Please wait a minute...
广告服务

当期目录

    2021年 第54卷 第8期 刊出日期:2021-04-16
      
    目录
    中英文目录
    中国农业科学. 2021, 54(8):  0. 
    摘要 ( )   PDF (357KB) ( )   收藏
    相关文章 | 多维度评价
    作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
    基于小麦SNP芯片对簇毛麦6V#2和6V#4染色体及其与小麦6A、6D染色体的多态性分析
    许志英,王佰翠,马晓兰,贾子苗,叶兴国,林志珊,胡汉桥
    中国农业科学. 2021, 54(8):  1579-1589.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.08.001
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF (1234KB) ( )   收藏
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    【目的】利用大数据比较2条不同的簇毛麦6V(#2和#4)染色体及其与小麦6A、6D染色体间DNA水平上的差异,为小麦-簇毛麦靶向易位的精准设计育种提供依据。【方法】以6V#4(6D)异代换系RW15为父本和6V#2(6A)异代换系南87-88为母本进行杂交,获得F2分离群体,利用6V#4S/6V#2S/6AS/6DS/6VL特异分子标记检测F2植株,筛选新类型的代换系,并用分子标记结合基因组原位杂交(genomic in situ hybridization,GISH)对新类型代换系进行确认,再利用小麦55K芯片中的6A、6D探针,对新代换系及其双亲南87-88和RW15进行分析;结合660K芯片6A、6D探针对2份簇毛麦的SNP分析结果,筛选6V特异SNP。【结果】GISH分析表明,19EL124和19EL134的体细胞染色体数2n=42,分别携带2条完整的外源染色体;分子标记鉴定结果表明,19EL124含有6V#4S/6DS特异标记带,缺失了6V#2S/6AS特异带,而19EL134含有6V#2S/6AS特异标记带,缺失了6V#4S/6DS特异带;19EL124和19EL134都含有6VL的特异带,证明19EL124为6V#4(6A)异代换系,19EL134为6V#2(6D)异代换系。55K芯片检测结果表明,异代换系中关键染色体探针的检测效率显著低于其他染色体,且对同类型异代换不同系的检测效率也有所不同。1 177个6A探针中,63.21%不能对6A代换系南87-88分型,68.90%不能对6A异代换系19EL124分型,22.51%检测到6V#2和6V#4间的多态性,其中88个只能检测到6V#4染色体,而155个只能检测到6V#2染色体;479个6D探针中,49.48%不能对6D异代换系RW15分型,53.44%不能对6D代换系19EL134分型,16.70%检测到6V#2和6V#4间的多态性,其中23个只能检测到6V#2染色体,42个只能检测到6V#4染色体。整合55K和660K芯片的共有探针,分别从395个6A、231个6D探针筛选获得簇毛麦6V特异的SNP标记22个和15个,其中3个可在6V#2和6V#4染色体间显示多态性。【结论】小麦染色体的缺失与外源染色体的替换,使相应染色体探针的检测效率大幅降低,NA分型比例极大增加,且多数NA分型在2条不同的外源染色体间显示多态;相同探针对2条外源染色体的检测效率不同,小麦6A探针可以更好地检测6V#2,而小麦6D探针可更好检测6V#4;在簇毛麦与异代换系6V染色体的一致性分型中,筛选获得簇毛麦6V特异的SNP标记37个。

    基于部分NCII设计的陆地棉F1表现预测
    秦鸿德, 冯常辉, 张友昌, 别墅, 张教海, 夏松波, 王孝刚, 王琼珊, 蓝家样, 陈全求, 焦春海
    中国农业科学. 2021, 54(8):  1590-1598.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.08.002
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF (1253KB) ( )   收藏
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    【目的】探寻预测陆地棉F1表现的方法,降低育种成本,提高育种效率。【方法】采用60个陆地棉亲本,通过部分NCII交配设计,形成一个由亲本和180个F1杂交组合组成的部分NCII群体,用亲本加性效应(additive effect,A)、一般配合力(general combining ability,GCA)和表型中亲值(mid-parent value,MP)等3种预测方法对F1的产量和纤维品质性状进行预测。【结果】陆地棉皮棉产量杂种优势明显。皮棉产量正向中亲优势的组合占97.78%,中亲优势平均达19.63%;正向超亲优势的组合占79.44%,超亲优势平均达8.47%。3种预测方法对F1表现具有不同的预测效果,其中,以亲本加性效应对F1的表现预测效果最优,其对皮棉产量、铃数、铃重、衣分、纤维长度、纤维强度和马克隆值等7个目标性状预测精度(pearson相关系数)达到0.738—0.928。性状的加性方差分量和亲本杂交次数对预测效果有影响。加性方差分量越大,所有方法的预测精度都越高;随着每个亲本杂交次数的增加,加性效应预测和GCA预测的精度提高,但表型中亲值预测的效果基本无变化。【结论】陆地棉F1的表现可以通过利用包含亲本的部分NCII设计群体和亲本的加性效应进行有效预测,采用“大群体、少杂交”的策略可以在保持预测效果的同时降低预测的工作量。

