量有降低的趋势（0.05<P<0.1）。炎性因子和脂解因子白介素6（IL-6）浓度显著增加（P<0.05），炎性细胞因子干扰素γ（IFN-γ）浓度趋于降低（P=0.058）；CK组结肠细菌群落Shannon多样性指数极显著增加（P<0.01），瘤胃细菌群落Chao1指数趋于降低（0.05<P<0.1）；CK组瘤胃内颤螺菌属（Oscillospira）相对丰度趋向降低（P=0.07）；阿克曼菌属（Akkermansia）相对丰度显著降低（P<0.05）；结肠内碳水化合物降解相关菌拟杆菌属、有害菌密螺旋体属（Treponema）的相对丰度趋向降低（P=0.059，P=0.061），与肥胖、便秘、免疫相关的产丁酸菌颤螺菌属的相对丰度显著增加（P<0.05）；两组间瘤胃和结肠内细菌群落均在脂质代谢和其他次级代谢产物的生物合成能力上有显著差异（P<0.05）。皮尔森相关性分析表明，TRIG相对丰度与假丁酸弧菌（Pseudobutyrivibrio）等属（降解纤维也是产丁酸）的相对丰度呈显著正相关（P<0.05）。【结论】柠条部分替代苜蓿对滩羊生长性能无显著影响，但可以调节胃肠道菌群结构，通过改变胃肠道细菌菌群的组成降低了滩羊血液中TRIG、LDL和VLDL的浓度，参与了宿主的脂代谢过程。

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6. 小麦穗发芽抗性机制及抗性育种研究

董慧雪, 陈倩, 郭晓江, 王际睿

2024, 57 (7): 1237-1254. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.07.003

摘要（999）

HTML （69）

PDF （692KB）（5086）

穗发芽是禾本科作物籽粒在收获前于高湿环境下的穗上发芽现象，严重影响小麦的产量与品质。种子休眠水平是影响小麦穗发芽抗性的主要因素，而往往驯化作物的籽粒休眠水平低，导致栽培小麦普遍比其野生祖先种更易发生穗发芽。小麦穗发芽主要受外源环境（温度、湿度等）和内源植物激素（GAs、ABA、IAA、MeJA、ET、BR）的调控。已鉴定出一批抗穗发芽材料，并克隆了一系列调控穗发芽抗性的关键基因，如PM19、MFT、MKK3、Myb10-3D、Vp1等。通过分子标记辅助选择、人工合成小麦和CRISPR/Cas9基因编辑技术，已成功创制了抗穗发芽小麦新材料。本文综述了小麦穗发芽抗性的遗传机制及抗性育种研究的最新进展，未来仍需继续挖掘关键穗发芽抗性基因，以生物育种的方法培育抗穗发芽小麦新品种。

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7. 有机物料与化肥长期配施对小麦玉米轮作潮土细菌群落和酶活性的影响

张灵菲, 马垒, 李玉东, 郑福丽, 魏建林, 谭德水, 崔秀敏, 李燕

2023, 56 (19): 3843-3855. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.19.011

摘要（536）

HTML （42）

PDF （1745KB）（4483）

【目的】研究有机物料与化肥长期配施对土壤细菌群落和酶活性的影响，揭示土壤养分、胞外酶活性与细菌群落之间关系，为制定潮土区小麦玉米轮作制度下长期且合理的施肥策略提供理论依据。【方法】连续10年的定位试验，设置不施肥（NF）、单施化肥（NPK）、化肥配合秸秆还田（NPKS）、50%的化肥配施6 000 kg·hm^-2猪粪（NPKP）和50%的化肥配施6 000 kg·hm^-2牛粪（NPKC）等5个处理。【结果】（1）有机物料与化肥长期配施（NPKS、NPKP和NPKC）可显著提高土壤肥力和胞外酶活性，其中NPKC处理提升效果最为显著，土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷含量和碱性磷酸酶活性较NPK处理提升幅度为13.8%—15.4%、9.7%—15.5%、7.2%—15.9%、13.6%—38.5%和2.5%—13.1%。（2）有机物料与化肥长期配施显著改变了细菌群落结构和组成。与NPK处理相比，小麦季NPKS处理显著上调物种为Aggregatilinea和Parachlamydia，NPKP处理显著提高Pseudomonas、Nonomuraea和Flexilinea丰度，NPKC处理仅Luteitalea丰度显著升高。玉米季NPKS处理显著上调的物种为Phycisphaera和Syntrophothermus，NPKP处理显著提高Gemmatimonas丰度；NPKC处理Aquipuribacter和Desulfosoma丰度显著升高。（3）功能预测结果表明，长期有机物料与化肥配施较单施化肥对土壤碳、氮循环功能有促进作用，尤其NPKC处理对硝化作用、尿素溶解、芳香族化合物的降解、木聚糖分解、纤维素降解作用均有较强的影响。（4）蒙特尔分析表明，土壤pH是潮土细菌群落结构和生态功能的主要调控因素。【结论】有机物料与化肥长期配施（尤其是化肥配施牛粪）可提高土壤肥力和胞外酶活性，增加有益菌群丰度，显著改变细菌群落结构和组成，有利于碳、氮、磷循环，从而促进潮土形成适合作物和细菌生长的环境。

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8. 不同形态秸秆还田下乌栅土耕层土壤有机质含量与组成变化

陈硕桐, 夏鑫, 丁元君, 冯潇, 刘晓雨, Marios Drosos, 李恋卿, 潘根兴

2023, 56 (13): 2518-2529. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.13.007

摘要（285）

HTML （31）

PDF （1130KB）（4449）

【目的】基于田间试验，探讨不同形态秸秆还于稻田后耕层土壤有机质含量及其分子组成的动态变化，为秸秆资源化利用和稻田土壤固碳提供依据。【方法】选择江苏省常熟市某村的乌栅土稻田，选用新鲜未处理（CS）、过腹处理（CM）和炭化处理（CB）的玉米秸秆，于2015年6月以等碳量（10 t C·hm^-2）一次性还田，并以未还田处理作为对照（CK），分别于2015、2017和2019年水稻收获时采集耕层（0—15 cm）土样测定有机碳含量，并采用¹³C同位素丰度和生物标志物提取-GC/MS鉴定探析有机质组成变化。【结果】与CK相比，还田当年和2年后所有还田处理都显著提高了耕层土壤有机碳含量（8%—36%），但还田4年后，仅CB处理有机碳含量显著增加（24%），且增加的碳来源于施入的生物质炭。还田2年后，CS和CM处理土壤有机质中木质素酚丰度达到峰值，分别比CK增加了115%和66%；还田4年后，所有还田处理的植物源脂类的丰度均显著提高，相应地，植物源与微生物源脂类的丰度比（PL/ML）和生物标志物组分的多样性指数（H’）也显著提升。【结论】分子组成的变化可以用来判明不同形式秸秆还田下土壤有机质质量的变化；秸秆炭化还田比直接还田和过腹还田有利于稻田土壤固碳，且增强了植物源有机组分在土壤中的持留，提升了土壤有机质的分子多样性。

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9. 基于固定翼无人机多光谱影像的水稻长势关键指标无损监测

王伟康, 张嘉懿, 汪慧, 曹强, 田永超, 朱艳, 曹卫星, 刘小军

2023, 56 (21): 4175-4191. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.21.004

摘要（591）

HTML （43）

PDF （2299KB）（4159）

【背景】近年来随着遥感技术的快速发展，实时无损监测作物生长状况已成为当前研究热点，遥感获取的农情信息将为实现大面积作物精确管理提供指导。在众多遥感监测平台里，无人机因其操作简单、使用成本低等特点而受到广泛关注，无人机搭载多光谱相机可以快速获取作物的长势信息。【目的】尝试将固定翼无人机多光谱影像纹理信息与光谱信息结合，探究“图谱”信息对水稻长势指标的监测效果。【方法】通过开展两年涉及不同播期、品种、播栽方式、施氮水平的水稻田间试验，在水稻关键生育期使用固定翼无人机搭载Sequoia多光谱相机获取水稻冠层遥感影像，同步进行地上部破坏性取样以获取水稻叶面积指数（LAI）、地上部生物量（AGB）和植株氮含量（PNC）等农学指标，采用简单线性回归、偏最小二乘回归和人工神经网络回归算法，构建基于固定翼无人机多光谱影像的水稻长势指标监测模型，比较分析光谱纹理信息在不同模型中的监测效果。【结果】利用简单线性回归方法探究了植被指数（VI）、单波段纹理特征与水稻LAI、AGB和PNC间的定量关系，结果表明植被指数与LAI和AGB之间有较强的相关性，表现最好的植被指数为CIRE和NDRE，R²分别为0.80和0.76，但对于PNC的监测，植被指数并未达到理想的效果，表现最好的RESAVI和NDRE与PNC的决定系数仅为0.13。通过简单线性回归进一步发现单波段的纹理特征在对水稻生长指标的监测中表现并不理想；为进一步分析影像纹理对上述3个指标的监测效果，参照植被指数的构建方法构建了归一化纹理指数（NDTI）、比值纹理指数（RTI）和差值纹理指数（DTI），通过相关性分析发现新构建的纹理指数（TI）相较于单波段纹理特征对水稻生长指标的监测精度有所提升，但效果并未好于植被指数。为实现光谱与纹理间的结合，采用偏最小二乘和人工神经网络的建模方法，以VI、VI+TI为不同的输入参数组合进行水稻LAI、AGB和PNC的监测模型构建，结果表明采用偏最小二乘和人工神经网络的建模方法与简单线性回归相比模型的监测精度均得到了大幅提升，以VI+TI为输入变量，采用人工神经网络构建的模型在模型验证中取得了最佳效果，LAI模型的验证R²由0.75提升至0.86，AGB和PNC的模型验证R²也分别由0.72和0.26提升至0.92和0.86，同时模型的RMSE均显著降低。【结论】利用固定翼无人机采集水稻冠层多光谱影像，通过人工神经网络算法融合光谱和纹理信息能够有效提升水稻LAI、AGB和PNC的监测精度，该研究结果将为快速大面积作物长势监测提供理论依据。

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10. 基于转录组和WGCNA筛选丝瓜果长和果径发育调控相关基因

陈敏氡, 王彬, 刘建汀, 李永平, 白昌辉, 叶新如, 裘波音, 温庆放, 朱海生

2023, 56 (22): 4506-4522. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.22.012

摘要（453）

HTML （62）

PDF （3099KB）（4132）

【目的】鉴定丝瓜果长和果径发育基因共表达模块并筛选关键调控基因，为后续丝瓜果形控制的分子机制研究提供理论依据。【方法】以丝瓜9个发育阶段（开花前2 d以及花后0、2、4、6、8、10、15和20 d）果实为研究材料，测定各阶段的果长和果径，利用WGCNA方法联合分析转录组与果长和果径数据，鉴定与果长和果径发育相关的共表达基因模块，筛选关键调控基因。【结果】利用WGCNA鉴定出14个共表达模块，与果长和果径显著相关（相关系数的绝对值=0.9）的共表达模块有2个，显著正相关的模块为Turquoise模块，显著负相关的模块为Lightpink4模块。KEGG富集分析发现，Turquoise模块显著富集在内吞作用和苯丙烷生物合成通路，与果实膨大、伸长调控密切相关，可作为研究丝瓜果长和果径的关键基因模块。根据Turquoise模块内基因的连接度以及功能注释，筛选出10个关键调控基因，包括木葡聚糖内转葡糖基酶/水解酶基因XTH23、肌动蛋白解聚因子基因ADF2、伴侣蛋白基因DnaJ10、扩展蛋白基因（EXPA1、EXPA4和EXLA5）、驱动蛋白基因Kinesin-13A、生长素反应基因SAUR21和Aux/IAA11。RT-qPCR结果显示，10个调控基因的表达量均在果实进入快速生长期（花后8 d）后显著升高，增加倍数约为2—50倍。通过构建基因互作网络，发现部分调控基因与WRKY、bHLH和HSF转录因子家族存在互作关系。【结论】获得了丝瓜果长和果径基因共表达重要模块Turquoise模块，筛选到10个调控基因可作为丝瓜果形控制的潜在候选基因，并发现丝瓜果长和果径的发育调控主要涉及细胞壁的重构、细胞的发育与分化、生长素的调控等过程。

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11. 转录组和蛋白质组关联分析解析巴西蕉幼苗响应低温的分子机制

林蔚, 吴水金, 李跃森

2024, 57 (8): 1575-1591. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.08.012

摘要（240）

HTML （18）

PDF （6769KB）（4118）

【目的】低温是导致香蕉减产的主要自然灾害之一。基于转录组与蛋白质组关联分析参与香蕉抗寒的相关基因、蛋白及信号、代谢通路调控网络，探讨香蕉抗寒的分子机制。【方法】以巴西蕉为试材，在7 ℃低温下处理1 d（Cold1）和3 d（Cold3），以28 ℃培养的巴西蕉为对照（CK），基于笔者课题组前期获得的蛋白质组数据，利用转录组测序技术检测巴西蕉在低温胁迫下基因调控网络的变化，同时与蛋白质组学数据进行关联分析，共同解析巴西蕉响应低温胁迫的分子机制。【结果】转录组分析结果显示，Cold1 vs CK、Cold3 vs CK和Cold1 vs Cold3三个对比组分别鉴定出11 370、15 460和9 619个差异表达基因，对这些基因的KEGG富集分析发现，差异表达基因在光合作用信号、谷胱甘肽代谢、α-亚麻酸代谢途径和苯丙素生物合成等多个低温胁迫关键信号代谢通路中富集。对部分差异表达基因进行实时荧光定量（qRT-PCR）分析，其中DREB、MAPK和MYB等低温调控关键基因的表达量在低温处理后显著上升，所选20个基因的表达变化趋势与RNA-seq基本相符，证实了RNA-seq的准确性。转录组与蛋白质组关联分析结果显示，共鉴定到6 211个与转录本相对应的蛋白，转录组与蛋白质呈现正相关关系，共有105个转录本及其对应的蛋白表达量共同上调，有218个转录本及其对应的蛋白表达量共同下调。GO富集分析显示，差异表达基因和蛋白在光响应、叶绿体、氧化还原酶活性等功能大量富集。此外，对差异表达基因和蛋白KEGG通路的关联分析发现，低温处理抑制了苯丙素生物合成和光合作用信号途径相关基因及蛋白的表达，促进了α-亚麻酸代谢和谷胱甘肽途径的表达。【结论】运用转录组结合蛋白质组学技术绘制了基因和蛋白质水平上的香蕉抗寒调控网络，并发现香蕉响应低温的信号通路主要涉及光合作用信号、谷胱甘肽代谢、α-亚麻酸代谢途径和苯丙素生物合成等途径。

