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2020年 第53卷 第1期 刊出日期：2020-01-01

  

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中国农业科学. 2020, 53(1):  0. 

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相关文章 | 多维度评价

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

利用RNA-Seq发掘玉米叶片形态建成相关的调控基因

郭书磊,鲁晓民,齐建双,魏良明,张新,韩小花,岳润清,王振华,铁双贵,陈彦惠

中国农业科学. 2020, 53(1):  1-17.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.001

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【目的】叶片宽度和长度等叶形特性是决定植株形态,进而影响种植密度的重要农艺性状,通过转录组测序技术筛选并挖掘玉米叶片形态建成相关的代谢路径及调控基因,为深入认识叶片发育的分子机理和鉴定叶宽、叶长候选基因奠定基础。【方法】以极端窄叶自交系NL409和宽叶自交系WB665为材料,利用RNA-Seq技术鉴定7叶期第七片叶近基部的差异表达基因（DEGs）,通过生物信息学分析,筛选与叶片发育密切相关的代谢通路,利用qRT-PCR验证不同激素路径叶形相关基因的表达结果,并结合启动子区域的序列差异挖掘叶形功能基因。【结果】分析对照（WB665）和样品（NL409）高通量测序结果,在叶宽形成关键部位共筛选出5 199个DEGs,其中,2 264（43.55%）个基因表达上调,2 935（56.45%）个基因下调表达,下调基因明显多于上调基因;GO功能富集分析表明,差异基因主要富集在细胞膜相关的细胞组分中,涉及代谢过程和细胞响应刺激;KEGG富集分析表明,差异基因主要参与到核糖体、植物激素信号转导、苯丙烷类代谢、乙醛酸和二羧酸代谢等过程,其中核糖体、植物激素信号转导、鞘脂类代谢下调表达基因较多的路径与叶片发育密切相关。核糖体路径富集到多个PRS（PRESSED FLOWER）基因,分析发现PRS13（PFL2）可能在调控窄叶发育过程中发挥重要作用。鞘脂代谢路径富集的基因几乎全部下调表达,引起抑制叶片发育的AP1（APETALA1）类和MAPK（Mitogen-Activated Protein Kinase）类基因上调,以及促进叶片发育的LFY（LEAFY）下调,与窄叶发育受抑制的表型一致。植物激素信号转导路径富集到的油菜素内酯（BR）响应基因和赤霉素（GA）代谢基因下调,细胞分裂素（CTK）和大部分生长素（Auxin）响应基因上调,与窄叶中DELLA蛋白基因上调表达,抑制GA并促进CTK基因表达的作用模式一致。通过qRT-PCR对18个叶片发育相关基因进行分析,结果表明,其表达趋势与转录组结果一致,分析发现BR相关的ROT3、Auxin相关的NAL7-like、AGO7-like以及TCP类转录因子CYC/TB1等基因与窄叶的形成密切相关。【结论】明确了一些与玉米叶片发育密切相关的代谢路径,还发现植物激素间的动态平衡对叶片发育有着重要影响,尤其是生长素与油菜素内酯、细胞分裂素与赤霉素之间的相互作用对调控叶片形态可能发挥重要作用。

异源表达芥菜BjMATE增强紫花苜蓿耐酸铝胁迫的机理

李小冬,尚以顺,李世歌,陈光吉,裴成江,孙方,熊先勤

中国农业科学. 2020, 53(1):  18-28.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.002

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【目的】酸铝胁迫是南方农业生产面临的主要环境胁迫之一。研究乡土植物对酸铝胁迫的适应机理,发掘并利用优良基因培育抗酸耐铝作物新品种,从而为紫花苜蓿分子遗传改良奠定基础。【方法】贵州省草业研究所紫花苜蓿遗传改良组前期已从贵州乡土资源平坝苦油菜中克隆获得BjMATE,并将其构建过量表达载体。采用组织培养和花器官浸泡法分别对紫花苜蓿和拟南芥进行遗传转化,根据NPT抗性基因和特异基因设计引物对转化材料进行分子鉴定,并采用qRT-PCR进行表达量的鉴定。利用水培法平行比较转基因和对照紫花苜蓿在酸、铝和酸铝组合胁迫条件下的发芽率、幼苗生长状况,以及在长时间弱酸铝胁迫条件下的幼苗地上和地下部分的生长变化。采用酶标仪检测酸、铝以及酸铝组合胁迫条件下转基因和对照紫花苜蓿根系中POD、SOD、CAT等抗氧化酶的活性和MDA含量的变化,同时在BjMATE过表达的拟南芥中采用qRT-PCR的方法分析酸铝代谢途径的关键基因AtMATE、AtPIN2、AtALS3、AtALMT1和AtSTOP1在胁迫条件下的表达变化,并对其调控关系进行讨论。【结果】过量表达BjMATE的拟南芥和紫花苜蓿的阳性率分别为100%与66.7%,候选紫花苜蓿和拟南芥转基因株系中BjMATE的表达量分别比对照上调63.02和76.87倍。过量表达BjMATE紫花苜蓿株系OEMs-5和对照中苜1号紫花苜蓿的发芽率在正常、酸胁迫、铝胁迫和酸铝组合胁迫条件下都没有显著差别,但是其发芽势在胁迫条件下显著优于对照中苜1号。在长时间弱胁迫条件下,OEMs-5的株高与对照没有显著区别,但在铝离子胁迫和酸铝组合胁迫条件下,其的生物产量和根系伸长显著优于对照中苜1号。抗氧化酶活性和MDA含量在OEMs-5与中苜1号中的变化不尽相同。POD和SOD的活性在胁迫处理后的2个材料中都显著上升,但只有SOD的活性在2材料间差异显著。CAT的活性在处理间和材料间都没有显著的差异。MDA的含量略有下降,在铝离子和酸铝组合胁迫条件下的2个材料中差异达显著水平。qRT-PCR显示,在OEAt-1植株中,AtMATE、AtPIN2、AtALS3、AtALMT1和AtSTOP1受铝和酸铝组合胁迫诱导,但只有AtSTOP1在OEAt-1与野生型之间差异显著。【结论】BjMATE能够正向调节紫花苜蓿在种子萌发和幼苗生长阶段对酸铝胁迫的耐受性。活性氧清除系统尤其是SOD以及酸铝代谢途径关键基因AtSTOP1可能参与BjMATE介导的酸铝胁迫调节。