    栽培种花生株型相关性状的QTL定位
    孟鑫浩,邓洪涛,李丽,崔顺立,Charles Y.Chen,侯名语,杨鑫雷,刘立峰
    中国农业科学. 2021, 54(8):  1599-1612.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.08.003
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF (4162KB) ( )   收藏
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    【目的】栽培种花生是世界范围内重要的油料作物和经济作物,其株型相关性状是典型的数量性状,亦是重要的农艺性状,与产量和机械化收获密切相关。对花生株型相关性状进行遗传分析和QTL定位,筛选与之紧密连锁的分子标记,有助于花生的品种保护和品种鉴别,为花生株型分子育种提供重要的理论依据。【方法】以直立型花生品种冀花5号和匍匐型M130为亲本构建的包含321个家系的RIL群体为研究材料,于2016—2018年分别在海南市、邯郸市、保定市和唐山市等7个环境下种植,各个环境均在收获时调查统计花生侧枝夹角、主茎高、侧枝长、株型指数和扩展半径等5个株型相关性状的表型值。同时,利用SSR、AhTE、SRAP和TRAP等分子标记扫描亲本及群体的基因型用于构建分子遗传连锁图谱。最后结合多年多点的表型数据,采用QTL Icimapping V4.2中的完备区间作图法(inclusive composite interval mapping,ICIM)对7个环境下的株型相关性状进行加性QTL和上位性QTL分析。【结果】构建了一张包含363个多态性位点的分子遗传连锁图谱,所有标记被分配到20条染色体和1个未知连锁群;图谱总长度覆盖全基因组的1 360.38 cM,标记间平均距离为3.75 cM;单个连锁群长度为39.599—101.056 cM,包括4—50个分子标记。共检测到30个与株型相关性状的加性QTL,分布在A04、A05、A06、A08、A09、B02、B09等7条染色体上。其中,5个QTL与侧枝夹角相关,可解释的表型变异(phenotypic variance explained,PVE)为3.48%—11.22%;15个QTL与主茎高相关,PVE为3.58%—10.05%;2个QTL与侧枝长相关,PVE为6.03%—8.56%;4个QTL与株型指数相关,PVE为4.68%—15.08%;4个QTL与扩展半径相关,PVE为3.30%—9.33%。qLBAA05.1qLBAA05.2qMSHA04.2qIOPTA05.1等4个主效QTL,可解释的表型变异分别为11.22%、10.59%、10.23%、10.05%和15.08%。此外,共检测到59对上位性QTL。其中,6对上位性QTL与侧枝长相关,PVE为2.23%—2.78%;50对上位性QTL与株型指数相关,PVE为0.25%—1.44%;3对上位性QTL与扩展半径相关,PVE为7.28%—12.25%。发现3个QTL聚集区,分别为A04染色体的GM1867—AHGS1967区间、A05染色体的me14em5-116—PM418区间和A08染色体的HBAUAh177—AhTE0658区间,涉及侧枝夹角、主茎高、株型指数和扩展半径等4个株型相关性状。【结论】构建了一张包含363个标记位点的分子遗传连锁图谱;获得30个与株型相关性状的加性QTL和59对上位性QTL;发现3个QTL聚集区。