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12. 过表达拟南芥NPR1增强黄瓜对枯萎病和白粉病的抗性

冯向君, 王宏宇, 于静, 池春玉, 丁国华

2023, 56 (14): 2701-2712. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.006

摘要（314）

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PDF （2293KB）（4093）

【背景】黄瓜易感多种病害，特别是枯萎病和白粉病，化学药物防治虽然有效但因残留高和不易降解而被限制使用，培育广谱、持久抗病的黄瓜品种是解决这一难题的根本策略。病程相关基因非表达子1（nonexpressor of pathogenesis- related genes 1，NPR1）是系统获得性抗性（systemic acquired resistance，SAR）中的关键调控因子，参与调控多种防御相关基因的表达，影响植物的抗病能力。【目的】在黄瓜中过表达AtNPR1，探究转基因黄瓜对枯萎病和白粉病的抗性，为培育抗病能力更强、更持久的黄瓜品种提供试验依据。【方法】通过克隆拟南芥AtNPR1，构建AtNPR1过表达载体，利用农杆菌介导法转化黄瓜，获得过表达AtNPR1的转基因黄瓜植株，利用实时荧光定量PCR方法测定转基因植株中相关防御基因的表达量。选择T₀代转基因植株进行枯萎病的抗性鉴定，T₁代转基因植株进行白粉病的抗性鉴定，测定转基因植株接种枯萎病菌（Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum）和白粉病菌（Golovinomyces cichoracearum）后，超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、过氧化物酶（peroxidase，POD）、过氧化氢酶（catalase，CAT）等抗氧化酶活性变化及丙二醛（malondialdehyde，MDA）、活性氧（reactive oxygen species，ROS）含量的变化。【结果】成功获得8株T₀代转基因植株，OE#4和OE#5为AtNPR1高表达植株，OE#3为AtNPR1低表达植株；通过对转基因植株中相关防御基因的表达量分析发现，过表达AtNPR1的转基因植株中多个相关防御基因表现更强、更快的表达，并且防御基因的表达量与AtNPR1在转基因植株中的表达量呈正相关。其中，PR1、PR4和WRKY70的表达量上调极为显著。转基因植株的抗病性鉴定结果表明，在枯萎病和白粉病的胁迫下，转基因植株表现出更显著的抗性，发病缓慢、症状轻微，病斑面积显著低于野生型（WT）植株。转基因T₀代植株OE#4和OE#5在接种枯萎病菌3 d后未出现明显病斑，接种7 d后出现灰褐色病斑，但未呈现萎蔫等状态；WT植株在接种3 d时出现灰褐色病斑并且轻微萎蔫，7 d时叶片出现严重萎蔫。接种白粉病菌7 d后，T₁代植株OE#2和OE#7和WT植株均出现病斑，但OE#2和OE#7植株病斑面积显著低于WT植株；接种15 d后WT植株出现叶片黄化失绿，而转基因植株OE#2和OE#7病情较轻。与WT植株相比，接种病原菌后，转基因植株中MDA含量较低，SOD、POD、CAT活性保持较高水平，ROS含量累积较少。【结论】黄瓜中过表达AtNPR1可以提高黄瓜对枯萎病和白粉病的抗性。

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13. 免疫沉淀联合LC-MS/MS筛选猪肝星状细胞中葡萄糖调节蛋白GRP94的互作蛋白

王枭鸿, 邢明杰, 顾宪红, 郝月

2023, 56 (15): 3020-3031. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.015

摘要（170）

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PDF （1627KB）（4005）

【背景】随着规模化、集约化生产程度的不断提高，养殖过程中饲养空间受限、冷热环境不适等因素常使猪处于应激状态。内质网应激（endoplasmic reticulum stress, ERS）可能是最早期的应激反应，与细胞凋亡、代谢等方面有密切联系。肝脏是机体的主要代谢器官，猪养殖过程中由于人工操作（如断奶）、饲料霉变、温度变化和吸入有害气体等因素都会造成猪肝脏的ERS，不仅会造成肝脏损伤，还会引发肝脏的脂肪代谢紊乱和广泛的炎症反应，影响生产性能和繁殖性能。因此，深入探讨缓解ERS的有效措施，有助于减少猪养殖过程中的隐性损失。【目的】利用免疫沉淀联合质谱技术，从猪肝星状细胞中筛选在ERS条件下与葡萄糖调节蛋白94（GRP94）相互作用的细胞蛋白，为进一步探讨GRP94对猪肝星状细胞生物学功能的保护作用机理奠定基础。【方法】首先将GRP94抗体固定在谷胱甘肽亲和磁珠上，用亲和磁珠与ERS条件下或正常条件下猪肝星状细胞总蛋白进行孵育，与GRP94诱饵蛋白结合的蛋白复合物洗脱收集后，进行SDS-PAGE凝胶电泳验证。将验证成功的样品洗脱液进行液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）检测，鉴定出正常条件和ERS条件下GRP94的互作蛋白。运用生物信息学在线软件对筛选的互作细胞蛋白进行 GO 富集、KEGG 信号通路注释和蛋白互作网络分析，并对其中的互作蛋白之一波形蛋白（vimentin）进行免疫共沉淀验证。【结果】筛选到正常条件下与GRP94存在互作关系的蛋白146个，ERS条件下与GRP94存在互作关系的蛋白76个，在两种情况下都存在互作关系的蛋白44个。ERS条件下有互作关系的76个蛋白质主要参与凋亡过程负调控、肽段交联、泛素依赖型ERAD（endoplasmic reticulum associated degradation）过程和过氧化氢分解代谢等过程。其中参与凋亡过程负调控的GRP94互作蛋白有albumin、catalase、filament A、heat shock protein family A member 5、keratin 18和prohibin 2，说明GRP94可能与这些蛋白共同发挥抗凋亡作用。除此之外组成中间丝纤维的vimentin蛋白参与多个GO富集的通路，可能与GRP94有重要的互作关系。进一步的免疫共沉淀试验也证实，ERS条件下vimentin和GRP94之间确实存在互作关系。此外，某些ERS条件下特异性表达的GRP94互作蛋白（如peroxiredoxin、death inducer obliterator 1、catalase、glandular kallikrein、pyruvate kinase等）与抗凋亡有密切联系。【结论】 ERS条件下，猪肝脏GRP94互作蛋白主要参与抗凋亡、对未折叠蛋白进行折叠和维护细胞内稳态相关的信号通路。该结论为下一步开展GRP94参与肝脏ERS调控机制的研究打下基础。

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14. 棉花功能基因图位克隆的研究进展

臧新山, 王康文, 张先亮, 王雪平, 王军, 梁雨, 裴小雨, 任翔, 吕宇龙, 高宇, 王星星, 彭云玲, 马雄风

2023, 56 (23): 4635-4647. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.23.006

摘要（238）

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PDF （556KB）（3903）

图位克隆是鉴定特定表型变异遗传基础的经典有效策略。棉花功能基因图位克隆，对育种工作者创新利用种质资源、培育和定向设计新品种、提高育种效率有重要指导作用。近年来，随着雷蒙德氏棉、亚洲棉、陆地棉和海岛棉等基因组测序的完成和不断完善，基因的物理位置信息已知，省去了筛选基因组文库和构建候选区段物理图谱的过程，棉花功能基因图位克隆研究进入快速发展期。2016年，利用正向遗传学方法首次图位克隆了陆地棉显性无腺体Gl₂^e（GoPGF），目前已有20个质量性状基因和5个数量性状基因通过图位克隆策略鉴定。本文从基因符号、名称、染色体定位、候选基因等方面系统综述棉花纤维、腺体、蜜腺、叶型、株型、植株颜色、育性等性状相关图位克隆基因；并从图位克隆作图群体和集团分离分析法测序（bulked segregate analysis-sequencing，BSA-seq）应用等方面系统综述图位克隆策略。随着基因组测序技术的升级、测序成本的降低、BSA-seq等新方法的应用，图位克隆发展更加快速准确。利用转基因和基因组编辑技术对基因功能开展全面系统的鉴定评价，将为棉花分子设计育种提供理论基础和基因资源，加快棉花遗传改良进程。

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15. 基于转录组分析花生单粒精播与多粒穴播植株荚果产量差异的分子机制

杨莎, 刘珂珂, 刘颖, 郭峰, 王建国, 高华鑫, 孟静静, 张佳蕾, 万书波

2023, 56 (22): 4386-4402. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.22.003

摘要（310）

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PDF （5928KB）（3898）

【目的】在中国，为保证出苗率及播种质量，田间常采用多粒播种。然而，多粒穴播植株间的竞争往往限制了植株的生长和最终产量。为了解决这一矛盾，团队前期研究建立了单粒精准播种的高产栽培技术。单粒精播技术的节种作用和增产效果结合起来能够带来更大的效益，实现节本增效。挖掘不同种植方式花生叶片、根系及荚果中的差异表达基因，探讨单粒精播栽培技术提高花生荚果产量的分子机制，为进一步推动花生高产高效提供理论依据和技术支撑。【方法】以花生品种花育25号为试材，测定单粒精播和多粒穴播种植产量相关指标，分别取花生开花后30 d倒三叶和主根及侧根、鸡头幼果期花生荚果进行转录组测序，从分子水平阐述不同播种方式花生产量的差异。【结果】与多粒穴播相比较，单粒精播种植方式下花生单株荚果数、单株饱果数、单株果重、经济系数均显著提高。转录组数据组装后，平均每库包含4 430万个读数。通过不同比较组合中差异表达基因、GO和KEGG通路分析，与多粒穴播相比较，单粒精播种植植物叶片中参与赤霉素信号传导、光信号传导等过程的转录因子及光系统Ⅱ放氧复合体、叶绿体膜、氧化还原反应等光合作用相关基因表达量升高；根系中生物胁迫和非生物胁迫诱导的苯丙素代谢途径相关基因包括细胞色素P450基因、氧化还原基因、胁迫反应转录因子和信号调节蛋白显著富集。荚果发育初期淀粉和蔗糖代谢基因显著富集，更加有利于花生荚果发育过程中籽仁充实。【结论】花生叶片中光合相关基因表达上调能够促进光合效率提升，与产量的增加密切相关；单粒精播提高了根系抗生物和非生物胁迫的能力，结合荚果发育初期能量物质相关基因表达上调均有利于地下部花生荚果的发育，提高花生产量。

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16. SDE-GC-MS结合OPLS-DA分析不同生态区谷子品种香气特征

李少辉, 赵巍, 刘松雁, 李朋亮, 张爱霞, 刘敬科

2023, 56 (13): 2586-2596. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.13.012

摘要（233）

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PDF （1889KB）（3862）

【背景】我国谷子产地分为4个地区，包括东北平原地区、华北平原地区、内蒙古高原地区和西北地区，谷子区域试验旨在筛选具有良好遗传性状的种质资源。但是，良好的生长遗传性状和米粒外观表型未必具有良好的烹饪品质和香气特征，特别是香气特征在很大程度上影响了其生产和下游产业。蒸馏萃取（simultaneous distillation extraction，SDE）是一种预处理手段，可模拟煮粥的过程，适合于谷子的香气分析。【目的】明确不同生态区谷子种质资源香气特征，推动感官导向型育种-加工产业实践。【方法】采用同时蒸馏萃取-气相色谱-质谱联用法（simultaneous distillation extraction-gas chromatography-mass spectrometry,SDE-GC-MS）结合香气活性值法（odor activity value，OAV），分析我国华北、东北、西北和内蒙古4个生态区谷物香气成分差异。【结果】SDE-GC-MS分析结果表明4个生态区12个谷子品种共检测出81种挥发性物质，包括醛类25种，醇类6种，酚类4种，酮类11种，碳氢11种，含苯衍生物13种，酸类4种，其他7种。对比检测结果发现，不同地区中挥发性物质的种类基本相似，但各成分相对含量有所不同。对37种挥发性成分特征进行了香气描述，并结合香气活性值确定了12个谷子品种有23个OAV>1的有贡献的香气化合物。通过正交偏最小二乘法判别分析（orthogonal partial least squares discrimination analysis，OPLS-DA）建立谷子区试的有效判别模型，将12个谷子品种划分为3类，筛选出18种VIP（variable importance in projection）大于1的化合物：2,4-癸二烯醛、(E,E)-3,5-辛二烯-2-酮、2-(2-丙烯基)-呋喃、己醛、2-戊基呋喃、2-乙酰基噻唑、庚醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、3,5-辛二烯-2-酮、(E)-3-壬烯-2-酮、苯甲醛、十四酸、2-戊基呋喃、(Z)-2-庚烯醛、庚醇、2-甲氧基-苯酚、乙基苯、十六酸甲酯，可用于区分不同样品之间的差异。【结论】SDE-GC-MS结合OAV鉴定分析了我国不同生态区谷子风味成分及关键香气特征化合物，OPLS-DA模型筛选了区分不同样品及生态区谷子风味差异的18种VIP化合物，研究结果为了解我国不同地区种植谷子风味特征的差异，以及以此为基础开展风味导向型谷子品种选育与种植加工提供了数据参考。

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17. 甘薯苗期氮高效利用性状的GWAS分析及候选基因的筛选与验证