耕作栽培·生理生化·农业信息技术

秸秆还田量对不同基因型夏玉米产量及干物质转运的影响

穆心愿,赵霞,谷利敏,冀保毅,丁勇,张凤启,张君,齐建双,马智艳,夏来坤,唐保军

中国农业科学. 2020, 53(1):  29-41.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.003

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【目的】科学客观评价秸秆直接还田的综合效应,对提高秸秆资源利用率、促进农业绿色可持续发展意义重大。本研究在黄淮海冬小麦-夏玉米一年两熟区设置大田定位试验,探究不同基因型夏玉米对秸秆还田量的响应,为该区秸秆还田技术的综合评价和秸秆还田量的优化提供依据。【方法】试验于2017年10月至2018年10月在河南原阳进行,采用裂区试验设计,设置秸秆还田量和基因型两个因素。秸秆还田因素为主区,设置4个秸秆还田量处理,分别为秸秆不还田（S0）、半量秸秆还田（S1）、全量秸秆还田（S2）和倍量秸秆还田（S3）;基因型为副区,供试品种分别为浚单20（XD20）和郑单958（ZD958）。分析2个品种在不同秸秆还田量处理下叶面积指数（LAI）、干物质积累与转运、产量性状的差异。【结果】与秸秆不还田处理相比,秸秆还田能维持玉米花后较高的叶面积指数,且基因型与秸秆还田量间存在显著的交互作用。玉米开花期,XD20和ZD958的LAI均随秸秆还田量的增加而增加,在S3处理下最高。玉米成熟期,XD20和ZD958的LAI降幅随秸秆还田量增加而呈先降后升的趋势,XD20在S1处理下最低,ZD958在S2处理下最低;且2个品种成熟期LAI随秸秆还田量增加呈先升后降的趋势,XD20在S1处理下最高,ZD958在S2处理下最高。花后较高的叶面积指数有利于玉米花后维持较高的干物质生产能力,从而显著提高花后干物质积累量,优化干物质积累与分配特性。基因型和秸秆还田量互作显著影响花前营养器官的干物质转运量（DMR）和转运率（DMRE）、花前干物质转运对籽粒干物质积累贡献率（DMRCG）、花后干物质积累量（DMAA）及其对籽粒干物质积累贡献率（DMAACG）。随秸秆还田量增加,XD20花前营养器官（茎鞘+叶片）的DMR、DMRE和DMRCG呈先降后升趋势,均在S1处理下最低,而花后DMAA和DMAACG则呈先升后降趋势,均在S1处理下达到最高值;ZD958花前营养器官（茎鞘+叶片）的DMR、DMRE和DMRCG以及花后DMAA均呈先升后降趋势,均在S2处理最高。玉米花后干物质积累量的增加,有利于增加粒重,进而提高籽粒产量。与S0处理相比,S1、S2和S3处理均提高了玉米籽粒产量,但玉米籽粒产量并未随着还田量的增加而持续增加;XD20在S1处理下2年籽粒产量最高,2年平均高于其他处理3.5%—17.7%,ZD958在S2处理下2年籽粒产量最高,2年平均高于其他处理0.4%—16.8%。【结论】在黄淮海冬小麦-夏玉米一年两熟潮土区,适量秸秆还田可延缓玉米生育后期叶片衰老进程,优化玉米干物质积累与分配特性,提高花后干物质积累量,增加粒重,进而提高玉米籽粒产量。但不同基因型玉米对秸秆还田量的响应有很大差异,在推广秸秆还田时,不仅要考虑秸秆还田量,还要考虑作物遗传因素对秸秆还田效应的影响。

基于机器视觉的稻茬麦单茎穗高通量表型分析

丁启朔,李海康,孙克润,何瑞银,汪小旵,刘富玺,厉翔

中国农业科学. 2020, 53(1):  42-54.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.004

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【目的】高通量表型技术不仅是现代育种领域的重要手段,也是解析田间作物生理生态行为的工具,但不同类别高通量表型技术的基础架构特征仍不清楚,因此需要针对机器视觉高通量表型技术进行专门探讨。【方法】本文用机器视觉技术检测计算稻茬麦茎穗一体的表型指标。使用宁麦13、鲁原502和郑麦9023 3个小麦品种,进行小区化对比试验,使用等孔距栅条精播板进行单粒精播,准确控制条播小麦的群体条件。于稻茬麦成熟期进行茎穗一体图像获取,对图像进行灰度增强、直方图均值化、S分量提取、Otsu阈值分割、茎穗分离和茎穗形态参数提取等操作。提取的稻茬麦地上部单茎穗各器官的形态参数包括茎秆长、茎秆平均宽度、茎秆投影面积、茎秆周长、麦穗长、麦穗平均宽度、麦穗投影面积和麦穗周长。同时,使用传统方法获取小麦单叶片质量、单茎秆质量、单穗质量和单穗籽粒产量等农艺性状指标。分别构建线性模型、二次模型、指数模型及拓展模型进行多维指标拟合,包括小麦单茎穗生物量与单穗籽粒产量关系、单茎穗的麦穗形态参数与单穗籽粒产量关系等拟合分析。在单茎穗层面对小麦茎穗的表型指标与单穗籽粒产量之间的关系进行相关分析和回归分析,进而基于机器视觉在小麦茎穗一体方面的个例应用,讨论大田高通量表型分析的机器视觉技术研发的要点。【结果】宁麦13、鲁原502和郑麦9023 3个小麦品种的单叶片质量与单穗籽粒产量的相关系数依次下降,小麦单茎穗形态参数与单穗籽粒产量的相关性显著低于生物量指标,但单穗投影面积、单穗长与单穗籽粒产量依然存在显著正相关。3个小麦品种在单茎穗的各生物量指标与单穗籽粒产量的最优回归模型各不相同,麦穗图像的形态参数不能准确反映单穗籽粒产量,但单茎穗的茎秆和麦穗形态参数的组合应用表现出最佳的拓展模型拟合结果。利用茎穗一体的数字图像处理所得的复合型形态参数可以准确预测单穗籽粒产量,从而表明利用机器视觉技术观测小麦的生长过程并实时预测产量的可行性。【结论】机器视觉技术能提供远高于常规农艺性状的高通量指标集,为解析各类农艺性状之间的联系及产量的通径分析提供更多的途径,但也造成高维指标集和有价值信息提取的技术困难。应用于田间小麦群体的机器视觉技术应具备多尺度智能化自适应的技术架构,同时应具备基于场景、群体、个体和器官的多空间尺度和苗期、分蘖期、拔节期等多生理时间尺度的统计性数字表型发现和计算能力,同时,机器视觉各技术研发环节和各技术模块都需要农艺学深度参与和校准,而配备标准表型数据库更是保障高通量技术实用性和可靠性的基础。