    耕作栽培·生理生化·农业信息技术
    播期和种植密度对油菜产量和茎秆抗倒性的影响
    袁圆,汪波,周广生,刘芳,黄俊生,蒯婕
    中国农业科学. 2021, 54(8):  1613-1626.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.08.004
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF (637KB) ( )   收藏
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    【目的】茎秆倒伏是制约我国油菜生产效益提高的重要因素,研究不同播期及密度下油菜茎秆抗倒性变化规律及其生理机制,为油菜高产抗倒栽培提供理论及技术支撑。【方法】本研究以华油杂62和沣油520为材料,设置2个播期(9月25日、10月25日)和4个密度(15×104、30×104、45×104和60×104 株/hm2)裂区试验,测定产量及其构成,茎秆抗折力、倒伏指数、显微结构、主要成分及木质素合成关键酶活性等指标。【结果】(1)9月25日播种(T1),密度从15×104hm-2增至60×104hm-2,油菜单株产量、单株角果数及每角粒数均下降,小区产量在45×104 hm-2处理达峰值,此时倒伏指数最小,抗倒能力最强,产量及抗倒性协同提高;播期推迟至10月25日(T2),在任何密度下,小区产量、单株产量、单株角果数及每角粒数均显著降低,但地上部鲜重下降更明显,导致迟播油菜的倒伏指数下降、抗倒性增强。(2)适期播种时,密度增大,株高和茎秆干重均显著降低,倒伏指数呈先降后增的趋势,易倒伏部位从主茎中上部转移至主茎中下部,茎秆维管束长度/髓腔外组织宽度和维管束面积/茎横截面积等指标参数逐渐增加,茎秆木质素和纤维素含量呈先增后降趋势。油菜播期从T1推迟至T2,株高和茎秆干重均显著降低,茎秆木质素、纤维素含量显著下降,但植株地上部鲜重降幅较大,倒伏指数下降,抗倒性增强。逐步回归分析表明木质素是改善输导组织结构、协调倒伏指数及小区产量的关键指标,茎秆木质素含量及群体木质素总量高,可同时获得较强的茎秆抗倒性及较高的小区产量。(3)适期播种,密度从15×104hm-2增至60×104hm-2时,与木质素合成相关的过氧化物酶(POD)、肉桂醇脱氢酶(CAD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)及4-香豆酰-CoA连接酶(4CL)酶活性增强,油菜播期从T1推迟至T2,木质素合成酶POD、CAD、PAL、4CL的活性均显著降低。【结论】不同播期条件下,优化种植密度,可显著提高油菜的群体产量;且播期推迟,可通过进一步增大种植密度弥补单株产量的不足,晚播密植条件下茎秆木质素合成能力增强,木质素含量增加,协调了高产和抗倒的矛盾。

    非生物胁迫下植物体内丙酮醛代谢的研究进展
    赵晶晶,周浓,曹鸣宇
    中国农业科学. 2021, 54(8):  1627-1637.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.08.005
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF (600KB) ( )   收藏
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    由于植物固着生长,其无法通过移动来逃避逆境,故非生物胁迫(如极端温度、盐胁迫、干旱或光胁迫等)会伴随着植物的整个生长发育过程,严重胁迫植物的分布、生长、品质和产量,甚至生存。植物只能通过改变自身形态结构以及生理生化反应来适应环境,或者通过释放化学物质来影响周边其他植物的生长发育,以改变微环境,使环境向着更适合自己生长的方向发展。丙酮醛(methylglyoxal,MG)又称之为甲基乙二醛,作为植物体内正常的生理代谢产物可由多条途径产生,其最主要的来源是糖酵解途径,如糖酵解中间体二羟丙酮磷酸和甘油醛3-磷酸去除磷酸基。而植物体内MG的分解主要靠乙二醛酶系统,包括乙二醛酶I、乙二醛酶II以及还原型谷胱甘肽,MG经乙二醛酶降解后形成D-乳酸。在正常生长条件下,植物体内的MG含量维持在较低水平,而当植物遭受非生物胁迫时,其含量会迅速升高;植物体内的MG含量过高会破坏植物细胞的增殖和生存,控制细胞的氧化还原状态以及其他许多方面的新陈代谢过程,最终导致生物大分子蛋白质、DNA、RNA、脂质和生物膜的破坏。因此,MG现在被认为是植物非生物胁迫耐受性的潜在生化标志物,并受到科学界的广泛关注。该文结合最新的研究进展,对非生物胁迫下植物体内丙酮醛合成及降解机制予以综述。