于永超, 范文静, 刘明, 张强强, 赵鹏, 靳容, 王静, 朱晓亚, 唐忠厚

2023, 56 (18): 3500-3510. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.002

摘要（303）

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PDF （1426KB）（3644）

【目的】解析甘薯氮高效利用的遗传机制，挖掘氮利用性状的关联位点及氮高效候选基因，为甘薯氮高效型分子育种、品种遗传改良提供支持。【方法】以来自世界各地的129个甘薯栽培种为材料，设置缺氮（0 mmol·L^-1纯氮）和正常氮（14 mmol·L^-1纯氮）处理，采用水培试验对甘薯苗期地上部生物增加量、地下部生物增加量、地上部氮累积量、地下部氮累积量、地上部氮生理利用效率和地下部氮生理利用效率共6个表型性状进行基于混合线性模型（mixed linear model，MLM）的全基因组关联分析（genome-wide association study，GWAS）。根据分析结果确定氮高效候选基因，并对候选基因进行RT-qPCR验证。【结果】6个甘薯苗期氮高效利用性状在正常氮和缺氮处理条件下存在着广泛变异。其中，缺氮处理条件下，地上部生物增加量变异系数最大，为69.5%；地下部氮生理利用效率变异系数最小，为12.1%。除地下部氮生理利用效率外，其他5个性状彼此均显著相关。GWAS定位到与地上部生物增加量、地下部生物增加量、地下部氮累积量和地上部氮生理利用效率4个性状显著关联的134个区段内888个SNP位点。筛选、过滤得到与地上部氮生理利用效率显著关联且可靠性较高的10个区段内的93个SNP标记，基因注释得到6个甘薯氮高效候选基因。RT-qPCR验证认为3个候选基因（itf01g08120.t1、itf01g22030.t1和itf01g22100.t2）分别编码谷氨酸脱氢酶、NPH3蛋白和TIP41-like蛋白，具有进一步研究价值。【结论】在129份甘薯种质资源中共检测到888个与甘薯苗期氮高效利用性状关联的SNP位点，其中，与地上部氮生理利用效率显著相关的SNP位点93个，筛选、鉴定到6个甘薯氮高效利用的候选基因。itf01g08120.t1、itf01g22030.t1和itf01g22100.t2存在进一步研究价值。

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18. 亚洲棉短纤维发育相关长链非编码RNA的鉴定及表达

王晓阳, 彭振, 邢爱双, 赵盈睿, 马欣丽, 刘方, 杜雄明, 何守朴

2023, 56 (23): 4565-4584. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.23.002

摘要（276）

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PDF （4587KB）（3506）

【目的】长链非编码RNA（long non-coding RNAs，lncRNAs）是一类无蛋白质编码能力，但参与许多重要生命活动调控过程的长度大于200 nt的RNA。通过对亚洲棉无短纤维突变体（GA0149）和野生型（GA0146）纤维发育早期的转录组数据进行分析，挖掘调控短纤维发育的lncRNA，并明确其调控网络，为进一步解析棉花纤维发育机制奠定基础。【方法】选择GA0146和GA0149 2个材料在开花后当天（0 DPA）及花后3 d（3 DPA）、5 d（5 DPA）和8 d（8 DPA）的胚珠和纤维为材料进行转录组测序。鉴定lncRNA并预测其调控的靶基因；通过mRNA和lncRNA的差异表达分析，比较2个材料在不同纤维发育时期的差异。进一步利用KOBAS软件预测对差异lncRNA的靶基因进行富集分析并预测其参与的生物过程；最后通过实时荧光定量（RT-qPCR）技术对25个差异表达的lncRNA转录组数据进行验证。【结果】共鉴定获得15 339个lncRNA，其中11 595个lncRNA位于基因间区，包括2 428个反义lncRNA、350个内含子lncRNA及966个正义lncRNA。共有1 932个差异表达lncRNA（DE-lncRNA），它们所对应的8 134个靶基因中，有788个为差异表达基因（DE-mRNA）。KEGG代谢通路富集分析表明，DE-mRNA主要参与植物激素信号转导（plant hormone signal transduction）和内质网中蛋白质加工过程（protein processing in endoplasmic reticulum）。共表达调控网络分析显示，表达量差异比较显著的lncRNA（MSTRG.454250.3）和其所调控的靶基因表达趋势一致，仅在野生型（GA0146）短纤维发育早期胚珠中特异表达；而lncRNA（MSTRG.454261.4）与其调控的靶基因表达趋势相反，在突变体（GA0149）中的表达量显著高于野生型。RT-qPCR结果证实了转录组数据的真实性。【结论】鉴定了26个与亚洲棉短纤维发育相关的lncRNA，其通过调控植物激素信号转导途径相关的吲哚乙酸合成酶基因（Ga03G2421）和生长素响应蛋白基因（Ga05G1344）的表达而影响短纤维的发育。

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19. 基于转录组测序筛选与柚裂果相关的基因

卢艳清, 林燕金, 王贤达, 卢新坤

2023, 56 (20): 4087-4101. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.20.013

摘要（232）

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PDF （1114KB）（3396）

【目的】柑橘类果实生长季节内出现的裂果现象是一类生理失调病害，然而目前尚未完全揭示柑橘类果实裂果的分子机理。本研究通过对文旦柚抗裂和易裂品种果皮转录组的比较分析，筛选果实抗裂相关基因。【方法】以抗裂品种（‘度新1号文旦柚’）的正常果（此品种无裂果），以及易裂品种（‘度尾文旦柚’）的正常果和裂果为材料，果实均取自两个时期（时期A：2021年8月3日;时期B：2021年8月20日，裂果敏感期）。取果实果顶部位的果皮（以果顶为中心，30 mm半径范围内的果皮）用于转录组测序。【结果】将易裂品种裂果果皮与两品种正常果果皮转录组进行比较分析，在时期A共筛选到1 660个差异基因，易裂品种裂果果皮与两品种正常果果皮间相同的差异基因104个;在时期B共筛选到1 972个差异基因，易裂品种裂果果皮与两品种正常果果皮间相同的差异基因82个。对易裂品种裂果果皮与两品种正常果果皮间所有差异基因的GO富集分析结果显示：在生物学过程分类中，两个时期均富集到差异基因的主要亚类包括代谢过程、细胞过程、单生物过程、生物调控、刺激响应和信号。对易裂品种裂果果皮与两品种正常果果皮间所有差异基因的代谢通路分析结果显示：两个时期均富集到差异基因的主要代谢途径包括碳代谢、植物MAPK信号途径、植物激素信号转导和内质网蛋白过程，这些代谢途径富集的差异基因也最多。发现了一些与果实抗裂能力相关的重要基因：两品种正常果果皮扩张蛋白-A1基因表达量均显著高于易裂品种裂果果皮，两个时期结果一致;在时期A，两品种正常果果皮类钙调磷酸酶蛋白B亚基基因表达量显著高于易裂品种裂果果皮，但在时期B无显著差异;易裂品种裂果果皮热激转录因子、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、生长素响应蛋白和脱水响应元件结合蛋白基因表达量显著高于两品种正常果果皮，两个时期结果一致。【结论】与果皮弹性、水分运动、高温和水分亏缺逆境响应相关的基因是调控文旦柚果实抗裂能力的关键基因。

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20. 长期施有机肥对设施番茄土壤稀有和丰富细菌亚群落的影响

刘蕾, 史建硕, 张国印, 郜静, 李玭, 任燕利, 王丽英

2023, 56 (18): 3615-3628. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.010

摘要（314）

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PDF （1914KB）（3276）

【目的】将稀有和丰富细菌亚群落从整体群落中加以区分并探索两者分别对长期施肥的响应特征，为解析农业活动对微生物多样性与土壤功能稳定性之间的关系提供新视角。【方法】基于设施番茄长期定位试验，采集4个不同处理土壤样品：不施肥（M0）、低量有机肥5.68 t·hm^-2（M1）、中量有机肥8.52 t·hm^-2（M2）和高量有机肥11.36 t·hm^-2（M3），利用Illumina MiSeq高通量测序技术，分析稀有和丰富细菌亚群落多样性、群落组成、共现网络和潜在功能差异，阐明两者对长期施肥的响应规律，并探讨驱动稀有和丰富细菌亚群落多样性和施肥响应差异的关键环境因素。【结果】稀有细菌亚群落α和β多样性均显著高于丰富细菌亚群落，且物种组成和潜在功能也与丰富细菌差异明显。功能预测结果显示丰富细菌负责设施农田主要生态系统功能，如养分和能量代谢，而稀有细菌更多体现在辅助功能上（例如辅酶代谢），为微生物群落功能冗余做出贡献。不同细菌亚群落多样性和组成对长期施肥响应差异较大，其中，与不施肥相比，长期施用有机肥和化肥使稀有细菌亚群落丰富度显著提高19.8%—53.8%、多样性显著提高5.8%—8.0%，总相对丰度显著提高1.1—1.2倍，改变稀有细菌亚群落组成和结构，并且随着有机肥施用量增加，稀有细菌丰富度显著提升，亚群落组成和结构也发生显著变化；与之相比，长期施肥并未显著改变丰富细菌亚群落多样性，仅群落组成受到影响。同时，细菌共现性网络复杂度随有机肥施用显著增加，且稀有细菌更敏感。非度量多维度分析（NMDS）和Mantel检验结果均显示，影响稀有和丰富细菌亚群落的关键环境因子不同，其中，土壤有机质、全量氮磷有效磷、速效钾、pH、大中团聚体等多种与确定性过程相关的土壤因子显著影响丰富细菌亚群落，结构方程模型（SEM）进一步显示土壤有机质和全磷直接驱动丰富细菌多样性变化；而稀有细菌亚群落受环境过滤的影响程度明显下降，且群落分散性更强，暗示两种亚群落构建机制可能存在差异。【结论】与丰富细菌和整体群落相比，稀有细菌亚群落呈现更高的多样性和独特的群落组成，提高微生物群落功能冗余；长期施肥主要通过影响稀有细菌（即提高多样性、改变群落组成、增加网络复杂度）而非丰富细菌，从而改变细菌整体群落，并且介导稀有和丰富细菌亚群落构建的环境因素也不相同。

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21. 李小食心虫GfunOBP2的原核表达及气味配体结合特性

年和粉, 张钰析, 李伯辽, 陈秀琳, 罗坤, 李广伟

2023, 56 (12): 2302-2316. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.12.006

摘要（224）

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PDF （2834KB）（3271）

【目的】通过测定李小食心虫（Grapholita funebrana）Plus-C气味结合蛋白2（odorant binding protein，GfunOBP2）结合性信息素和苹果树挥发化合物的能力，分析GfunOBP2的嗅觉功能，为阐释李小食心虫定位寄主植物的嗅觉分子机理打下基础。【方法】利用RT-PCR扩增GfunOBP2的ORF序列，通过同源注释和比对氨基酸序列中半胱氨酸（Cys）的分布模式确定GfunOBP2属于Plus-C OBP亚家族；利用RT-qPCR检测GfunOBP2在李小食心虫3日龄成虫触角、头、胸、足、翅、腹部和性腺中的相对表达量；构建pET30a(+)/GfunOBP2原核表达载体，在大肠杆菌（Escherichia coli）BL21(DE3)细胞中表达GfunOBP2重组蛋白。利用荧光竞争结合试验测定重组GfunOBP2蛋白对5种性信息素和35种苹果树挥发化合物的结合能力；通过分子对接预测GfunOBP2与具有强结合能力的气味配体的相互作用力及关键氨基酸残基。【结果】克隆获得GfunOBP2（GenBank登录号：OQ054799.1）的全长序列，共编码183个氨基酸，氨基酸序列中有12个保守的Cys，其分布模式表明GfunOBP2属于Plus-C OBP。GfunOBP2主要在成虫触角中表达，在雄虫触角中的相对表达量显著高于雌虫触角（P<0.05）。重组GfunOBP2蛋白对反-2-己烯-1-醇、苯甲醇、1-庚醇、1-癸醇、己醛、庚醛、乙酸-顺-3-己烯酯、2-甲基丁酸叶醇酯、α-罗勒烯、β-石竹烯、α-蒎烯和柠檬烯具有强结合能力，抑制常数K_i均小于5.0 μmol·L^-1。分子对接结果显示氢键、Donor-Donor相互作用和烷基相互作用是GfunOBP2结合反-2-己烯-1-醇、1-庚醇和1-癸醇的主要弱相互作用力，氢键和碳氢键是GfunOBP2结合乙酸-顺-3-己烯酯和2-甲基丁酸叶醇酯的主要弱相互作用力，烷基相互作用是GfunOBP2结合α-罗勒烯和β-石竹烯的唯一弱作用力。疏水性氨基酸Ile、Pro、Phe、Ala、Leu和Val在GfunOBP2结合气味配体中起着重要作用。【结论】GfunOBP2主要在李小食心虫成虫触角中表达，重组GfunOBP2蛋白对被测的35种苹果树挥发化合物中的12种具有强结合能力、对10种化合物具有中等结合能力，表明其在识别寄主植物挥发化合物的过程中起着重要作用。研究结果为证实Plus-C OBP参与李小食心虫外周嗅觉通讯提供了理论依据。

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22. 我国农村能源碳排放时空格局、影响因素及空间溢出效应

田云, 尹忞昊, 张蕙杰

2023, 56 (13): 2547-2562. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.13.009