植物保护

FliZ调控枯草芽孢杆菌Bs916生物膜形成 及其对水稻纹枯病的防治效果

周华飞,杨红福,姚克兵,庄义庆,束兆林,陈志谊

中国农业科学. 2020, 53(1):  55-64.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.005

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【目的】发掘并鉴定枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）Bs916生物膜形成调控新基因,检测其对Bs916生物膜形成能力和对水稻纹枯病防治效果的影响。【方法】利用基因同源重组技术构建fliZ基因位点的单敲除突变株,通过干重分析法来验证其生物膜形成的缺陷;利用平板对峙试验检测fliZ突变株和Bs916对水稻纹枯病菌（Rhizoctonia solani）的抑菌效果;利用高效液相色谱（HPLC）检测fliZ突变株和Bs916中影响防治效果的3种脂肽类抗生素表面活性素、杆菌霉素L和泛革素的相对产量;利用绿色荧光标记技术构建Bs916与fliZ突变株的GFP标记菌株,观察两者在水稻茎秆定殖能力变化;检测fliZ突变株和Bs916对水稻纹枯病的防治效果。【结果】成功构建了fliZ位点单敲除突变株,与对照组Bs916的三维立体结构生物膜相比仅能形成平面二维结构生物膜,呈现破碎状态,证明其生物膜形成存在显著缺陷;对生物膜干重进行定量分析发现fliZ突变株生物膜干重仅为对照组Bs916的23%,进一步验证了fliZ突变株生物膜形成能力显著下降;游动性试验发现fliZ突变株菌体扩展直径仅为Bs916的32%,证明fliZ突变株的游动能力显著下降;抑菌试验显示两者抑菌带宽基本一致,证明fliZ突变株对水稻纹枯病菌的抑菌能力与Bs916相比无显著差异;成功检测了fliZ突变株和Bs916合成的3种脂肽类抗生素表面活性素、杆菌霉素L和泛革素的相对产量,fliZ突变株中杆菌霉素L相对产量显著增加1倍,而表面活性素和泛革素相对产量与Bs916相比无显著差异;水稻茎秆定殖试验发现fliZ突变株菌体数量显著低于Bs916,在水稻纹枯病病斑附近不出现显著的聚集效应,呈现无序分布状态,证明fliZ突变株与Bs916相比在水稻茎秆上的定殖能力显著下降;对水稻纹枯病的田间防治效果试验显示,fliZ突变株第6—15天防治效果介于6.0%—20.7%,显著低于Bs916的36.0%—57.6%,证明fliZ突变株对水稻纹枯病防治效果显著下降。【结论】鉴定的Bs916生物膜新调控基因fliZ位于控制鞭毛运动的信号通路,直接作用于菌体的游动与扩张,显著单一调控生物膜形成与对水稻纹枯病的防治效果。

番茄ShARPC5抗白粉病功能分析

冯婵婧,孙广正,王阳,马青

中国农业科学. 2020, 53(1):  65-73.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.006

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【目的】白粉病（powdery mildew）是番茄生产上的重要病害,严重影响番茄的产量。番茄基因组测序工作的完成为抗病基因挖掘提供了重要的信息资源。ARP2/3（actin-related protein 2 and 3）复合体是肌动蛋白微丝骨架动力学的主要调控因子,能够参与包括响应外界胁迫等多种细胞学过程。本研究通过对番茄ARPC5（actin-related protein C5）进行克隆和抗病功能验证,为番茄基因组信息完善、抗病机制解析和分子育种等方面打下基础。【方法】从番茄LA1777（Solanum habrochaites）cDNA中PCR扩增ShARPC5,使用DNAMAN 6.0进行多序列比对;MEGA 6.0构建系统发育树;应用在线工具ProtComp v. 9.0进行亚细胞定位预测。利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）比较接种白粉菌（Oidium neolycopersici,On-Lz）后高感品种Moneymaker（MM）和高抗品种LA1777中番茄ARPC5的表达特征,分析白粉菌侵染与ARPC5表达的相关性。应用病毒诱导的基因沉默（virus-induced gene silencing,VIGS）技术进一步验证该基因在番茄中的抗病功能,观察沉默株和野生型株系接种后表型变化,利用台盼蓝和DAB染色法检测植株产生过敏性坏死和H₂O₂的能力,并检测ShARPC5沉默后一些与植物抗病相关标记基因的表达变化。采用农杆菌浸花法遗传转化拟南芥过表达ShARPC5植株,观察转基因和野生型株系接种后表型变化,并统计单病斑分生孢子数。【结果】从番茄品种LA1777中克隆到ShARPC5,编码132个氨基酸残基,包含一个保守的P16-Arc结构域。与番茄MM-白粉菌亲和互作相比,非亲和互作的番茄品种LA1777在接种白粉菌后,ShARPC5显著上调表达,尤其在接种后18 h。在番茄上沉默ShARPC5能够增加植株对白粉菌On-Lz的敏感性,防卫反应基因PR1b1显著下调表达。组织学观察显示与对照植株相比,ShARPC5沉默植株接种后诱导产生过敏性坏死和活性氧减少。在烟草上瞬时过表达ShARPC5能够诱导产生坏死斑。相反,在拟南芥上过表达ShARPC5能够增加植物的抗病性。【结论】ShARPC5是番茄响应白粉菌侵染的重要基因,可减轻番茄白粉病的发病程度,在番茄抗白粉病机理研究方面具有较大的应用价值,可作为番茄抗白粉病分子育种的一个候选基因。

高等级生物安全实验室在生物安全领域的作用 及其发展的思考

刘静,李超,柳金雄,何蕊,孙燕荣

中国农业科学. 2020, 53(1):  74-80.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.007