    植物保护
    柑橘SAR及其信号转导基因CsSABP2在黄龙病菌侵染中的响应特征
    赵珂,郑林,杜美霞,龙俊宏,何永睿,陈善春,邹修平
    中国农业科学. 2021, 54(8):  1638-1652.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.08.006
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF (2007KB) ( )   收藏
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    【背景】柑橘系统获得性抗性(systemic acquired resistance,SAR)在柑橘抗黄龙病(Huanglongbing,HLB)过程中起着重要作用。水杨酸(SA)和水杨酸甲酯(MeSA)信号互换是激活植物SAR的关键信号转导途径,但其在抗HLB危害中的作用依然不清楚。【目的】以柑橘HLB不同耐病品种为材料,研究柑橘SAR及其信号转导的关键酶基因CsSABP2(salicylic acid binding protein 2)在HLB 病原菌‘Candidatus Liberibacter asiaticus’(CLas)侵染中的响应特征,了解柑橘SAR及CsSABP2响应CLas侵染的作用。【方法】从SAR Marker基因CsPR1CsPR2CsPR5表达、活性氧H2O2水平和淀粉含量变化等方面分析CLas侵染、外施SA和MeSA调控柑橘SAR的特征。进一步,基于易感HLB锦橙(Citrus sinensis)和耐HLB酸柚(C. grandis)感染CLas转录组测序比较分析,筛选和克隆响应CLas侵染的CsSABP2差异表达基因;生物信息学分析预测差异基因的生物学功能;qRT-PCR分析差异表达基因在锦橙、酸柚和耐HLB马蜂柑(C. hystrix)中响应CLas感染的表达变化;以锦橙叶片为试材分析差异表达基因响应外源SA和MeSA诱导的表达特征。【结果】SAR Marker基因响应CLas表达分析表明,CsPR1CsPR2CsPR5均正向响应CLas侵染上调表达,CsPR2CsPR5在酸柚和马蜂柑中表达水平高于锦橙,特别是叶肉中两个基因的表达水平均显著高于锦橙;相反,CsPR1在叶脉中上调表达水平明显高于叶肉,且在锦橙叶脉中表达水平显著高于酸柚和马蜂柑叶脉中。离体模拟SA和MeSA调控柑橘SAR反应显示,与SA处理相比,MeSA处理明显诱导CsPR1CsPR2CsPR5上调表达,同时非处理部位基因(特别是CsPR5)表达水平也明显上调。H2O2检测结果表明,外源MeSA诱导非处理部位H2O2积累显著强于SA。同时,通过对外施MeSA、SA的感病叶片进行连续5周的淀粉含量检测,发现MeSA能明显减少感病叶片中淀粉的积累。进一步转录组数据和生物信息学分析表明,4个SAR关键调控基因CsSABP2-1CsSABP2-2CsSABP2-3CsSABP2-4显著响应CLas侵染而差异表达,且编码蛋白质均含SABP2水解活性必需的保守结构域。qRT-PCR结果表明,CsSABP2-1CsSABP2-4在耐病品种酸柚和马蜂柑中受CLas诱导高水平表达且在叶脉中的表达水平高于叶肉;CsSABP2-2CsSABP2-3表达水平变化不明显。激素诱导结果显示,CsSABP2主要响应MeSA的诱导表达,MeSA显著诱导CsSABP2-2高水平表达(>10倍),且显著下调CsSABP2-1CsSABP2-4的表达(下调至0 h表达量的15%—55%)。【结论】耐病品种酸柚和马蜂柑SAR响应CLas的反应明显强于易感病品种锦橙,且MeSA在介导柑橘SAR抗病反应中起正向调控作用。SA与MeSA信号转导的关键酶基因CsSABP2-1 CsSABP2-4在柑橘SAR响应CLas侵染中起着重要作用,其高水平表达与柑橘HLB抗性紧密相关;而且CsSABP2-1 CsSABP2-2 CsSABP2-4在调控SAR应答柑橘CLas侵染中可能起着关键的协同作用。