摘要（289）

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PDF （666KB）（3268）

【目的】基于当前“双碳”战略的大背景，厘清农村能源碳排放现状特征、时空格局及其影响因素，为有效推进农村低碳发展提供重要支撑。【方法】利用碳排放因子法对我国农村能源碳排放进行有效测度并分析其时空特征；而后运用自相关模型对其空间关联格局进行探讨；最后通过STIRPAT扩展模型的引入剖析影响其强度变化的主要因素并分析空间溢出效应。【结果】我国农村能源碳排放总量整体处于持续上升态势，2019年比2005年增加了77.55%，从成因来看主要归结于农村居民生活能源消费量的增加；农村能源碳排放强度在考察期内略有上升，虽存在一定年际起伏但总体波动较小。2019年农村能源碳排放量存在明显的省际差异且以河北居首宁夏最末，相比2005年仅有5个省（市、区）整体处于下降趋势；2019年农村能源碳排放强度以北京居首而海南处于最后一位，后者甚至不及前者1/10。2008年以来我国农村能源碳排放既表现出明显且稳定的空间依赖性，同时也存在局部空间聚类现象，其中高-高集聚型省份数量较少且相对稳定，而低-低集聚型省份数量较多,且处于增长态势。在社会层面因素中，农村富裕程度提升会导致农村能源碳排放强度增加,而农业技术进步与农村劳动力结构变量却能起到抑制作用，其中仅农村富裕程度表现出了空间溢出效应且作用方向为负。在经济层面因素中，农村金融集聚度与农业发展水平的提升均导致了农村能源碳排放强度的增加，同时二者都具有空间溢出效应且前者作用方向为正后者为负；而农业财政投资虽不存在直接效应但却表现出了负向的空间溢出效应。在产业层面因素中，农业产业集聚度提升会导致农村能源碳排放强度增加，但同时却也呈现出了负向的空间溢出效应。【结论】我国农村能源碳排放总量、强度整体均呈上升趋势，同时省际差异明显；我国农村能源碳排放表现出了明显的空间依赖性与空间异质性；农村能源碳排放受社会、经济以及产业等三个层面因素的共同影响。

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23. 马铃薯StCYP83基因家族鉴定及其抗晚疫病的功能分析

孔乐辉, 宗德乾, 史青尧, 殷盼盼, 巫文玉, 田鹏, 单卫星, 强晓玉

2023, 56 (16): 3124-3139. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.16.007

摘要（330）

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PDF （4898KB）（3180）

【目的】通过鉴定马铃薯StCYP83基因家族成员，分析其响应致病疫霉（Phytophthora infestans）侵染的表达模式，挖掘具有抗晚疫病功能的StCYP83并解析其免疫机制，为马铃薯抗晚疫病分子育种提供新型抗性基因资源。【方法】利用双向BLAST法鉴定StCYP83基因家族成员，通过ExPASy Prot Param、Cell-Ploc 2.0、ESPript等软件分析StCYP83蛋白序列基本信息、亚细胞定位情况、保守基序；利用qRT-PCR技术分析StCYP83响应致病疫霉侵染的表达模式；利用农杆菌介导的本氏烟瞬时表达体系和马铃薯过表达（OE）稳定转化植株分析候选基因影响寄主植物抗致病疫霉的免疫功能及作用机理。【结果】在马铃薯基因组中共鉴定到10个StCYP83家族基因，分别命名为StCYP83B1—StCYP83B10，编码蛋白长度介于387—503 aa，分子量介于44—57 kDa，亚细胞定位预测结果显示StCYP83蛋白均定位于内质网膜。qRT-PCR结果表明，StCYP83家族成员在不同程度上均可响应致病疫霉侵染而诱导表达，暗示StCYP83家族基因可能在马铃薯与致病疫霉互作中发挥作用。基于此，从中选取明显响应致病疫霉侵染而诱导上调表达、且与拟南芥AtCYP83B1同源性最高的StCYP83B1用于后续的免疫功能解析。本氏烟瞬时过表达的接菌测试结果表明，StCYP83B1具有抗致病疫霉的生物学功能；同时，过表达StCYP83B1可显著促进PTI标记基因（NbWRKY7、NbWRKY8）、SA信号通路标记基因（NbPR1和NbPR2）和JA信号通路标记基因（NbPR3和NbLOX）的上调表达，并提高flg22诱发的活性氧迸发。此外，StCYP83B1编码蛋白保守基序中的半胱氨酸位点为其抗性功能所必需。StCYP83B1过表达（StCYP83B1-OE）株系对致病疫霉的抗性有所增强，且呈现出增强的PTI免疫反应，包括flg22诱发的活性氧水平升高以及PTI标记基因（StWRKY7、StWRKY8和StACRE31）的显著诱导上调表达。此外，马铃薯SA信号通路相关基因（StPR1、StPR2、StPR5和StPAL2）和JA信号通路相关基因（StLOX、StAOS和StOPR3）也被诱导上调表达。【结论】共鉴定到10个StCYP83家族成员，StCYP83家族成员在不同程度上均可响应致病疫霉的侵染而诱导表达。StCYP83B1通过激活PTI、SA和JA信号通路调控植物对致病疫霉的抗性；而StCYP83B1血红素结合域中的半胱氨酸位点为其抗性功能所必需。

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24. 喜旱莲子草AP2/ERF基因家族的鉴定及其在除草剂胁迫下的表达模式

韩晓文, 韩硕, 胡义锋, 王梦如, 陈中义, 朱永兴, 尹军良

2023, 56 (20): 4021-4034. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.20.008

摘要（229）

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PDF （5623KB）（3179）

【背景】喜旱莲子草（Alternanthera philoxeroides）是一种极难防除的恶性入侵杂草，给我国生态环境造成了严重危害。AP2/ERF（APETALA2/ethylene responsive factor）家族是植物中最大的转录因子家族之一，不仅参与植物体内多种信号网络的调控，还在植物响应除草剂胁迫中发挥重要作用。【目的】系统分析喜旱莲子草ApAP2/ERF家族成员的基本特征，揭示其在除草剂胁迫下的表达模式，明确ApAP2/ERF潜在的生物功能，挖掘抗除草剂的潜在靶标基因，为精准、合理地选择除草剂提供依据。【方法】利用本地BLASTp从喜旱莲子草基因组数据库中对AP2/ERF家族成员进行鉴定，运用MEME、ExPASyServer10、Plant-mPLoc、SWISS-MODEL、NCBI SRA数据库和psRNA Target在线网站获取保守基序（Motif）、蛋白理化性质、亚细胞定位、三级结构、转录组、靶向miRNA信息。通过GFF3基因组注释文件获取基因结构信息。利用MEGA 11、TBtools和R语言绘制系统发育树、表达模式热图和miRNA靶向关系图等。采用RT-qPCR法分析ApAP2/ERF家族成员在5种除草剂和不同时间点（0—7 d）处理下的表达模式。【结果】从喜旱莲子草中共鉴定出96个ApERF、9个ApAP2和4个ApRAV，并根据其在基因组中的位置分别命名为ApERF1—ApERF96、ApAP2-1—ApAP2-9和ApRAV1—ApRAV4。鉴定到的ApAP2/ERF均为亲水蛋白，位于细胞核和细胞质中;ApAP2/ERF表达模式受地理条件、水分条件和低钾胁迫的调控。41%草甘膦处理中，ApERF7/74/94在3—7 d内被高度诱导;50%异丙隆处理中，6个ApERF均在特定的时间被高度诱导;10%乙羧氟草醚处理中，ApERF7/13/49/94表达量呈现先升高后下降再上升的趋势;20%氯氟吡氧乙酸处理中，ApERF7/13/49/54/94在0.5 d时被高度诱导;13%噁草酮处理中，ApERF13/49/54/74在短时间内显著下调表达。【结论】鉴定出109个喜旱莲子草AP2/ERF家族成员，位于同一亚组的成员具有相似的motif。ApAP2/ERF的表达受到地理条件、水分条件和低钾胁迫的调控，同时也受除草剂的诱导，推测其通过影响乙烯信号通路以响应除草剂胁迫。

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25. 云南香格里拉不同海拔葡萄果皮酚类物质差异及成因分析

张柯楠, 尹海宁, 王家逵, 曹建宏, 惠竹梅

2023, 56 (19): 3879-3893. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.19.014

摘要（307）

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PDF （2810KB）（2864）

【目的】酚类物质是酿酒葡萄的重要次级代谢产物，对葡萄和葡萄酒的品质有重要影响。结合土壤及气候因子研究不同海拔葡萄果皮酚类物质含量的差异及成因，为高海拔酿酒葡萄种植及葡萄品质差异化管理提供理论依据。【方法】本研究以云南香格里拉产区酿酒葡萄‘梅尔诺’（Merlot）为试材，连续3年（2020、2021、2022年）分析2个海拔（2 181、2 300 m）成熟期葡萄果皮总酚、总类黄酮、总单宁、总花色苷、单体花色苷及非单体花色苷酚类物质含量差异，同时监测葡萄生长发育期间不同海拔的光照、温度、湿度等气候因子，进而分析气候因子对葡萄果皮酚类物质的影响。【结果】两个海拔葡萄园土壤主要矿质养分无显著差异，光照、紫外线强度、温湿度等气候因子存在一定差异。海拔对葡萄果皮酚类物质含量具有显著影响，较高海拔有利于葡萄果皮酚类物质的积累。在2020—2022年，海拔（2 300 m）葡萄果皮总酚、总单宁、总花色苷、大部分单体花色苷以及槲皮素物质含量显著高于海拔2 181 m，其中总单宁含量提高幅度为56.27%—174.49%；而海拔2 181 m处葡萄果皮的总类黄酮含量显著高于海拔2 300 m，提高32.25%—79.48%。OPLS-DA分析显示，两个海拔葡萄果皮酚类物质的主要差异化合物为总单宁（TTC）、总类黄酮（TFo）、二甲花翠素-3-O-葡萄糖苷（Mv）、二甲花翠素-3-O-（6-O-乙酰化）葡萄糖苷（Mv-Ace）、花青素-3-O-葡萄糖苷（Cy）以及甲基花青素-3-O-葡萄糖苷（Pn）。灰色关联分析显示，葡萄生长季昼夜温差对葡萄果皮总酚和总类黄酮含量影响较大；光照强度和紫外线强度对果皮总花色苷、单体花色苷和槲皮素含量影响较大；3种单体花色苷（Pt、Pn-Ace和Pn-Cou）和槲皮素含量主要受葡萄转色期（7月）光照强度的影响。【结论】不同海拔昼夜温差、光照强度和紫外线强度是引起葡萄果皮酚类物质含量显著差异的主要气候因素。高海拔下较大的昼夜温差、光照强度和紫外线强度有利于葡萄果皮总酚、槲皮素、总花色苷及其单体物质的积累。

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26. 多样化种植对土壤团聚体组成及其有机碳和全氮含量的影响

孙涛, 冯晓敏, 高新昊, 邓艾兴, 郑成岩, 宋振伟, 张卫建

2023, 56 (15): 2929-2940. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.008

摘要（361）

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PDF （482KB）（2860）

【目的】阐明东北黑土区禾本科与豆科作物多样化种植模式下土壤团聚体组成及其碳氮分布特征，为促进黑土地用养结合型种植制度优化提供理论依据与技术指导。【方法】田间试验于2016—2020年在中国农业科学院作物科学研究所公主岭试验站进行，设置玉米大豆间作（M/S）、玉米大豆轮作（M-S）、玉米花生间作（M/P）和玉米花生轮作（M-P）等多样化种植模式，以玉米连作（CM）常规种植模式为对照。2020年作物收获后采集0—20和20—40 cm土层土壤样品，分析多样化种植模式对土壤团聚体及其有机碳、全氮含量的影响。【结果】多样化种植有利于增加0—20和20—40 cm土层水稳性大团聚体（>0.25 mm）含量，降低黏粉粒（<0.053 mm）含量，4种多样化种植模式的土壤团聚体平均重量直径和平均几何直径均显著高于CM处理（P<0.05）。M/S和M-S处理0—20 cm土层>0.25 mm土壤团聚体比例分别比CM处理高17.6%和13.4%，M/S、M-S和M-P处理20—40 cm土层 >0.25 mm土壤团聚体比例则分别比CM处理高10.4%、8.3%和10.5%。多样化种植增加了土壤大团聚体中有机碳和全氮含量，0—20 cm土层，M/S、M-S、M/P和M-P处理>2 mm土壤团聚体有机碳含量分别比CM处理高20.7%、24.3%、18.8%和17.8%；0—20 cm土层，M-S、M/P和M-P处理>2 mm土壤团聚体全氮含量分别比CM处理高13.0%、16.8%和14.8%。M-S和M/P处理0—20 cm土层>2 mm土壤团聚体有机碳和全氮对土壤总有机碳和全氮贡献率高于CM处理，而M/S和M-S处理<0.053 mm土壤团聚体有机碳和全氮对总有机碳和全氮的贡献率则低于CM处理。【结论】东北黑土区多样化种植提高了土壤大团聚体含量，降低了黏粉粒含量，增加了土壤团聚体稳定性及有机碳和全氮含量，有利于促进农田土壤碳氮固持。

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27. 红皮白肉与红皮红肉火龙果植株茎部内生微生物群落结构特征

周信雁, 陈思宇, 魏宇飞, 朱瑜, 冯君茜, 丁点草, 陆贵锋, 杨尚东

2024, 57 (2): 416-428. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.02.015

摘要（190）

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PDF （4336KB）（2856）

【目的】比较分析红皮白肉与红皮红肉火龙果植株茎部内生微生物群落结构特征，旨在探究红肉火龙果果肉颜色形成与植株内生微生物群落的关联性，挖掘与其颜色形成相关的功能微生物。【方法】以红皮白肉与红皮红肉火龙果植株茎部为试验材料，基于高通量测序技术比较分析茎部内生微生物（细菌、真菌）多样性与丰富度，门、属分类水平的群落结构组成以及优势菌群相对丰度占比；基于LEfSe差异分析探究红皮白肉与红肉火龙果植株茎部中具有显著差异的内生微生物。【结果】红皮白肉与红皮红肉火龙果植株茎部内生微生物群落结构特征存在显著差异。红皮红肉火龙果植株茎部中特有的细菌、真菌OTU数量均高于相应的白肉火龙果；门分类水平表现为，子囊菌门（Ascomycota）真菌在红肉火龙果植株茎部中的相对丰度占比高于相应的白肉火龙果，其相对丰度占比是白肉火龙果的1.15倍；属分类水平表现为，链霉菌属（Streptomyces）细菌是红肉火龙果植株茎部中相对丰度占比最高的优势细菌属，青霉菌属（Penicillium）真菌是红肉火龙果植株茎部中相对丰度占比最高的优势真菌属，二者相对丰度占比分别是白肉火龙果的1.24倍和4.27倍；另一方面，红肉火龙果植株茎部中还富集了列契瓦尼尔氏菌属（Lechevalieria）、糖霉菌属（Glycomyces）、未分类肠杆菌属（unclassified_f__Enterobacteriaceae）、马杜拉放线菌属（Actinomadura）等优势细菌属以及unclassified_f__Serendipitaceae、unclassified_c__GS13、unclassified_o__Atractiellales、unclassified_o__Auriculariales、篮状菌属（Talaromyces）等优势真菌属。LEfSe差异分析结果显示，原小单孢菌属（Promicromonospora）细菌和木霉菌属（Xylomyces）真菌在红肉火龙果植株茎部中显著富集。【结论】内生微生物群落组成与红肉火龙果果肉中色素的产生、代谢积累密切相关；链霉菌属、未分类肠杆菌属、原小单孢菌属细菌及子囊菌门、青霉菌属、篮状菌属和木霉菌属真菌可能是红肉火龙果果肉色素合成与代谢积累相关的功能微生物。