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生物安全实验室是开展传染病防治、生物入侵等生物安全相关研究的重要场所,同时也为实验人员免受病原感染和防止病原泄露提供了重要安全保障。依据生物质的致病性、毒性大小、感染源范围、传染性、传输性、稳定性、诱导过敏性等危害程度的不同,生物安全实验室的防护等级共计分为4个等级（一级、二级、三级和四级）;其中,生物安全防护等级为三级和四级的生物安全实验室被称为高等级生物安全实验室。高等级生物安全实验室主要用于开展高致病性、传染性病原微生物相关研究,新发/突发烈性传染病诊断、监测及防治技术研发,潜在烈性传染病预防与控制技术的储备性先期研究,以及专门人才的培养培训等,其中的移动式高等级（三级）生物安全实验室还可用于应对突发生物安全威胁事件;此外,高等级生物安全实验室在美欧等国家应对突发公共卫生事件及军事研究等方面,包括“大健康”计划、生物两用技术的研究以及烈性传染病实验室应急救治专业技能培训等,发挥了战略作用。在当今传染病传入风险高发及复杂的国际背景下,高等级生物安全实验室作为传染病预防与控制以及科学研究支撑的基础设施和重要平台,在确保国家安全和社会安定等方面发挥了巨大作用,而我国在高等级生物安全实验室建设、生物安全管理、设施装备研发等方面都亟待加强。本文简略介绍了我国高等级生物安全实验室建设运行情况,就新发突发传染病疫情高发的大背景下国内外高等级生物安全实验室在生物安全领域发挥的作用进行了探讨,并对其目前运行中存在的问题及今后发展策略进行了思考。

土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境

我国主要麦区主栽高产品种产量差异及其与 产量构成和氮磷钾吸收利用的关系

黄宁,王朝辉,王丽,马清霞,张悦悦,张欣欣,王瑞

中国农业科学. 2020, 53(1):  81-93.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.008

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【目的】明确主栽高产品种产量差异与产量构成、氮磷钾吸收利用的关系,对于通过选育优良品种,进一步优化养分管理和栽培措施,缩小产量差,以指导我国主要麦区小麦的高产优质生产。【方法】于2016—2017年度在我国黄淮北片、黄淮南片和长江中下游3个主要冬麦区进行田间试验,种植各麦区主栽高产品种,研究高产小麦品种产量差异及其与干物质累积、产量构成和氮磷钾吸收利用之间的关系。【结果】黄淮北片、黄淮南片和长江中下游麦区籽粒产量均存在较大差异,分别介于7 751—8 702 kg·hm ^-2、7 302—8 413 kg·hm ^-2、5 554—到6 294 kg·hm ^-2。各麦区品种高产的原因不同,黄淮北片麦区,高产品种具有高的地上部生物量和收获指数,穗数也是高产的原因;黄淮南片麦区高的收获指数和穗粒数是高产的关键;长江中下游麦区高产的主要原因是高的收获指数和千粒重。黄淮北片麦区,高产品种有低的籽粒含氮量和需氮量以及高的氮生理效率;黄淮南片麦区,高产品种茎叶含磷量和需磷量较低,但磷生理效率和茎叶含钾量较高;长江中下游麦区,高产品种的籽粒含钾量低,籽粒含磷量和茎叶含磷钾量高,地上部氮磷吸收量高,磷生理效率低于而需磷量高于对照品种。【结论】总体来看,黄淮北片麦区鲁原118、黄淮南片濮麦168、长江中下游麦区华麦7号等具有较好的产量表现;在我国主要麦区,地上部生物量和收获指数仍是高产的关键,同时提高地上部养分吸收利用和养分收获指数,才能提高生理效率,降低养分需求量,实现小麦高产优质。

连续秸秆还田对油菜水稻轮作土壤磷素有效性 及作物磷素利用效率的影响

王昆昆,廖世鹏,任涛,李小坤,丛日环,鲁剑巍

中国农业科学. 2020, 53(1):  94-104.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.009

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【目的】探究长江流域水旱轮作制度下,化学磷肥和秸秆还田配施磷肥对作物生产力的贡献,以及对土壤磷有效性和磷素效率的影响,为农田土壤磷素管理提供科学依据。【方法】试验于2014—2018年在湖北省武汉市华中农业大学进行,选取定位试验中的3个处理,分别为：（1）不施磷（NK）;（2）施磷（NPK）;（3）施磷配合秸秆还田（NPK+S）。通过测定作物产量、磷含量及土壤有效磷,分析作物磷素利用效率,探讨土壤有效磷变化与磷累积盈亏的响应关系。【结果】与NK处理相比,NPK处理的油菜和水稻平均产量分别提高530.3%和35.9%,磷积累量分别提高495.3%和98.5%;与NPK处理相比,NPK+S处理的油菜和水稻平均产量分别提高19.1%和11.0%,磷积累量分别提高20.6%和11.7%;油菜产量和磷积累量对磷肥和秸秆的响应优于水稻。秸秆还田条件下,油菜和水稻的平均磷素农学效率分别提高6.8%和33.9%,油菜、水稻和周年的磷素累积利用率分别提高8.6%、17.0%和19.8%。秸秆还田对水稻磷素利用率和农学效率的影响更为显著。4年油菜水稻轮作后,不施磷处理土壤磷素累积亏缺110.2 kg P₂O₅·hm ^-2,有效磷浓为1.9 mg·kg ^-1;施磷处理土壤磷素累积盈余210.9 kg P₂O₅·hm ^-2,有效磷浓度（4.3 mg·kg ^-1）较不施磷处理提高126.3%;施磷配合秸秆还田处理土壤磷素累积盈余（222.1 kg P₂O₅·hm ^-2）较NPK处理增加5.3%,有效磷浓度（5.1 mg·kg ^-1）较NPK处理提高18.6%。秸秆还田显著提高了土壤有效磷浓度,但土壤磷盈余量没有明显增加。连续秸秆还田和施用化学磷肥条件下,水稻土每盈余100 kg·hm ^-2的磷,NPK和NPKS处理土壤有效磷分别提高1.8和2.0 mg·kg ^-1。秸秆还田促进了土壤磷素有效化。【结论】施磷显著增加了油菜、水稻的产量和磷积累量,提升了土壤磷盈余量和有效磷浓度;秸秆还田在施磷肥的基础上进一步增加了油菜、水稻的产量和磷积累量,提高了作物特别是水稻对磷素的利用率和农学效率,同时能够在避免土壤磷素过量积累的情况下提高土壤有效磷浓度。

紫云英季土壤固氮微生物对外源碳氮投入的响应

杨璐,曾闹华,白金顺,周兴,周国朋,高嵩涓,聂军,曹卫东

中国农业科学. 2020, 53(1):  105-116.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.010