    挥发性化合物介导的植物-植食性昆虫-天敌三级营养级互作机制及应用
    王冰,李慧敏,操海群,王桂荣
    中国农业科学. 2021, 54(8):  1653-1672.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.08.007
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF (620KB) ( )   收藏
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    农业生态系统中植物-植食性昆虫-天敌三级营养级间存在复杂的互作关系,挥发性化合物在三级营养级互作中发挥着重要作用。植食性昆虫能够以植物挥发物为化学线索精准地识别和定位寄主,而虫害诱导的挥发物作为关键的化学信息物质对于调控三级营养级关系起到不可或缺的作用,一直是该领域研究的重点和热点问题。另外,植物为传粉昆虫提供花粉或者花蜜,传粉昆虫可以通过识别花中挥发物寻找食物来源,在帮助植物传粉的同时有利于自身的生长发育与繁殖。近40年来,随着传统化学生态学研究的不断深入,特别是化学分析手段和灵敏度的不断提高以及电生理研究技术的广泛渗入,新的研究理念、研究手段快速形成与发展。在三级营养级互作的过程中,昆虫化学感受基因参与了对挥发性化合物的识别。因此,对昆虫化学感受基因的挖掘与功能鉴定将有助于解析昆虫化学感受的分子机制,研发更高效的昆虫行为调控产品并科学合理地应用于农业害虫的绿色防控,对于农田生态环境的保护具有十分重要的意义。本文综述了挥发性化合物对植食性昆虫、天敌昆虫与传粉昆虫行为的影响,详述了挥发物介导的三级营养级之间的互作机制与研究现状,以及在害虫绿色防控中的应用,并对未来重点研究的问题进行了展望。

    黄瓜花叶病毒侵染烟草对烟蚜生长发育、取食和选择行为的影响
    陈茜,刘英杰,董勇浩,刘金燕,李炜,徐蓬军,臧云,任广伟
    中国农业科学. 2021, 54(8):  1673-1683.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.08.008
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF (571KB) ( )   收藏
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    【目的】探明黄瓜花叶病毒(cucumber mosaic virus,CMV)侵染烟草对烟蚜(Myzus persicae)生长发育和行为的影响,研究CMV 2b基因在烟蚜与CMV互作中的作用。【方法】供试寄主植物为健康烟草和CMV侵染、CMV 2b基因缺失突变体(CMVΔ2b)侵染烟草,利用Y型嗅觉仪测定烟蚜对不同烟草寄主的选择趋向;利用刺吸电位图谱(electrical penetration graph,EPG)监测烟蚜取食行为,并结合寄主植物内总糖和游离氨基酸含量分析CMV侵染对烟蚜取食行为的影响;通过单株微虫笼记录蚜虫生命参数并分析CMV侵染烟草对烟蚜生长发育和繁殖的影响。【结果】CMV侵染烟草叶片中总糖含量显著低于健康烟草,而游离氨基酸的含量显著高于健康烟草和CMVΔ2b侵染烟草。CMVΔ2b侵染烟草中的苏氨酸、谷氨酸、甘氨酸、酪氨酸、组氨酸、精氨酸和脯氨酸含量显著高于其他处理烟草,缬氨酸和赖氨酸含量显著高于健康烟草;而CMV侵染烟草中的天冬氨酸含量显著低于其他处理烟草,其胱氨酸含量显著高于CMVΔ2b侵染烟草。相较于CMV侵染烟草,烟蚜对健康烟草和CMVΔ2b侵染烟草有着更强的选择趋向,而烟蚜对健康烟草与CMVΔ2b侵染烟草的选择行为无显著差异。CMV侵染烟草对烟蚜的生长发育和取食行为产生不利影响。烟蚜在CMV侵染烟草上的刺探行为(pd波)发生次数最多,韧皮部取食(E2波)的持续时间最短,且木质部吸食(G波)的发生频率显著高于健康烟草和CMVΔ2b侵染烟草,表明CMV侵染烟草不适宜烟蚜取食。烟蚜的生长特性试验表明CMV侵染烟草显著延长了烟蚜的若蚜历期,提高了2龄若蚜的死亡率,缩短了烟蚜的寿命,显著降低了烟蚜繁殖力。CMV侵染烟草上烟蚜的内禀增长率(r)和周限增长率(λ)均显著低于健康烟草和CMVΔ2b侵染烟草,CMV的侵染不利于烟蚜种群的增长。【结论】CMV侵染改变了烟草营养物质组成,CMV 2b基因的存在增加了烟蚜刺探频率,减少了烟蚜在烟株上的韧皮部取食;CMV侵染导致烟蚜若蚜历期延长、死亡率增加,烟蚜寿命和繁殖力均显著降低;CMV侵染降低了烟蚜的寄主适合度,促使蚜虫向新寄主植物转移,从而促进了病毒的扩散传播。