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28. 不同间作方式对凉粉草品质及根际土壤特性的影响

苏海兰, 朱雁鸣, 陈宏, 牛雨晴, 郑梅霞, 朱育菁

2024, 57 (14): 2755-2770. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.14.005

摘要（220）

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PDF （1653KB）（2810）

【目的】探析间作对凉粉草（Mesona chinesis）品质的影响及其作用机制，为凉粉草的高质量栽培技术开发提供理论依据。【方法】通过田间随机区组试验，设置大豆/凉粉草/玉米间作（S/M/C）和大豆/凉粉草间作（S/M）两种间作模式，并以单独种植凉粉草（M）为对照，比较不同种植模式对凉粉草品质及其根际土壤特性的影响。【结果】相比于单独种植凉粉草，S/M/C间作模式和S/M间作有利于促进凉粉草叶片和茎中的钙（Ca，叶中增加11.36%—24.20%，茎中增加33.44%—38.16%）、镁（Mg，叶增加34.41%—52.00%、茎增加15.20%—91.99%）、铁（Fe，叶中增加15.21%—15.46%）、铜（Cu，茎增加17.19%—30.73%）等元素积累。S/M/C间作时，凉粉草茎部总黄酮含量增加44.42%。两种间作显著降低了凉粉草根际土壤全氮（TN）、碱解氮（AHN）、速效钾（AK）等养分含量，显著改善了凉粉草土壤pH（M模式4.82，S/M模式5.22，S/M/C模式5.51），而pH是本研究中驱动细菌群落结构改变最重要的土壤因子。S/M/C处理显著提高凉粉草根际土壤的细菌多样性，两种间作均显著提高优势菌属芽孢杆菌（Bacillus）的相对丰度：由M模式下的3.24%分别增加至S/M模式下的5.28%和S/M/C模式下的8.09%。此外，S/M/C间作时，凉粉草根际土壤招募更多的蛭弧菌门（Bdellovibrionota）、Dependentiae、WS2等菌门及甲基孢囊菌属（Methylocystis）等菌属。【结论】大豆/凉粉草/玉米间作（S/M/C）可促进凉粉草营养元素和总黄酮等活性成分积累，有利于其品质提升。土壤pH的改善可能是S/M/C模式驱动土壤细菌多样性提高、群落结构变化的最主要因素。凉粉草根际土壤中特定细菌在S/M/C模式下的富集有利于凉粉草种植土壤的生物学特性的改善。因此，S/M/C等合理间作是实现凉粉草高质量种植的有效措施。

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29. 开花期番茄circRNA的测序分析及功能分析

殷子贺, 杨成成, 赵钰慧, 赵丽, 吕秀荣, 杨振超, 武永军

2023, 56 (21): 4288-4303. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.21.012

摘要（377）

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PDF （4532KB）（2744）

【背景】开花期作为植物生长发育过程中至关重要的时期之一，直接影响植物果实成熟和种子发育。circRNA是一类普遍存在于真核细胞的共价闭环RNA分子，在番茄的发育过程和应激反应中起重要调节作用。但目前番茄的circRNA研究主要集中在果实和叶片中，缺少对番茄花期circRNA较为系统的研究。【目的】鉴定和分析开花期番茄circRNA，对番茄中miRNA、circRNA的功能研究有重要意义，也为番茄生长、发育和胁迫响应机制研究奠定基础。【方法】选择开花期番茄植株的花、根、叶3个组织样品进行circRNA测序，每个样品3个重复，鉴定circRNA并对其基本特性进行分析；筛选组织特异性的circRNA检测成环能力，并对鉴定的circRNA宿主基因进行GO分析和KEGG分析，通过生物信息学方法预测分析circRNA的作用方式和作用位点，构建番茄响应生长发育的潜在circRNA-miRNA-mRNA互作调控网络。【结果】利用高通量测序方法，共获得532个circRNA，其中83%为外显子类型，且circRNA在花期番茄各染色体中的分布不均匀，其中1号染色体产生的circRNA最多，5号染色体最少。对开花期番茄花、叶、根3个组织的circRNA差异表达分析表明，花与叶中差异表达的circRNA有79个、花与根中差异表达的circRNA 133个、叶与根中差异表达的circRNA 132个。其中花、叶、根3个组织中均有显著差异表达的circRNA 14个。从14个差异表达circRNA中随机选择8个circRNA进行成环能力检测，结果表明这8个circRNA均具有成环能力。GO分析和KEGG分析表明开花期番茄中的circRNA主要与核酸、蛋白及其他小分子物质结合以及各类生物大分子的合成和代谢相关。最后构建了14个circRNA、10个miRNA和136个mRNA组成的番茄circRNA-miRNA-mRNA互作调控网络。【结论】开花期番茄circRNA具有明显的组织特异性，共鉴定到342个组织特异性的circRNA，其中均显著特异性表达的14个，成功鉴定成环8个，构建了开花期番茄特异性的circRNA-miRNA-mRNA互作调控网络，为后续开花期circRNA的研究奠定了基础。

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30. 海岛棉CAD和CAD-Like基因家族的鉴定、表达及其对大丽轮枝菌的响应

张钰佳, 崔凯文, 段力升, 曹爱萍, 谢全亮, 沈海涛, 王斐, 李鸿彬

2023, 56 (19): 3759-3771. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.19.005

摘要（269）

HTML （45）

PDF （6743KB）（2736）

【目的】肉桂醇脱氢酶（CAD）是木质素合成途径中的关键酶，在增强植物机械强度、抵御病原菌入侵等方面发挥重要作用。鉴定海岛棉GbCAD、GbCAD-LIKE（GbCADL）基因家族成员，并对其表达特征及其在黄萎病抗性中的作用进行分析，为棉花抗黄萎病机制的解析及抗病育种提供参考。【方法】利用生物信息学方法对海岛棉GbCAD、GbCADL基因家族成员进行鉴定，并对其染色体定位、系统发育关系、基因结构、启动子顺式元件的预测进行系统分析。通过获得公开释放的转录组数据和实时荧光定量聚合酶链式反应（qRT-PCR）分析GbCAD基因及GbCADL基因的表达特征。利用病毒诱导的基因沉默（VIGS）技术对GbCAD基因及GbCADL基因进行功能分析。【结果】从海岛棉中鉴定到25个GbCAD基因（分布在10条染色体）和34个GbCADL基因（分布在17条染色体）。GbCAD基因分为3个亚组，GbCADL基因分为4个亚组，同一个组内基因含有相似的外显子-内含子结构和保守结构域。GbCAD基因和GbCADL基因具有不同的转录表达特征，其启动子中含有多种激素和胁迫响应元件。转录组数据和qRT-PCR显示，GbCAD10A/D、GbCADL4A/D、GbCADL5A/D、GbCADL6A/D、GbCADL7A/D的表达受大丽轮枝菌诱导，尤其是GbCAD10A/D、GbCADL4A/D、GbCADL6A/D、GbCADL7A/D的表达在大丽轮枝菌处理后显著增加。利用VIGS技术，将显著受大丽轮枝菌诱导表达的GbCAD10A/D、GbCADL4A/D、GbCADL6A/D、GbCADL7A/D分别在棉花中沉默，分析VIGS株系对大丽轮枝菌抗性的变化。结果显示，与对照植株相比，VIGS株系对大丽轮枝菌的抗性显著降低。二氨基联苯胺（DAB）染色结果显示，在未受到黄萎病侵染时，VIGS植株和对照植株的染色程度无显著差异；在大丽轮枝菌处理6 h后，与对照植株相比，沉默株系GbCAD10A/D、GbCADL4A/D、GbCADL6A/D、GbCADL7A/D均表现出较深的着色，表明在沉默株系中有较高的活性氧累积。茎的切片结果显示，大丽轮枝菌处理后，TRV:GbCAD10A/D、TRV:GbCADL4A/D、TRV:GbCADL6A/D、TRV:GbCADL7A/D沉默株系的茎维管组织表现出明显的深褐色，表明其对大丽轮枝菌的抗性显著降低。【结论】抑制GbCAD10A/D、GbCADL4A/D、GbCADL6A/D、GbCADL7A/D的表达可以显著降低棉花对大丽轮枝菌的抗性。

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31. 冬小麦籽粒主要品质性状的全基因组关联分析

董一帆, 任毅, 程宇坤, 王睿, 张志辉, 时晓磊, 耿洪伟

2023, 56 (11): 2047-2063. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.11.002

摘要（419）

HTML （38）

PDF （3371KB）（2717）

【目的】小麦籽粒品质是影响小麦加工品质和营养价值的重要因素。挖掘与小麦籽粒品质性状显著关联的位点及候选基因，为拓宽对小麦品质性状遗传机理的理解和分子标记辅助优质小麦育种提供依据。【方法】通过对来自国内外259份冬小麦品种（系）的蛋白质含量、湿面筋含量、淀粉含量、沉降值和籽粒硬度等5个品质性状进行测定，并结合90K SNP芯片进行全基因组关联分析，将定位到的显著性关联位点进行单倍型分析。【结果】5个性状均符合正态分布且在不同环境间均表现出丰富的变异，沉降值的变异系数最大（20.11%—24.42%）。各性状在基因型、环境、基因型×环境间均呈现出极显著差异（P<0.001），广义遗传力为0.77—0.84。通过全基因组关联分析，共检测到44个与5个性状显著关联（P<0.001）的位点，分布在除1D和3D染色体外的其他19个连锁群。在2个及以上的环境中均稳定存在的位点18个，涉及蛋白质含量（12个）、湿面筋含量（9个）、淀粉含量（11个）、沉降值（12个）和籽粒硬度（7个）等5个性状，能解释遗传变异的4.27%—10.98%。其中13个为多效应位点，与蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值和淀粉含量等性状相关联的多效应位点最多（7个）。位于2B、2D和3A染色体的GENE-0762_631、IAAV7742和RAC875_c66845_466位点同时在2个环境和BLUP值下被检测到，表型贡献率的范围为4.32%—7.07%。通过对多环境下存在且表型贡献率高的多效应位点进行单倍型分析，在5D染色体的D_GDS7LZN02F4FP5_176位点发掘到与蛋白质含量、沉降值和淀粉含量等性状显著相关的Hap1、Hap2、Hap3和Hap4等4个不同单倍型，其中，Hap1是高淀粉含量单倍型（P<0.001），而Hap2和Hap3均为高蛋白质含量和沉降值的单倍型（P<0.05），4个单倍型分别占74.22%、16.21%、6.92%和2.65%。对不同来源冬小麦的单倍型分布频率进行分析，其中，高蛋白质含量和沉降值单倍型Hap2的分布频率由高到低为黄淮冬麦区>北部冬麦区>国外品种>长江中下游冬麦区>西南冬麦区。对稳定遗传的位点进行候选基因的挖掘，筛选到10个可能与小麦籽粒品质相关的候选基因。【结论】检测到18个与籽粒品质性状显著关联的稳定位点，鉴定到4个不同单倍型，筛选出10个与籽粒品质相关的候选基因。

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32. 拟轮枝镰孢荧光标记与侵染结构观察

哈丹丹, 郑红霞, 张振昊, 竺利红, 刘浩, 王教瑜, 周雷

2023, 56 (18): 3556-3573. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.006

摘要（356）

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PDF （9339KB）（2682）

【目的】以玉米穗腐病优势病原菌和伏马毒素主要产毒菌拟轮枝镰孢（Fusarium verticillioides）为研究对象，构建组成型表达绿色荧光蛋白GFP、红色荧光蛋白DsRED、过氧化物酶体靶向标记蛋白DsRED-PTS1和细胞骨架F-actin结合蛋白LifeAct-GFP的荧光菌株，观察拟轮枝镰孢侵染玉米须表皮的穿透结构，明确拟轮枝镰孢侵染结构形成的调控机制和影响因素。【方法】通过农杆菌介导的遗传转化方法将荧光表达载体pCOM-GFP、pCOM-DsRED、pCOM-DsRED-PTS1和pCOM-LifeAct-GFP分别导入拟轮枝镰孢野生型菌株D85-2中，PCR鉴定含有目标基因的转化子，激光共聚焦显微镜观察各荧光蛋白的表达和分布；接种玉米须观察侵染结构；赛璐酚膜模拟植物表皮穿透试验，观察穿透结构和F-actin的动态组装；使用F-actin聚合抑制剂Latrunculin A、三环唑和活性氧抑制剂DPI（diphenyleneiodonium chloride）检测穿透结构形成的影响因素。【结果】建立了以遗传霉素G418为抗性标记的遗传转化方法；FV-GFP和FV-DsRED菌株分别具有清晰、明亮的绿色荧光和红色荧光，FV-DsRED-PTS1菌株中红色荧光呈圆点状分布，符合真菌中过氧化物酶体的分布特征，FV-LifeAct-GFP菌株孢子和菌丝内部具有丝絮状绿色荧光，符合真菌中F-actin蛋白的分布特征；玉米须表皮侵染过程中观察到菌丝顶端膨大类似附着枝侵染结构；赛璐酚膜模拟穿透试验观察到穿透结构中F-actin蛋白的成环组装；药物胁迫试验表明，穿透结构的形成受F-actin蛋白聚合和活性氧调控。同时，三环唑能够抑制穿透。【结论】构建了4种荧光标记菌株，细胞定位清晰，具有正常的生长表型和致病力，能够满足致病机制相关研究需求；明确了拟轮枝镰孢在侵染玉米时能够形成一种菌丝顶端膨大的类似附着枝状的侵染结构；确定了F-actin成环聚集、细胞骨架组装和活性氧调控是影响拟轮枝镰孢侵染结构形成的关键因素。