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【目的】分析不同外源有机物料（稻草、葡萄糖）及氮素投入对紫云英季土壤固氮微生物的调控作用,为我国南方紫云英-水稻轮作体系中秸秆还田及化肥减施增效提供支持。【方法】采用盆栽试验,共设7个处理,即CK（对照,不添加有机物料和氮）、稻草等量添加并配施不同量氮素（分别表示为Rs、RsN₁和RsN₂,对应C/N比分别为66、25和13）;等秸秆碳量添加葡萄糖并配施不同量氮素（即Glc、GlcN₁、GlcN₂）、调整C/N比与秸秆添加相应处理保持一致。采集紫云英快速生长期土壤样品,利用Illumina Miseq PE300高通量测序和绝对定量PCR技术分析固氮功能基因nifH及固氮微生物群落特征。【结果】单独添加外源秸秆或葡萄糖处理的土壤C/N与对照无明显差异,但增施氮肥后C/N比呈下降趋势,GlcN₂处理土壤C/N显著低于对照;对于土壤速效养分,Rs和RsN₁处理土壤NO₃ ^--N含量与CK类似,但RsN₂处理明显增加了60%;而添加葡萄糖处理土壤NO₃ ^--N含量整体较高（增幅为35%—79%）;稻草单独添加或与氮素配施对土壤速效磷含量无明显影响,添加葡萄糖处理则显著降低其含量,降幅为16%—24%,但不同氮水平之间无明显差异。不同处理土壤nifH基因拷贝数为80.4×10 ⁶—140.5×10 ⁶ g ^-1土,稻草和葡萄糖添加处理nifH基因拷贝数较CK呈增加趋势,而增施氮素后有所下降。外源碳、氮添加导致固氮微生物α-多样性较CK整体降低,但α-多样性对氮素的响应因碳源种类而异,即稻草添加后增加氮素供应（RsN₁和RsN₂）处理土壤固氮微生物物种数目和Chao 1指数较Rs显著降低,降低幅度分别为6%—11%和13%—15%,而添加葡萄糖后增施氮肥则对α-多样性有一定促进作用。PCoA结果显示土壤固氮微生物群落结构主要因碳源种类差异而聚集为不同组别,受氮水平供应的影响相对较小。属水平上不同物种对外源碳、氮添加的响应存在明显差异：慢生根瘤菌（Bradyrhizobium）相对丰度最高,而外源碳、氮添加后较CK明显降低,且稻草添加处理的降低幅度（12.3%—19.7%）小于葡萄糖添加处理（31.6%—40.5%）;第二优势菌属（地杆菌,Geobacter）对碳源添加的响应趋势与Bradyrhizobium相反,与CK相比,葡萄糖添加处理Geobacter相对丰度的增加幅度（170%—270%）明显大于秸秆添加处理（25.0%—54.6%）。同时,多元回归树、RDA及相关性分析表明土壤固氮微生物丰度、多样性和群落结构组成主要受土壤NO₃ ^--N和速效磷的影响较大。【结论】氮素供应对固氮微生物多样性和群落结构的调控作用受碳源种类（或秸秆和葡萄糖中碳源有效性差异）影响;同时,不同碳源添加后造成土壤速效磷含量的差异也可能是影响紫云英季土壤固氮微生物群落组成的重要环境因子。

专题：黄瓜分子生物学

黄瓜重要农艺性状的分子生物学

张圣平,顾兴芳

中国农业科学. 2020, 53(1):  117-121.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.011

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黄瓜幼苗下胚轴长度GWAS分析及候选基因挖掘

蔡和序,薄凯亮,周琪,苗晗,董邵云,顾兴芳,张圣平

中国农业科学. 2020, 53(1):  122-132.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.012

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【目的】挖掘与黄瓜幼苗下胚轴长度显著相关的SNP位点及候选基因,为揭示下胚轴长度的遗传基础和分子机制提供理论依据,为短下胚轴分子标记辅助选择育种奠定基础。【方法】以95份黄瓜核心种质为试验材料,分别于2016年春季、2017年春季、2017年秋季和2018年春季在中国农业科学院南口试验基地塑料大棚进行种植,在两叶一心期调查黄瓜幼苗的下胚轴长度;利用Structure 2.3.4软件分析群体结构,Haploview 软件分析连锁不平衡的衰减;基于最优模型对下胚轴长度进行全基因组关联分析（GWAS）,依据关联SNP位点的LD区间序列,预测与下胚轴长度相关的重要关联候选基因,并利用荧光定量PCR对预测基因进行表达模式分析。【结果】共检测到8个显著关联的位点（Hl1.1、Hl1.2、Hl2.1、Hl3.1、Hl3.2、Hl4.1、Hl5.1、Hl6.1）,分别位于1、2、3、4、5、6号染色体,其中,Hl2.1、Hl3.1、Hl3.2、Hl5.1、Hl6.1等5个位点被重复检测到两次以上。通过分析关联SNP位点的LD区间序列,获得Csa1G074930、Csa1G475980、Csa2G381650、Csa3G141820、Csa4G051570、Csa3G627150、Csa5G174640、Csa6G362970 8个与黄瓜下胚轴长度有关的候选基因,其中既有光形态建成、泛素化、激素信号通路等调控基因,也有调控网络下游参与细胞生长发育,调节细胞大小,直接调控黄瓜下胚轴长度的基因。多基因在不同黄瓜材料中的有机分布,形成了具有不同下胚轴长度的黄瓜种质。基因表达分析显示Csa1G074930、Csa1G475980、Csa2G381650、Csa4G051570、Csa5G174640在短下胚轴材料中高表达。Csa3G141820、Csa3G627150在长下胚轴材料中高表达。【结论】检测到Hl1.1、Hl1.2、Hl2.1、Hl3.1、Hl3.2、Hl4.1、Hl5.1、Hl6.1等8个与黄瓜下胚轴长度密切关联的SNP位点,挖掘到Csa1G074930、Csa1G475980、Csa2G381650、Csa3G141820、Csa4G051570、Csa3G627150、Csa5G174640、Csa6G362970等8个调控下胚轴长度的候选基因。

黄瓜ERF基因家族鉴定及其在雌花芽分化中的表达分析

潘健,温海帆,何欢乐,连红莉,王刚,潘俊松,蔡润

中国农业科学. 2020, 53(1):  133-147.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.013