    土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境
    作物-土壤氮循环对大气CO2浓度和温度升高响应的研究进展
    张锦源,李彦生,于镇华,谢志煌,刘俊杰,王光华,刘晓冰,吴俊江,Stephen J Herbert,金剑
    中国农业科学. 2021, 54(8):  1684-1701.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.08.009
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF (1664KB) ( )   收藏
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    在地球化学元素循环中,氮素是最重要、最活跃的营养元素之一。农田生态系统中的氮素很大程度上决定农作物的产量和品质。然而,在全球气候变化背景下,随着大气CO2浓度和温度升高,作物-土壤氮循环的变化可能显著影响农田生态系统中的作物生产。因此,研究作物-土壤氮循环对大气CO2浓度和温度升高的响应,能够为科学合理地预测未来气候条件下,农田生态系统中作物的氮素需求,以及保障农作物产量的稳定供应提供理论依据,对于全面认识全球气候变化背景下的农田生态系统氮素循环过程及土壤可持续利用具有重要意义。本文综述了大气CO2和温度升高对作物氮素吸收和分配,以及与氮有效性密切相关的土壤氮转化的影响,并系统总结了二者对作物-土壤氮循环过程产生的交互作用。总结以往研究发现,在大气CO2浓度升高条件下,作物的蒸腾作用减弱,但光合作用增强,生物量加大,根系分支和根表面积增加,豆科作物的根瘤固氮能力提高,因此整体上促进作物对氮的吸收,并且增加作物向籽粒中分配氮的比例,但作物的平均氮浓度降低。此外,高CO2浓度提高了土壤酶活性,增强了土壤有机氮矿化作用、硝化及反硝化作用,加速了土壤氮转化。升温和CO2浓度升高对作物-土壤氮循环产生正向或负向的交互作用,主要表现在:高温和高CO2浓度对作物的生物量、光合作用、地下部氮分配、根系分支以及根表面积具有协同促进作用,升高温度减轻了高CO2浓度对作物蒸腾作用和作物氮浓度的抑制作用。然而,升温抑制了高CO2浓度对作物向籽粒中氮分配、氮吸收以及产量的促进作用;升温虽然能进一步增强高CO2浓度对土壤酶活性和有机氮矿化的促进作用,但是对于土壤硝化和反硝化作用,二者的交互作用以及相关的分子机制尚不明确。大气CO2升高和温度升高对土壤微生物,以及微生物与作物之间的耦合关系的研究比较薄弱,特别是由微生物主导的氮循环过程及其对全球气候变化的反馈机制是未来研究的重点。本文提出利用16S rRNA、DGGE、T-RFLP、qPCR、RT-PCR技术、蛋白组学以及稳定性同位素探针原位研究技术,可以将复杂环境中微生物物种组成及其生理功能进行耦合分析,揭示大气CO2浓度与温度对作物-土壤氮循环过程的交互作用机理,增强对气候变化下农田生态系统氮素循环响应的预测能力,为农田生态系统有效地适应气候变化提供科学的理论依据。

    土壤管理措施对坡耕地侵蚀退化耕层的恢复作用
    宋鸽,史东梅,蒋光毅,江娜,叶青,张健乐
    中国农业科学. 2021, 54(8):  1702-1714.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.08.010
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF (539KB) ( )   收藏
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    【目的】紫色土坡耕地土壤侵蚀严重,研究土壤管理措施对不同侵蚀程度坡耕地耕层侵蚀恢复作用,为紫色土坡耕地耕层质量调控和坡耕地持续利用提供理论及实践依据。【方法】采用单因素方差分析(One-way ANOVA)检验各指标的差异显著性,研究不施肥(CK)、施化肥(F)、施生物炭+化肥(BF)3种土壤管理措施对侵蚀0 cm(S-0)、侵蚀5 cm(S-5)、侵蚀10 cm(S-10)、侵蚀15 cm(S-15)、侵蚀20 cm(S-20) 5个不同侵蚀程度坡耕地耕层土壤属性的恢复作用。【结果】(1)随侵蚀程度增加,土壤砂粒含量由38.1%—42.4%逐渐增至44.2%—46.4%,土壤黏粒含量由12.6%—14.8%逐渐减少至9.6%—11.0%;与S-0、S-5、S-10相比,S-15、S-20土壤容重显著增大;S-10侵蚀程度下,土壤抗剪强度最大,在8.71—9.56 kg·cm-2之间;F、BF处理下S-15侵蚀程度的土壤稳定入渗率、平均入渗率降幅均最大。(2)不同管理措施下坡耕地耕层土壤属性差异显著,BF处理下土壤砂粒含量小、黏粒含量最大,0—10 cm、10—20 cm土层土壤容重显著低于CK(P<0.05),土壤总孔隙度、毛管孔隙度均显著高于CK、F处理;BF处理下土壤初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率均最大,CK处理最小;与CK处理相比,BF处理土壤抗剪强度显著增大。(3)随侵蚀程度增加,土壤可蚀性K值显著下降,与S-0相比,S-20侵蚀程度下土壤可蚀性K值下降0.1960%—0.2192%;BF处理下土壤可蚀性K值最大,F处理次之,CK最小;S-10侵蚀程度下F、BF处理的K值均较CK增加幅度最大,分别增加0.0684%、0.1404%。【结论】施加生物炭+化肥在改善土壤物质组成、结构特征、提高土壤蓄渗性能等方面较单施化肥效果更为显著,可有效减轻紫色土坡耕地耕层土壤侵蚀,对侵蚀10 cm条件下的坡耕地耕作层(0—20 cm)土壤的改良效果最佳。