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33. 饲粮纤维水平对猪肠道屏障功能、结肠微生物及代谢产物的影响

刘畅, 崔子旭, 左周, 贠红梅, 牛瑾, 杨阳, 郭晓红, 李步高, 高鹏飞, 赵燕, 曹果清

2023, 56 (22): 4532-4551. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.22.014

摘要（247）

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PDF （4104KB）（2681）

【目的】添加纤维原料是降低饲料成本的有效方法之一，通过探讨不同纤维水平饲粮对马身猪和杜长大猪肠道健康的影响，为纤维的合理利用提供依据。【方法】初始体重为（20±0.5）kg的马身猪（MS）和杜×长×大三元杂交猪（DLY）各80头，品种内随机分为4组，每组5个重复，每个重复4头猪（公母各半）。试验饲粮分别在玉米-豆粕基础日粮中添加0%、9.35%、18.64%和28.03%的大豆皮，日粮中中性洗涤纤维（NDF）含量分别为9% (9N)、13.5% (13.5N)、18% (18N)和22.5% (22.5N)。试验期30 d。【结果】对于马身猪，18N组回肠IL-10含量、13.5N和22.5N组盲肠TNF-α含量均显著降低（P<0.05）；空肠、回肠、盲肠杯状细胞数目随纤维水平的提高而增加，结肠杯状细胞数量和MUC2表达水平在13.5N和18N组均显著增加（P<0.05）；18N和22.5N组Claudin-2、Occludin、E-cadherin、ZO-1、ZO-2的表达量显著增加（P<0.05）；13.5N、18N和22.5N组的大肠杆菌志贺氏菌丰度显著降低（P<0.05）；13.5N组的乳酸杆菌属、18N组的普雷沃氏菌科_NK3B31属、22.5N组的甲烷杆菌属的丰度均显著提高（P<0.05）；13.5N、18N和22.5N组的棕榈酸、硬脂酸、月桂酸、癸酸均显著上调（P<0.05），石胆酸、胆酸均显著下调（P<0.05）；差异代谢物主要富集在脂质代谢和碳水化合物消化吸收相关通路上。对于杜长大猪，22.5N组盲肠TNF-α含量显著提高（P<0.05）；13.5N、18N、22.5N组的各肠段的杯状细胞数量显著高于9N组（P<0.05），结肠MUC2表达水平在13.5N、18N组显著增加（P<0.05），在22.5N组则显著下降（P<0.05）；18N、22.5N组的Claudin-2、Occludin、E-cadherin、ZO-1表达水平显著降低（P<0.05）；13.5N的甲烷杆菌属、18N组的链球菌属、22.5N组的毛螺菌属丰度均显著提高（P<0.05）；L-酪氨酸、L-谷氨酸、L-焦谷氨酸、苯丙氨酸等羧酸及其衍生物在13.5N、18N组中显著上调，而在22.5N组中显著下调；差异代谢产物主要富集在氨基酸代谢通路上。马身猪和杜长大猪的微生物区系与肠道屏障相关基因及色氨酸和胆汁酸代谢产物之间均表现出较强的相关性。【结论】提高饲粮纤维水平能够增强猪肠道屏障功能，提高有益菌的丰度，降低有害菌丰度，调节结肠脂质代谢和氨基酸代谢，通过微生物途径影响短链脂肪酸、色氨酸和胆汁酸代谢，可促进肠道健康。

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34. 最新录用：芍药胼胝质合成酶基因家族鉴定及PlCalS5功能分析

贺丹, 尤啸龙, 何松林, 张明星, 张佼蕊, 华超, 王政, 刘艺平

摘要（111） PDF （4658KB）（2673）

录用日期: 2023-04-27

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35. 稻田伴生浮萍碳、氮汇及对水稻产量影响的研究进展

景立权, 李凡, 赵一函, 王训康, 赵福成, 赖上坤, 孙小淋, 王云霞, 杨连新

2023, 56 (23): 4717-4728. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.23.013

摘要（297）

HTML （14）

PDF （3554KB）（2670）

浮萍是一种常见于静水环境中的水体漂浮微观植物。以大气CO₂浓度增高为主导致的温度上升为特征的气候变化威胁着粮食安全。或因气候变暖及灌溉水体富营养化等，近年来我国稻田浮萍伴生有逐年加重趋势。本文综述了浮萍对稻田的影响，发现了一些重要信息：浮萍伴生降低稻田水体温度0.8—2.76 ℃及pH 0.10—0.45，改变了微生物群落结构，减少稻田NH₃挥发18.2%—59.0%，提高氮利用率17.2%—78.0%，结果增加了稻田氮汇及稻谷产量（9.0%—34.6%）；伴生浮萍生长繁殖快，其年产生物量可达8×10³—13×10³kg·hm^-2，碳汇几乎与当季水稻相当；水稻浮萍的互利共生总体大于竞争，二者伴生呈现了稻田生态系统对环境变化适应的现象。但未来本领域仍需深入研究，包括浮萍伴生，特别是与环境因子互作（高温及高CO₂浓度等）条件下，对稻田生态环境变化、水稻生长、产量、品质的影响及机制和可能带给稻田的风险等，为未来基于水稻-浮萍等生物协作开发适应气候及环境变化、维持农业可持续发展的稻作技术提供理论支撑。

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36. 麦后复种绿肥及配施不同水平氮肥对小麦产量、品质及氮素利用的影响

张文霞, 李盼, 殷文, 陈桂平, 樊志龙, 胡发龙, 范虹, 何蔚

2023, 56 (17): 3317-3330. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.007

摘要（355）

HTML （24）

PDF （587KB）（2616）

【目的】 针对甘肃省河西地区春小麦种植氮肥投入量大、肥源单一、氮素利用率低及小麦品质差的问题，探究适宜的绿肥与减量配施氮肥的栽培技术对春小麦籽粒产量、品质及氮素吸收利用的影响，以期为河西灌区春小麦高产、优质和绿色生产方式提供理论依据。【方法】 试验于2019—2021年在甘肃武威河西绿洲灌区进行，试验采用裂区设计方法，主区设单作小麦（W）和麦后复种豆科绿肥（W-G）两种种植模式；副区为5种施氮水平：农户传统施氮100% N肥（180 kg·hm^-2，N₄）、传统施氮的85% N肥（N₃）、传统施氮的70% N肥（N₂）、传统施氮的55% N肥（N₁）及不施氮肥（N₀）。【结果】 麦后复种绿肥结合施氮85%（W-G-N₃）可显著提高小麦籽粒和生物产量，W-G-N₃较单作小麦模式下施氮85%（W-N₃）和传统施氮（W-N₄）籽粒产量分别提高16.7%—18.4%和13.6%—34.4%，W-G-N₃较W-N₃与W-N₄生物产量分别提高11.3%（2020）与5.2%—11.6%（2020—2021），籽粒产量提高幅度大于生物产量，因而，W-G-N₃处理具有较高的收获指数，较W-N₃和W-N₄收获指数分别提高4.9%—15.9%和8.0%—20.5%。同时，W-G-N₃可通过增加籽粒蛋白质含量、沉降值和湿面筋含量改善营养品质，其中W-G-N₃较W-N₃蛋白质含量、沉降值和湿面筋含量分别提高12.3%—16.1%、28.7%—47.2%和10.7%—11.1%；W-G-N₃较W-N₄蛋白质含量提高8.9%—12.4%，但W-G-N₃与W-N₄处理沉降值和湿面筋含量差异不显著。此外，W-G-N₃较W-N₃和W-N₄有利于促进小麦吸收氮素及转化为籽粒产量，其中植株吸氮量分别提高42.2%—58.9%和35.2%—45.0%，氮肥利用率分别提高12.0%—20.6%和5.9%—20.4%，氮肥偏生产力分别提高3.6%—18.3%和28.1%—58.1%；W-G-N₃处理也可补偿减氮造成的氮肥农学效率的降低，较W-G-N₄氮肥农学效率提高74.2%—80.0%。相关分析表明，麦后复种绿肥配合适量减氮通过促进氮素吸收利用而增加籽粒产量，同时又可显著改善籽粒营养品质。【结论】 麦后复种绿肥结合传统施氮量的85%（153 kg·hm^-2）模式是河西绿洲灌区增加春小麦产量、改善籽粒品质和提高氮肥利用效率的适宜种植模式和施氮水平。

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37. ICARDA引进-小麦苗期抗旱性的全基因组关联分析

张颖, 石婷瑞, 曹瑞, 潘文秋, 宋卫宁, 王利, 聂小军

2024, 57 (9): 1658-1673. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.09.004

摘要（374）

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PDF （2773KB）（2568）

【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TraesCS5B02G053500和TraesCS6A02G048600 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。

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38. 小麦根系构型及抗旱性研究进展

张余周, 王一钊, 高茹茜, 刘逸凡

2024, 57 (9): 1633-1645. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.09.002

摘要（695）

HTML （85）

PDF （3342KB）（2450）

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。

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39. 基于全基因组SNPs分析陆丰黄牛和雷琼牛的群体结构与遗传多样性特征

童雄, 罗威, 闵力, 张志飞, 马新燕, 罗成龙, 陈卫东, 徐斌, 李大刚

2023, 56 (14): 2798-2811. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.014

摘要（332）

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PDF （3864KB）（2431）

【目的】研究陆丰黄牛和雷琼牛与世界不同地域家牛中的系统发育关系，解析不同家牛群体的遗传多样性，为地方家牛资源的鉴定与保护奠定理论基础。【方法】采集12头陆丰黄牛和17头雷琼牛的组织样品进行全基因组重测序，整合世界范围内分布的24个品种92个体的NCBI公共基因组数据，共计25个品种121个个体的信息开展群体遗传学研究。选用Bos taurus ARS-UCD1.2作为参考基因组，经基因组序列比对与质量控制获取高质量Reads，应用GATK软件检测基因组SNPs。进一步基于群体SNPs，利用系统进化树构建、PCA聚类和Admixture评估进行群体结构分析，通过核苷酸多样性（Pi）、杂合度（Hp）和连锁不平衡（LD）水平研究群体的遗传多样性。【结果】29头广东地方牛经基因组测序获取6 905 944 306个Clean Reads，每个样本平均基因组覆盖率为97.99%，平均测序深度分别为12.78×。整合NCBI公共基因组数据，经质控后共检测出14 664 391个群体SNPs。整合系统进化树、PCA、Admixture的结果发现普通牛与瘤牛分化，瘤牛群体存在中国瘤牛与印度瘤牛分化，普通牛群体中东北亚普通牛（韩牛、延边牛）和西藏牛与欧洲普通牛分化，温岭高峰牛和舟山牛从中国瘤牛群体中分化。陆丰黄牛和雷琼牛均属于纯正的中国瘤牛，但陆丰黄牛与皖南牛之间、雷琼牛与吉安牛之间呈现最近的亲缘关系，说明陆丰黄牛与地域临近的雷琼牛属于两个独立的品种。部分陆丰黄牛与雷琼牛均存在欧洲普通牛和东北亚普通牛的血统混杂，且混杂比例较高，说明这两个品种牛急需加强群体内的提纯复壮。相较于欧洲普通牛和韩牛，中国家牛群体的LD衰减速率更快，核苷酸多样性Pi和杂合度Hp更高，说明其遗传多样性更丰富。相较于其他中国家牛，陆丰黄牛和雷琼牛的LD水平更低，杂合度Hp更高，且核苷酸多样性Pi和杂合度Hp的密度分布更为集中，说明两者受人工选择强度较低，且维持较高的群体遗传多样性。【结论】通过全基因组SNPs标记，系统解析了陆丰黄牛与雷琼牛的群体遗传结构和多样性特征，为这两个品种独立分类及其保护利用提供数据支撑。

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40. 未来气候变化对中国马铃薯种植气候适宜性的影响

张志良, 和志豪, 茹晓雅, 蒋腾聪, 何英彬, 冯浩, 于强, 何建强

2023, 56 (18): 3530-3542. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.004

摘要（436）

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PDF （5463KB）（2363）

【目的】马铃薯作为中国第四大主粮作物，其适宜性评价对保障国家粮食安全具有重要意义。本研究基于气候数据，构建集成物种分布模型预测中国未来时期马铃薯气候适宜区，为优化中国马铃薯种植提供重要科学参考。【方法】利用6种全球气候模式（global climate models，GCMs）未来气候数据驱动5种物种分布模型（species distribution models，SDMs），集成模拟预测未来4种温室气体排放情景（ssp126、ssp245、ssp370、ssp585）下，中国历史上（1970—2000年）和4个未来时期（2021—2040、2041—2060、2061—2080、2081—2100年）的马铃薯气候适宜区时空分布特征。【结果】（1）最湿月份的降水量、最暖月份的最高温度，以及最冷季度的平均温度是影响中国马铃薯气候适宜度的主要气象因子，对模拟结果的贡献率分别为54.7%、21.4%和18.1%。（2）4种温室气体排放情景下对于各适宜等级区域的预测结果变化基本一致，都呈现适宜区、低适宜区面积变大而高适宜区面积变小的趋势，仅在海南、西藏、新疆等地局部存在种植气候不适宜区。马铃薯适宜种植区（适宜区和高适宜区）的面积在各种情况下均超过50%。（3）在未来各时期马铃薯种植低适宜区和适宜区面积将大幅增加，而高适宜区面积则呈下降趋势，各适宜等级区域面积总体依旧保持：适宜区>低适宜区>高适宜区。（4）随着温室气体排放等级的提高，中国马铃薯高适宜区将大幅减小。从空间分布上看，中国马铃薯种植高适宜区主要以东北地区、甘肃地区、新疆西部，以及西南部分区域为主；从时间顺序上看，陕西北部、长江中下游区域、内蒙古中西部等区域受未来气候变化影响较大，马铃薯气候适宜度减小趋势明显。【结论】利用构建的集成物种分布模型预测了未来时期中国马铃薯气候适宜区时空分布特征。根据模型模拟结果，建议东北、甘肃、西南等地区可以作为未来马铃薯的主要种植区域，新疆等地区可以作为主要发展区域，其他地区应按照当地情况优先发展其他粮食和经济作物。