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【目的】通过以黄瓜9930_V2版本基因组为参照进行生物信息学分析,对ERF基因家族在基因组中的数量、结构以及表达特征进行分析,为研究ERF转录因子在黄瓜雌花分化与发育中的作用提供数据支持。【方法】根据已报道的拟南芥ERF,利用黄瓜基因组数据库中9930_V2版本基因组进行BLAST比对,通过MEGA、MEME、TBtools、ExPASy等工具进行生物信息学分析。采用qRT-PCR方法检测不同性型黄瓜材料、雌花发育初期不同阶段中ERF基因家族成员的表达水平。采用酵母单杂交方法验证家族成员与乙烯响应元件GCC-box的互作。【结果】从黄瓜材料9930基因组中鉴定得到138个ERF基因家族成员,共分为10个亚族,编码氨基酸长度介于126—745。按照基因家族成员在染色体上的位置分布,将其命名为CsERF1-CsERF138。多序列比对和motif分析结果表明,黄瓜ERF基因家族均具有AP2/ERF结构域,其中4个成员具有B3结构域。表达分析结果显示,在不同性型材料中共有19个ERF家族成员差异表达,其中9个在FFMMAA基因型中高表达,10个在ffMMAA基因型中高表达。通过雌花芽发育初期ERF家族成员的表达趋势分析,发现31个ERF随子房发育表达上调,30个表达下调。初步证明CsERF9和CsERF31具有结合GCC-box元件的功能。【结论】从黄瓜基因组中鉴定出138个ERF基因家族成员,均拥有1个或多个AP2/ERF结构域;其中部分成员在不同性型材料中差异表达,并可能参与雌花分化初期的基因表达调控;部分成员具有结合保守元件GCC-box调控下游基因表达的功能。

黄瓜CsRPL1/2的克隆及其功能分析

宋维源,侯钰,赵剑宇,刘小凤,张小兰

中国农业科学. 2020, 53(1):  148-159.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.014

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【目的】AtRPL是拟南芥果实发育调控网络中的重要基因,参与胎座框的形成。同源克隆黄瓜的RPL,进行表达模式分析,在拟南芥中异源过表达CsRPL,探究CsRPL的生物学功能。【方法】根据拟南芥AtRPL信息在黄瓜基因组数据库中比对,克隆得到黄瓜CsRPL;利用MEGA5.2对CsRPL与其他物种同源蛋白进行氨基酸序列比对;利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）及原位杂交技术检测CsRPL在黄瓜中的表达模式;在拟南芥中异源表达CsRPL,并对转基因植株进行表达和表型分析。【结果】在黄瓜中存在两个RPL,分别命名为CsRPL1和CsRPL2,均含有BELL-Domain、Homeodomain保守域和两个EAR-Motif。CsRPL1在黄瓜各个部位均有表达,在开放的雄花中表达量最高,且在果实生长前期,其表达量随着果实的发育逐渐降低;CsRPL2在黄瓜各部位表达量均显著低于CsRPL1。原位杂交显示CsRPL1/2在黄瓜果实的胎座框中表达,且杂交信号在茎尖分生组织（SAM）的Central zone（CZ）区域富集。拟南芥异源过表达CsRPL1/2转基因植株的果荚变短,花粉育性降低,且种子发育受到抑制。【结论】CsRPL1/2参与生殖器官的发育,且可能存在功能冗余,在正常生长条件下,CsRPL1优先发挥功能。相比于AtRPL,CsRPL1/2的功能并不完全保守。

黄瓜单性结实性状遗传与QTL定位

牛志红,宋晓飞,李晓丽,郭晓雨,何书强,贺栾劲芝,冯志红,孙成振,闫立英

中国农业科学. 2020, 53(1):  160-171.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.015

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【目的】单性结实性是影响设施黄瓜产量和品质的重要性状。深入解析黄瓜单性结实性状遗传规律并对其进行QTL定位,有助于提高设施专用黄瓜品种育种效率。【方法】以强单性结实自交系‘6457’和弱单性结实自交系‘6426’构建的重组自交系F_2:8为材料,基于3年表型数据,采用黄瓜基因组测序SSR分子标记构建黄瓜遗传连锁图谱,结合QTL-Seq分析,对黄瓜单性结实性进行QTL定位。【结果】黄瓜单性结实性状符合数量遗传特征。利用SSR标记构建了1张包含11个连锁群的遗传图谱,覆盖基因组555.0 cM,平均图距为6.8 cM。2016—2018年春季在3号染色体上均检测到1个与黄瓜单性结实性相关的QTL位点,位于标记SSR19430和SSR15419之间（3.33—5.57 Mb）,遗传距离6.6 cM,贡献率分别为11%、12.5%和6.3%。进一步进行QTL-Seq分析,发现4个与黄瓜单性结实性相关的QTL,分别位于1号（4.38—11.00 Mb）、3号（2.24—10.66 Mb）、6号（15.67—17.93 Mb,26.33—27.49 Mb）染色体上。其中在3号染色体上检测到的QTL与Map QTL所得的QTL区间重叠。推测Csa3G047740、Csa3G073810、Csa3G043910和Csa6G362930为与黄瓜单性结实性状相关的候选基因。【结论】分别在1、3、6号染色体上检测到4个与黄瓜单性结实性相关的QTL位点,其中3号染色体上的QTL年度间稳定,贡献率较高。

黄瓜抗白粉病突变体筛选与鉴定

亓飞,林姝,宋蒙飞,张孟茹,陈姝延,张乃心,陈劲枫,娄群峰

中国农业科学. 2020, 53(1):  172-182.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.016

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【目的】白粉病是危害黄瓜产量、品质的最严重的病害之一,抗白粉病材料的发掘与研究,可以实现从根本上解决病害问题。对获得的‘长春密刺’突变体材料进行分析,旨在筛选出黄瓜抗白粉病突变体材料,丰富育种群体。【方法】对400份‘长春密刺’突变体材料进行苗期接种白粉病菌试验,通过叶片病斑观察结合病情指数分析,初步筛选出抗病材料,将筛选出的抗病材料在大田环境下自然发病进一步观察表型。对初步筛选出的抗病材料进行苗期生理鉴定,测定并分析超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性以及叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、可溶性蛋白含量等生理指标,通过田间自然发病进一步筛选抗病材料,并测定其蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度、气孔导度、净光合速率等光合作用指标及乙烯、茉莉酸、水杨酸激素含量,并通过荧光定量PCR分析叶片中乙烯、茉莉酸、水杨酸、木质素、病程相关蛋白等防御信号途径中相关基因的表达。【结果】与感病材料相比,抗病材料的表面菌斑少,净光合速率、气孔导度都优于对照‘长春密刺’,胞间CO₂浓度低于‘长春密刺’。在防御激素方面,抗病材料的乙烯、茉莉酸、水杨酸含量同样优于感病材料,而在成熟期叶片的防御信号途径相关基因表达上,抗病材料的表达高于感病材料。通过苗期接种白粉病菌和田间自然发病综合筛选出了两份抗白粉病突变体材料：Mu-86-2、Mu-58-9。【结论】通过对突变体库的筛选可以获得抗白粉病新材料,这些材料的获得对黄瓜抗白粉病的遗传研究和新品种培育具有重要价值。

畜牧·兽医·资源昆虫

乳酸杆菌对肉鸡生长性能影响的Meta分析

邢爽,冯京海

中国农业科学. 2020, 53(1):  183-190.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.017

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【目的】利用荟萃分析（Meta分析）研究日粮中添加乳酸杆菌对肉鸡生长性能的影响,以期为肉鸡生产提供一定的理论和数据参考。【方法】从国内外数据库中共检索出符合分析要求的24篇文献,包括25项试验,8 702个研究对象。采用Review Manager（version 5.3）,计算各生长性能指标的标准化均数差SMD（乳酸杆菌组和对照组均数的差值除以两组标准差平均值的商）,根据不同研究使用的样本数量、指标测定的标准差,确定不同研究结果的权重值,汇总多个相互独立的研究结果。根据I ²统计量对纳入文献的生长性能数据进行异质性检验,通过漏斗图及egger检验分析纳入文章的发表偏倚并进行敏感性分析。由于本次分析各项指标均存在显著异质性,故采用随机效应模型对连续型数据进行分析,并根据乳酸杆菌菌种进行亚组分析,探讨不同乳酸杆菌对肉鸡生长性能的影响效果。 【结果】从试验全期来看,饲粮中添加乳酸杆菌显著提高肉鸡的平均日增重（SMD=1.53,P＜0.001）,显著降低料重比（SMD=-1.50,P＜0.001）,对采食量无显著影响（P=0.470）。分别分析肉鸡前期（1—21日龄）和后期（22—42日龄）的生长数据发现,乳酸杆菌显著提高肉鸡前期平均日增重（SMD=1.05,P＜0.001）,有提高后期日增重的趋势（SMD=0.52,P=0.090）,显著降低前期料重比（SMD=-1.31,P＜0.001）和后期料重比（SMD=-0.94,P＜0.001）。从SMD的数值上可以看出,乳酸杆菌对肉鸡前期的促生长效果优于后期。漏斗图及egger分析表明,前期F/G（P=0.012）和后期ADFI（P=0.006）偏倚性达到显著水平,其他指标的偏倚性不显著（P＞0.05）;敏感性分析发现,日增重和料重比的分析结果稳定。异质性检验发现,各生长指标存在显著异质性（P＜0.001）,根据乳酸杆菌菌种进行亚组分析,可降低Meta分析结果的异质性。亚组分析显示,植物乳酸杆菌对肉鸡全期日增重（1.98,P＜0.001）和饲料转化效率（-1.66,P＜0.001）的促进作用优于干酪乳杆菌（0.51,-0.68,P≤0.02）和约氏乳杆菌（1.15,-0.16,P ≤0.02）。【结论】Meta分析表明,乳酸杆菌可改善不同阶段肉鸡的日增重和饲料转化效率,对采食量无显著影响。不同乳酸杆菌的促进作用存在差异,其中植物乳杆菌的促进作用最优。

约束标准化线性回归法估计合成品种动物基因组品种构成

何俊,李智,吴晓林

中国农业科学. 2020, 53(1):  191-200.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.018

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【背景】合成品种是由至少两种纯种（祖先）培育的新品种,旨在兼顾祖先品种的有利遗传特征,并且可以长期保持后代的杂种优势而不需要每个世代都杂交。合成品种的遗传稳定,不同于杂交群体,因而可以像纯种一样繁育。实践中,估计合成品种的祖先品种对每个动物个体基因组的遗传贡献比例,即基因组品种构成（genomic breeding composition, GBC）,在畜禽品种登记、品种培育历史和品种构成分析、品种保护和杂交优势预测等方面有着非常重要的意义。利用基因组SNP基因型数据,采用合适的数学模型和统计方法,可以鉴定现有纯种品种的动物个体或纯种品种在杂交个体基因组的遗传贡献比例,而估计合成品种GBC的方法和研究都较少。【目的】线性回归是估计GBC的常用方法之一,但也存在诸多的问题。本研究旨在提出和评估一种约束的标准化线性回归方法（restricted standardized linear regression, RSLR）,作为传统线性回归方法的改进方法,应用于估计合成品种动物个体的GBC。【方法】采用肉牛王牛（Beefmaster）及其3个祖先品种（婆罗门牛、海福特牛和短角牛）的GGP 50K SNP芯片所测定的基因型数据,通过计算其基因频率和欧氏距离,利用层次聚类分析方法解析了4个动物群体的遗传关系,然后提出了RSLR方法,估计合成品种动物个体GBC的原理和方法。为了检验该方法的估计效果,从基因型数据中选择了均匀分布的分别包含1 000、5 000、10 000、20 000、30 000、40 000个SNP以及3个祖先品种共有的47 900个SNP的7个子集,分别采用RSLR和传统线性回归（linear regression, LR）两种方法估计了4 323头肉牛王牛的GBC,并比较了两种方法的计算结果。【结果】聚类分析的结果与4个品种间的遗传关系相吻合,表明肉牛王牛与婆罗门牛的遗传关系最近,遗传距离小于其与海福特牛和短角牛的遗传距离。LR方法估计的GBC会低估婆罗门牛（0.459—0.462）和短角牛（0.208—0.212）对于肉牛王牛的基因组贡献,同时高估海福特牛（0.326—0.333）的基因组贡献。但RSLR方法估计的肉牛王牛GBC的平均值与3个祖先品种预期的基因组贡献比例比较吻合：婆罗门牛为0.497—0.503,海福特牛为0.262—0.274,短角牛为0.229—0.231。此外,LR方法估计GBC的标准差和变异系数明显大于用RSLR估计的结果。当SNP子集数量在20 000以上时,LR方法估计牛肉王牛的3个祖先品种婆罗门牛、海福特牛和短角牛基因组贡献的标准差分别为0.048、0.032和0.051—0.052,变异系数分别为10.46%—10.50%、9.61%—9.76%和23.94%—25.00%,而RSLR方法估计的标准差,3个祖先品种对应为0.021、0.021—0.022和0.024—0.025,变异系数分别为4.18%—4.20%、7.89%—8.33%以及10.26%—10.68%。【结论】用RSLR方法估计的合成品种肉牛王牛动物个体的GBC,比LR方法的估计结果更加准确,估计的结果比LR方法估计的结果更稳定,且估计的一致性也更好,可以作为线性回归方法的改进,应用于估计合成品种动物个体GBC。