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41. 硅氧烷类助剂的环境残留及其农用之环境安全风险

王小彬, 闫湘, 李秀英, 涂成

2024, 57 (1): 142-158. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.01.010

摘要（332）

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PDF （606KB）（2322）

硅氧烷类助剂（或有机硅助剂）系硅油类有机硅产品，其结构是以硅氧键为骨架组成的聚硅氧烷，因其具有超强渗透和扩散性能而被广泛用于日化和工业产品等助剂，并作为农用助剂在农业上得到推广使用。当前，我国有机硅制品产销量约200万t，生产和消费量均占世界50%以上，已成为全球最大的有机硅生产、消费和原材料净出口国，聚硅氧烷产能占比已经达到全球60%以上。随着硅氧烷类助剂的广泛应用所导致的硅氧烷环境残留（尤其在水体、污泥/土壤等环境样本中、水生食物链以及人体组织中均被检出）及其对农业生态环境的影响日益暴露，硅氧烷类助剂农用的环境安全性（包括生态毒性及其环境安全风险）也引起诸多关注。近年来，挥发性环甲基环硅氧烷（如D4（八甲基环四硅氧烷）、D5（十甲基环五硅氧烷）和D6（十二甲基环六硅氧烷）等）因其具有环境持久性、生物积累性及潜在毒性等特性而被欧盟等国家认定为新兴有机污染物或被列入优先控制化学品。本文通过对1991年以来国内外公开发表的关于硅氧烷类助剂（包括农用助剂）应用的环境残留及其生态环境安全风险相关文献检索调研，从两个方面综述分析硅氧烷类助剂的环境残留去向及其农用对农业生态环境安全的直接或间接影响，主要包括：（1）硅氧烷的环境残留及其对农业生态环境安全的影响（包括污水处理过程中硅氧烷残留及去向，水体中硅氧烷残留及水生食物链污染风险，污泥中硅氧烷残留及土壤生态污染风险，以及食品中硅氧烷残留及人体健康风险等）；（2）硅氧烷类助剂农用现状及环境安全风险（包括硅氧烷类助剂农用后残留及其毒性风险，以及硅氧烷类助剂农用的安全性管理问题）。本文并就国内外对环硅氧烷类产品管理现状及问题进行了探讨。对于硅氧烷类助剂农用，由于助剂成分多被视为“生物惰性”，通常硅氧烷类助剂农用无需毒理检测和环境监管等风险评估；此外，助剂成分往往被声称为“商业机密”而受到保护，其成分一般不会在产品标签上标明。目前，我国对硅氧烷类助剂作为农用助剂（如叶面肥添加剂等）添加使用尚无监管要求，农用助剂添加缺乏安全使用规范，存在环境安全风险。本文针对硅氧烷类农用助剂添加过量可能增加其在土壤-作物-水体中残留及其生态毒性风险，以及对食品安全和人类健康存在潜在威胁等问题，建议有关管理和研究单位进一步重视硅氧烷类助剂使用过程中的残留和去向的监测，尤其加强硅氧烷类农用助剂残留对水体、土壤、动植物生长发育和人体健康影响的研究工作。

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42. 菜心不同器官糖含量比较及代谢相关基因的表达分析

冯献君, 王丽, 王彤, 侯雷平, 李梅兰

2023, 56 (11): 2158-2171. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.11.010

摘要（280）

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PDF （2339KB）（2304）

【目的】菜心口感脆嫩，营养价值高，是华南地区人们最喜爱的蔬菜之一，其中糖的种类和含量是决定菜心甜度和风味的主要因素。分析菜心不同器官糖含量及与糖代谢和转运相关基因的表达，以探明导致菜心不同器官糖含量差异的分子机制。【方法】采用高效液相色谱法测定菜心叶片、薹茎和花蕾中可溶性糖、蔗糖、葡萄糖和果糖的含量；通过转录组测序技术对菜心叶片、薹茎和花蕾基因的表达量进行全面系统的分析，并利用DESeq2软件鉴定3个不同器官间的差异表达基因，分析糖代谢通路及转运过程涉及的酶编码基因的表达，在基迪奥生信云平台将筛选到的与糖代谢转运相关的差异表达基因和糖含量进行相关性分析，同时利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）技术对部分基因的表达量进行验证。【结果】糖含量测定结果表明，菜心不同器官之间糖含量差异明显。可溶性糖、蔗糖、葡萄糖和果糖含量均呈现花蕾>薹茎>叶片的趋势。花蕾中葡萄糖含量分别为薹茎和叶片的1.3倍和1.6倍，果糖含量分别为薹茎和叶片的1.42倍和1.78倍。通过分析糖代谢关键酶和转运蛋白编码基因与糖含量变化趋势的一致性，共找出18个与糖含量变化趋势一致的基因。通过分析糖代谢转运中相关差异基因的表达与糖种类及含量的相关性和一致性，鉴定了14个与糖含量变化趋势一致的DEG。合并7个共有基因（Bra020096、Bra029914、Bra033419、Bra037980、Bra027398、Bra006129和Bra006130），共计25个基因与糖含量变化趋势一致。qRT-PCR结果分析表明筛选到的8个差异基因的表达量FPKM值与相对表达水平高度一致，说明测序结果准确可靠。【结论】菜心花蕾中的糖含量高于薹茎和叶片，是由合成相关酶编码基因的表达在薹茎和花蕾中高于叶片所致，研究结果为揭示菜心不同器官中糖代谢及转运的分子机制奠定了一定基础。

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43. 大豆红色种皮的色素鉴定和基因定位

曹杰, 谷勇哲, 洪慧龙, 吴海涛, 张霞, 孙建强, 包立高, 邱丽娟

2023, 56 (14): 2643-2659. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.002

摘要（372）

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PDF （3120KB）（2288）

【目的】揭示种子发育过程中种皮花青素（anthocyanin）的含量变化以及导致泰兴矮脚红（TXAJH）红色种皮的主要花青素成分；定位控制花青素合成积累的关键基因，为深入了解红色种皮形成的调控机制奠定基础。【方法】利用超高效液相色谱串联质谱（ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry，UPLC-ESI-MS/MS）检测黄色种皮大豆绥农14（SN14）和红色种皮大豆TXAJH不同发育阶段种皮的花青素成分与含量，分析与种皮颜色变化密切相关的花青素成分；利用SN14和TXAJH杂交构建的重组自交系（recombinant inbred lines，RIL）群体进行分离群体分组混合分析（bulked segregant analysis，BSA），初步定位红色种皮相关基因的候选区域，在此基础上，结合标记连锁分析缩小候选区间并预测红色种皮候选基因；最后通过qRT-PCR验证候选基因的表达情况。【结果】检测SN14和TXAJH 4个发育阶段的种皮，共发现12种花青素。在成分上，总花青素的聚类分析表明，TXAJH与SN14之间以及TXAJH显色前后之间的种皮花青素组成均存在明显差异。在含量上，种子发育过程中，SN14种皮花青素的含量逐渐下降，而TXAJH种皮的含量迅速升高并保持稳定，种皮显色后，二者的花青素含量呈现极显著差异，在成熟阶段，TXAJH种皮花青素的含量是SN14的200倍以上。矢车菊素-3-O-葡萄糖苷（Cyanidin-3-O-glucoside，Cy-3-glu）、芍药花素-3-O-葡萄糖苷（Peonidin-3-O-glucoside，Pn-3-glu）和牵牛花素-3-O-葡萄糖苷（Petunidin-3-O-glucoside，Pt-3-glu）是导致TXAJH种皮呈现红色的重要原因。BSA-seq关联分析将红色种皮基因的候选区间定位于第8染色体上，长度为8.66 Mb。利用27个多态性标记进行连锁分析得到10种单倍型，最终将候选区间缩小至702 kb。该区间中在亲本间存在非同义变异的基因共37个，其中，Glyma.08g059900编码MYB转录因子，Glyma.08g061300和Glyma.08g063900编码bHLH转录因子，它们可能参与花青素的生物合成调控；Glyma.08g062000编码花青素还原酶1，可以将花青素转化为原花青素（proanthocyanidin，PA）。基因表达分析结果表明，候选基因和花青素生物合成途径相关基因在SN14与TXAJH中的表达模式相似，均为前者低于后者。种皮花青素主要成分与候选基因表达水平的关联分析结果显示二者之间存在极强的相关性。【结论】SN14与TXAJH的种皮花青素组成存在差异，TXAJH红色种皮呈现红色可能是Cy-3-glu、Pn-3-glu和Pt-3-glu积累的结果。预测Glyma.08g059900、Glyma.08g061300、Glyma.08g062000和Glyma.08g063900为红色种皮候选基因，其中Glyma.08g059900、Glyma.08g061300和Glyma.08g063900可能对花青素生物合成途径的多个基因产生调控作用。

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44. 桃生长势相关基因PpSAUR73功能鉴定

杨丽, 曹洪波, 张学英, 翟含含, 李辛淼, 彭佳伟, 田义, 陈海江

2023, 56 (20): 4072-4086. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.20.012

摘要（198）

HTML （6）

PDF （4518KB）（2272）

【目的】克隆桃树势相关基因PpSAUR73，分析其对多种激素的响应，鉴定其在调控拟南芥生长势中的作用，为科学合理调控树势提供分子依据。【方法】以‘中油蟠9号’为材料进行激素处理，利用实时荧光定量分析PpSAUR73在24 h内的动态响应;以桃品种‘久艳’为材料克隆PpSAUR73;构建PpSAUR73过量表达载体，将其转化拟南芥;对转基因拟南芥进行表型观察，对同时播种的转基因与野生型拟南芥进行萌芽率统计，对萌发一致的生长7 d拟南芥进行根长及下胚轴的测量，对萌发一致的拟南芥进行不同浓度的激素处理;取7 d大小的两个转基因株系及野生型拟南芥材料进行转录组测序，对差异表达基因进行功能分析、KEGG通路富集分析，并分析调控基因。【结果】PpSAUR73能够对激素处理做出快速响应。过表达PpSAUR73能够影响拟南芥种子萌芽，转基因拟南芥幼苗下胚轴及根长较野生型长，莲座大，整体长势好于野生型，且降低了对生长素的敏感性。过表达PpSAUR73的转录组分析结果显示，在两个对比组中均表达的差异基因有128个，其中有84个上调基因，44个下调基因，并对20个表达量较高的差异基因进行了描述。对过表达PpSAUR73产生的差异表达基因进行GO功能显著性富集分析，结果表明差异表达基因在细胞组分方面富集的基因最多，定位在细胞质、细胞膜、细胞器和细胞外区域。对差异表达基因进行KEGG通路富集分析，结果表明差异表达基因主要富集到苯丙氨酸生物合成通路、植物激素信号转导通路、淀粉蔗糖代谢通路等代谢通路。在苯丙氨酸生物合成通路中，PpSAUR73能够调控编码过氧化物酶基因AT1G05260、AT3G01190、AT3G32980、AT5G15180表达上调，过氧化物酶与木质素合成相关，木质素含量与植株长势呈显著相关，暗示过表达PpSAUR73可能参与调控拟南芥木质素合成从而调控长势。在植物激素信号转导通路中，生长素信号转导中的一些生长素响应基因AtSAUR41、AtSAUR71、AtSAUR51、AtSAUR72和AtSAUR1等表达下调，脱落酸信号转导途径中磷酸酶蛋白AtPP2CA表达上调，而脱落酸信号通路基因AtPYL5表达下调。PpSAUR73能够调控拟南芥长势，参与多种激素信号转导。【结论】PpSAUR73能够快速对激素做出响应，且能够调控转基因拟南芥长势;PpSAUR73过量表达导致的差异基因主要富集到苯丙氨酸生物合成通路、植物激素信号转导通路、淀粉蔗糖代谢通路等代谢通路;PpSAUR73调控IAA、ABA信号转导，推测其在桃树的生长发育过程中起到了重要作用。

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45. 非洲猪瘟疫苗的研发策略与应用前景：可行性和可能性

王涛, 罗瑞, 孙元, 仇华吉

2023, 56 (11): 2212-2222. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.11.014

摘要（385）

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PDF （572KB）（2201）

非洲猪瘟（African swine fever, ASF）是由非洲猪瘟病毒（African swine fever virus, ASFV）感染猪而引起的一种烈性传染病，强毒株急性感染死亡率可高达100%。当前，ASF全球流行与危害不断加剧。该病自2018年传入我国后，经过3年多的流行，最初暴发的基因Ⅱ型ASFV强毒株，已演化出弱毒株。2021年又出现了基因I型低毒力ASFV的流行，使我国ASF防控和根除面临的形势更加严峻和复杂。作为传染病防控的有效利器，ASF疫苗的研发受到政府、生猪养殖、疫苗制造企业和科学界的广泛关注。随着相关科研经费的不断加大，近年来基于灭活、减毒、亚单位、病毒载体和DNA等疫苗研发策略，在ASF疫苗研究中取得空前进展，加深了对ASF疫苗研发与评价的科学认知。当前，部分ASF疫苗候选株已经或即将进入临床试验阶段，应用前景较为乐观，但仍有一些问题亟待解决。本文结合国内外ASF疫苗最新研究成果与观点，系统总结了不同疫苗研发策略的优势和劣势及其面临的技术瓶颈，现有ASF疫苗候选株的科学评价，并对未来安全高效ASF疫苗的发展方向与挑战，以及ASF疫苗的应用前景进行了讨论，以期为业内人士提供参考。