意大利蜜蜂工蜂中肠发育过程中的差异基因 表达谱及调控网络

杜宇,周丁丁,万洁琦,卢家轩,范小雪,范元婵,陈恒,熊翠玲,郑燕珍,付中民,徐国钧,陈大福,郭睿

中国农业科学. 2020, 53(1):  201-212.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.019

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【目的】前期已对意大利蜜蜂（Apis mellifera ligustica,简称意蜂）7日龄工蜂中肠（Am7）、10日龄工蜂中肠（Am10）进行全转录组测序,本研究基于高质量的组学数据探究中肠发育过程中的差异基因表达谱及其调控网络,以期解析意蜂工蜂中肠发育的分子机理。【方法】根据FPKM（fragments per kilobase of transcript per million mapped reads）算法计算基因表达量,并以|log₂ fold change|≥1且P≤0.05作为标准筛选得到差异表达基因（differentially expressed gene,DEG）。利用TargetFinder软件预测ame-miR-6001-3p的靶mRNA。利用相关生物信息学软件,对全部DEG进行GO和KEGG数据库注释。筛选出与AMPK、P13K-Akt、Wnt、cAMP、FoxO、Hippo、mTOR、Jak-STAT、Toll-like受体、TGF-beta、Notch、MAPK和NF-κB 13条信号通路存在富集关系的DEG,以及与ame-miR-6001-3p存在靶向结合关系的DEG,通过Cytoscape软件构建调控网络将其富集关系与调控关系可视化。利用茎环反转录PCR（Stem loop RT-PCR）和实时荧光定量PCR（RT-qPCR）验证ame-miR-6001-3p以及DEG在Am7和Am10中的差异表达情况。【结果】Am7 vs Am10比较组中共有1 038个DEG,包括515个上调基因和523个下调基因。这些DEG涉及细胞进程、代谢进程和催化活性等功能条目,并显著富集在氧化磷酸化、氨基糖与核苷酸糖代谢、脂肪酸代谢和嘌呤代谢等能量和物质代谢通路,表明工蜂中肠内存在旺盛细胞生命与新陈代谢活动。表达量聚类分析发现分别有20、18、15和14个DEG富集在AMPK信号通路、P13K-Akt信号通路、内吞作用和Hippo信号通路。57个DEG与P13K-Akt、Wnt、Jak-STAT等上述13条与生长发育和免疫防御相关的信号通路存在富集关系,且1个DEG可与多条信号通路存在富集关系。调控网络分析结果显示,分别有54个上调基因和44个下调基因可被ame-miR-6001-3p靶向结合;上调基因富集在磷酸肌醇代谢、胰岛素信号通路、Hippo信号通路和谷胱甘肽代谢等43条代谢通路,而下调基因富集在Hippo信号通路、新陈代谢途径、谷胱甘肽代谢和花生四烯酸代谢等20条代谢通路。RT-qPCR结果显示随机挑选的6个DEG的表达量变化趋势与测序数据一致,证实了本研究中基因差异表达真实可靠。此外ame-miR-6001-3p在Am7和Am10内均真实表达,并在Am10中的相对表达量显著较低。【结论】对意蜂工蜂中肠发育过程的DEG表达谱和DEG与ame-miR-6001-3p之间的调控关系,以及DEG的潜在作用进行深入分析和探讨,发现DEG可参与TGF-beta、Wnt、Hippo、Notch、PI3K-Akt、mTOR、AMPK和NF-κB等各类信号通路进而影响中肠的生长发育和免疫防御,DEG可通过与显著下调表达的ame-miR-6001-3p形成复杂的调控网络参与意蜂工蜂中肠发育过程中胰岛素信号通路等多条代谢途径。

研究简报

禾生指葡孢霉的遗传多样性及对苗期青稞的致病性

陈琳,蔺瑞明,王凤涛,庞云星,李雪,赵爱平,张艳霞,张金玲,李文兴,何苏琴,冯晶,李赟,文才艺,徐世昌

中国农业科学. 2020, 53(1):  213-224.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.020

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【背景】在青藏高原及周边高海拔地区,青稞是当地唯一的小禾谷类粮食作物,也是主要饲草来源。穗腐病是近年来仅在青藏高原青稞种植区发现的一种新真菌病害,病原菌为禾生指葡孢霉（Dactylobotrys graminicola）,它能侵染多种麦类作物及禾本科杂草,给青稞安全生产带来严重的挑战。【目的】研究禾生指葡孢霉遗传多样性、系统进化以及对寄主种子萌发的影响,揭示该病原菌的流行传播、与寄主植物互作关系以及初侵染菌源,为病害防治提供参考。【方法】从病害流行区采集病株标本,并从典型病穗组织分离禾生指葡孢霉菌株27个,依据无性世代形态特征加以鉴定,分离获得菌株的单孢培养物,提取基因组DNA。利用SRAP分子标记分析禾生指葡孢霉的全基因组多态性,获得菌株特异性分子标记;利用LSU和Rpb2保守遗传位点比较禾生指葡孢霉与其近缘种属的进化关系;将禾生指葡孢霉分生孢子悬浮液与未萌发或发芽后的青稞种子共培养,分析其对青稞种子萌发及幼苗的影响。【结果】选用14对SRAP引物组合进行穗腐菌遗传多样性分析,平均一对引物扩增产生90个多态性条带;平均每个穗腐病菌株1.4个特异分子性标记,分离自小麦的菌株Z 13008特异性标记最多（7个）,而对照菌株禾谷镰孢（Fusarium graminearum）具有20个特异性标记。禾生指葡孢霉的地域分布与其遗传多样性缺乏明显相关性。在鉴定的菌株中,仅有分离自小麦（Z 13008）、黑麦（Z 13024）和2个分离自青稞的菌株（Z 13013和Z 13006）的遗传多样性与其他菌株差异较大,说明病原菌群体的遗传变异水平较低。利用20个分子标记编制DNA指纹二叉式分类检索表,可鉴定21个禾指葡孢霉菌株。系统进化分析揭示禾生指葡孢霉与丛赤壳属真菌遗传距离较近。青稞种子萌发前接种处理对种子萌发、幼苗生长均无明显的抑制作用,在萌发后共培养处理能明显抑制幼苗根系生长,导致根系变为浅褐色,但对幼苗植株生长无明显影响。【结论】与近缘种禾谷镰孢相比,禾生指葡孢霉群体内基因组DNA多态性较低,而且其遗传变异与寄主种类密切相关。禾生指葡孢霉致病性较弱,对青稞种子萌发和幼苗生长无明显的抑制作用。