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46. 丙戊酸对双峰驼成纤维细胞重编程影响

张启冉, 李宗帅, 马甜, 李怡娜, 赵兴绪, 张勇

2023, 56 (12): 2407-2420. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.12.014

摘要（186）

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PDF （2504KB）（2197）

【目的】探讨提高双峰驼成纤维细胞重编程效率，减少因原癌基因引入造成致瘤风险。试验在成纤维细胞重编程过程中添加丙戊酸（valproic acid，VPA），探索小分子物质对双峰驼成纤维细胞重编程的影响，为双峰驼发病机制研究提供参考依据。【方法】采用3月龄双峰驼胎儿成纤维细胞，结合经典诱导组合OSKM（Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc及治疗）和EGFP等5种逆转录病毒对双峰驼成纤维细胞进行重编程（OSKM组），并在第二次病毒感染后添加VPA处理7 d（OSKM+VPA组）收集细胞。利用PCR技术对所得细胞进行内、外源基因检测以证实逆转录病毒对双峰驼成纤维细胞的修饰作用，根据RNA-seq数据从VPA影响较为明显的基因中随机挑选8个基因，检验其在添加VPA前后的变化趋势是否与RNA-seq数据趋势一致，以验证RNA-seq数据的准确性。通过GO分析对转录组样本基因进行分类，并使用KEGG通路富集分析和超几何验证分析明确目的基因显著富集通路。对收集到的细胞进行总RNA提取并结合RNA-seq技术和实时荧光定量PCR（Real time-quantitative interpretation，RT-qPCR）技术检测VPA对双峰驼成纤维细胞重编程的影响。【结果】使用PCR技术检测内、外源基因在不同分组的表达，结果显示nSox2、Sox2、Oct4、Klf4、c-Myc在OSKM和OSKM+VPA组中均有表达，且OSKM+VPA组表达量高于OSKM组，而其在BCEFs组不表达。随机挑选8个基因检测，结果表明与细胞周期信号通路有关的TP53、CCNB1、CDC20这3个基因在添加VPA后表达量下调；与癌症表型特征相关的S100A4、CKS2、VIM、MMP9表达下调；PI3k-Akt信号通路中VEGFC表达上调；此表达趋势与组学数据趋势一致。结果显示在添加VPA后，增殖基因Mki67和PCNA表达下调，而凋亡基因CASP7表达上调。对转录组数据进行KEGG和超几何验证分析，根据分析结果筛选出959个差异表达基因，富集在276个信号通路中，其中Q值小于0.05的信号通路有八条：类固醇生物合成、细胞周期、PPAR信号通路、孕酮介导的卵母细胞成熟、脂肪酸代谢、ECM-受体相互作用、细胞黏附分子和胆固醇代谢。经筛选获得与细胞周期、脂肪酸代谢、细胞黏附分子和胆固醇代谢等相关的26个差异表达基因，并随机选取其中四个基因进行检测，结果表明：VPA可使双峰驼成纤维细胞黏附分子信号通路中L1CAM、CNTN1、NFASC三个基因表达上调，细胞间互作增强，同时上调脂肪酸信号通路中CD36基因的表达。【结论】VPA可将细胞阻滞在分裂期之前，以减少重编程过程中分化几率。同时，VPA对双峰驼成纤维细胞重编程过程中多条信号通路均具有影响，调节信号通路中相关基因表达趋势，有效提高细胞重编程效率，在双峰驼成纤维细胞重编程中发挥重要作用。

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47. 玉米镰孢菌复合病原茎腐病抗性种质资源鉴定及抗性基因挖掘

桂翠林, 马亮, 王银莹, 谢富贵, 赵彩宏, 王文淼, 李鑫, 王青, 高夕全

2024, 57 (13): 2509-2524. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.13.002

摘要（360）

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PDF （5108KB）（2191）

【目的】玉米茎腐病是我国玉米主产区普遍发生的重要病害之一，自然条件下，玉米茎腐病多由多种病原菌共同侵染造成。筛选抗禾谷镰孢菌（Fusarium graminearum）和拟轮枝镰孢菌（Fusarium verticillioides）复合侵染的优异玉米种质，鉴定与复合病原引起的茎腐病抗性相关数量性状核苷酸（quantitative trait nucleotide，QTN），挖掘抗性候选基因，为玉米抗复合病原抗性分子育种提供基因资源和理论借鉴。【方法】以一个玉米自然群体为试验材料，接种F. graminearum和F. verticillioides复合病原菌，鉴定茎腐病表型；利用全基因组关联分析，筛选显著抗性SNP位点，预测抗病候选基因。【结果】通过田间和室内2个环境下接种复合病原后的茎腐病表型鉴定试验，发现不同来源和亚群的自交系对复合病原侵染的表型差异显著。田间表型鉴定结果表明，收集于中国的自交系普遍抗性较高，而美国的自交系普遍感病性较高；热带及亚热带亚群的自交系抗性较高，混合型亚群的自交系感病性较高。室内表型鉴定结果表明，收集于美国的自交系材料抗性较高，国际玉米小麦改良中心的自交系材料感病性高；硬秆亚群的玉米种质表现较高抗性，混合型亚群的种质表现较高感病性。于田间和室内2个环境下分别筛选出29份和16份对复合病原侵染具有较高抗性水平的种质，2个环境共同筛选到6份抗病种质。基于田间表型GWAS分析，鉴定到18个与复合病原茎腐病抗性显著相关的QTN，挖掘出93个抗病候选基因；有4个基因表现出单倍型变异，且接种后基因表达水平在抗病材料中呈上调趋势。【结论】利用遗传背景丰富的玉米自然群体，在2个环境中共同鉴定出6份玉米镰孢菌复合病原茎腐病抗性材料，可作为潜在的玉米抗茎腐病育种种质资源；挖掘出4个可能参与复合病原菌抗性的候选基因，为玉米镰孢菌复合病原茎腐病抗性育种提供基因资源。

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48. 草甸草原关键物种功能性状对长期放牧和停牧恢复的响应

司雨凡, 李辉, 李子好, 姜翠霞, 郭昊南, 杨培志, 席杰军, 闫瑞瑞, 乌仁其其格, 山丹, 辛晓平

2023, 56 (18): 3693-3708. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.18.016

摘要（220）

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PDF （1245KB）（2184）

【目的】植物功能性状对环境变化及外部干扰的响应，反映了植物的表型塑性、生存策略及适应能力。通过长期放牧条件下草原植物功能性状的变化及停止放牧后的恢复响应研究，为草原恢复管理的研究提供理论依据。【方法】探究了生长季不同放牧梯度下呼伦贝尔草甸草原6个关键物种（羊草、日阴菅、糙隐子草、斜茎黄芪、裂叶蒿、细叶白头翁）叶片功能性状（叶片干重、叶片含水量、叶面积、比叶面积、叶片氮含量、叶片磷含量、叶片C/N、叶片N/P）的变化，以及生长季停止放牧后的草甸草原关键物种叶片功能性状的即时恢复响应。【结果】（1）6个关键物种的相对生物量和重要值随放牧强度增加而减小，轻度和重度放牧强度停止放牧后的值大于继续放牧。（2）6个关键物种的叶片干重、叶片C/N整体随放牧强度的增加呈减小趋势；叶片含水量、比叶面积、叶片氮含量整体随放牧强度的增加呈增大趋势；除裂叶蒿外各物种叶面积都随放牧强度增加而减小；叶片磷含量除糙引子草外都随放牧强度增加呈增大趋势；随放牧强度增加，羊草、日阴菅、糙隐子草、细叶白头翁的叶片N/P整体呈增大趋势，而斜茎黄芪、裂叶蒿呈减小趋势。（3）停止放牧后，重度放牧的恢复程度高于轻度放牧，6个关键物种的功能性状整体恢复较好，叶片干重、叶片含水量、叶面积、比叶面积、叶片N/P都表现为正响应、叶片磷含量呈现负响应，叶片氮含量、叶片C/N在6个关键物种中正负响应不一，叶片氮含量的正响应少于负响应，叶片C/N的正响应多于负响应。（4）禾草类的叶片形态学性状、杂类草的养分特征对停止放牧后的恢复更敏感，且叶片干重、叶面积和叶片磷含量对放牧强度和物种的交互作用的响应更为显著。停止放牧后，随6个关键种叶面积、叶片氮含量、叶片N/P的增加，叶片干重也在增加。【结论】长期放牧导致草原植物个体小型化，停止放牧后植物功能性状正响应多于负响应，草原植被功能出现明显的恢复响应，草甸草原的地上生物量有所增加。

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49. 高效GFPuv荧光筛选基因编辑载体的改造及其在马铃薯遗传转化中的应用

杜静雅, 陈凯园, 普金, 周会英, 祝光涛, 张春芝, 杜慧

2023, 56 (11): 2223-2236. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.11.015

摘要（381）

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【目的】转基因技术的发展离不开筛选标记的完善与创新，其中的可视化筛选标记在转基因中的应用越来越广泛。近年来，经过突变获得的增强型黄绿荧光蛋白（an enhanced Yellow Green Fluorescent like Protein (eYGFP) under ultraviolet (UV)，eYGFPuv（GFPuv））在365 nm紫外光线下能够发出强烈且稳定的绿色荧光，便于观察。构建GFPuv荧光筛选的基因编辑载体，并在马铃薯遗传转化中进行应用验证，为GFPuv荧光筛选在马铃薯转化中广泛应用提供技术支持，同时为后期利用基因组编辑技术创制马铃薯雄性不育系奠定基础。【方法】利用同源重组技术将GFPuv表达框架和基因编辑元件Cas9_sgRNA依次与pCAMBIA2300载体连接，并进行农杆菌介导的烟草瞬时转化试验；通过发根农杆菌Ar qual和MSU440转化马铃薯茎段，在便携紫外灯下观察，并统计荧光根；利用改造载体构建了6个马铃薯花药发育保守基因的编辑载体，通过发根农杆菌体系转化2种马铃薯材料，验证转化效率和编辑效率；利用改造载体对马铃薯进行遗传转化。【结果】成功构建了GFPuv荧光筛选的基因编辑载体pCAMBIA2300MGFPuv-sgRNACas，瞬时转化烟草证实GFPuv表达框架能正常表达；2种发根农杆菌的转化均筛选到绿色荧光的毛状根，加入卡那霉素（kanamycin，Kan）显著提高阳性荧光根的比例，2种菌的转化效率差异不大，但MSU440的发根形成速度更快；6个马铃薯花药发育保守基因的编辑载体在2种马铃薯材料中的转化效率和编辑效率是一致的，但不同靶位点的编辑效率差异较大；改造载体遗传转化马铃薯证实GFPuv荧光可用于马铃薯愈伤组织和再生苗的筛选。【结论】发根农杆菌遗传转化体系是基因编辑效率验证的重要途径，GFPuv荧光可用于马铃薯转化的筛选。

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50. 球毛壳菌固态发酵产抗植物病原真菌活性物质的工艺优化

廖宏娟, 江玉梅, 冶霞, 张志斌, 马童雨, 朱笃

2023, 56 (11): 2106-2117. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.11.006

摘要（232）

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【目的】优化球毛壳菌（Chaetomium globosum）秸秆固态发酵的培养基组成和发酵条件，提高发酵粗提物的抗真菌活性，为球毛壳菌生物农药的开发及秸秆绿色资源化提供参考。【方法】首先，以粗提物抗9种植物病原真菌菌丝生长的抑制率为评价指标，对培养基中的秸秆（水稻、小麦、玉米、油菜）和氮源（豆粕、麦麸、氯化铵）进行筛选，确定最适发酵培养基组成。随后进行发酵条件的单因素优化，以粗提物对辣椒疫霉的抑制率为评价指标，初步确定各发酵条件的较优范围及对粗提物抗真菌活性影响的程度。基于单因素优化的结果，利用正交设计对发酵条件进行正交优化，各参数的范围如下：发酵时间18—36 d、发酵温度26—32 ℃、培养基初始含水量70%—85%、秸秆与麦麸质量比4﹕1—1﹕1、秸秆粒径20—>100目。最后，获得球毛壳菌秸秆固态发酵产抗真菌活性物质的最优发酵条件并进行验证。【结果】在筛选固态发酵培养基组成时发现，球毛壳菌以小麦秸秆和麦麸组成的培养基进行发酵所获得的粗提物的抗真菌效果总体上优于其他组成的培养基。在发酵条件单因素优化中，菌液接种量对粗提物抗真菌效果影响不显著，故不对其进行后续的正交优化。正交优化中各发酵条件对球毛壳菌发酵粗提物抗真菌活性的影响极为显著（P<0.001），其影响程度依次为小麦秸秆与麦麸质量比>发酵时间>培养基初始含水量>发酵温度>小麦秸秆粒径。正交优化获得的最优发酵条件为发酵时间24 d、发酵温度26 ℃、培养基初始含水量80%、小麦秸秆与麦麸质量比4﹕1、小麦秸秆粒径60—100目。经发酵条件优化后，1 mg·mL^-1的球毛壳菌发酵粗提物对核盘菌、辣椒疫霉、稻瘟病菌、桃褐腐病菌、尖镰孢、黄色镰孢、鞘腐霉、禾谷镰孢、水稻纹枯病菌的抑制率分别为100%、92.86%、85.94%、83.90%、76.12%、73.02%、66.18%、58.96%、52.99%。【结论】经过发酵培养基组成和发酵条件优化后，球毛壳菌的发酵粗提物具有较高的抗真菌活性，可为后续分离、纯化球毛壳菌利用秸秆固态发酵产生的抗真菌活性物质打下基础。

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