    利用地形、土壤和作物信息辅助提高东北漫岗地数字高程模型精度的新方法
    马雨阳,官海翔,杨昊轩,邵帅,邵逸群,刘焕军
    中国农业科学. 2021, 54(8):  1715-1727.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.08.011
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF (2248KB) ( )   收藏
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    【目的】SRTM DEM是可免费访问公开可用的数字高程模型,但是当前SRTM DEM的垂直精度不能满足精细农业对地形数据的需求,提高其垂直精度,为精准农业等领域提供数据基础。【方法】以黑龙江省海伦东兴农机合作社为研究区,采集实际地面高程数据,获取SPOT-6、Sentinel-2A遥感影像和SRTM DEM。提取归一化湿度指数(NDMI)、归一化植被指数(NDVI)、土壤亮度(TCB)、潜在太阳辐射(PSR)等变量分析地形对其影响关系。利用极限学习机(ELM)和反向传播神经网络(BPNN)提高SRTM DEM水平空间分辨率和垂直精度。使用实际地面高程点进行精度验证,与基于无人机和光学立体像对(ZY-3)生成的DEM进行对比。【结果】SRTM、NDVI、NDMI、TCB与改进后高程的灰色关联度在90%以上,是改进SRTM DEM的重要辅助信息。在整个研究区,BPNN方法的RMSEP为0.98,R2P为0.98,ELM的RMSEP为1.00,R2P为0.90。在平坦区,BPNN方法的RMSEP为0.84,ELM的RMSEP为1.00;在起伏区,BPNN方法的RMSEP为0.99,ELM的RMSEP为0.94。该方法获得的DEM的垂直精度高于ZY-3光学立体像对生成的 DEM的垂直精度,为提高SRTM的水平空间分辨率和垂直精度提供了新思路。【结论】引入SRTM、NDVI、NDMI、TCB辅助信息有利于提高SRTM DEM的空间分辨率和垂直精度,获得高精度的DEM。BPNN方法获得的数字高程模型的精度整体上高于ELM方法, BPNN方法更加适用于平坦区高精度DEM的获取,ELM方法更加适用于起伏区。

    园艺
    模拟酸雨对番茄光合作用和病害发生的影响及油菜素内酯对其缓解效应
    李建鑫,王文平,胡璋健,师恺
    中国农业科学. 2021, 54(8):  1728-1738.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.08.012
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF (1443KB) ( )   收藏
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    【目的】在全球气候变化大背景下,酸雨沉降日益加剧,严重影响蔬菜等农作物的产量、品质和抗性。油菜素内酯(brassinosteroid,BR)是一类植物体中广泛存在的植物激素,具有广谱调控植物抗性的作用。研究外源油菜素内酯对模拟酸雨环境下蔬菜作物光合作用和病害发生的影响,明确其对酸雨条件下蔬菜危害的缓解效应,对蔬菜作物安全生产提供指导。【方法】本研究以番茄(Solanum lycopersium L.)‘合作903’为材料,在模拟酸雨(模拟酸雨1(simulated acid rain 1,SiAR1):NH4NO3(1.3 g·L-1)、MgSO4·7H2O(3.1 g·L-1)、Na2SO4(2.5 g·L-1)、KHCO3(1.3 g·L-1)、CaCl2·2H2O(3.1 g·L-1),用1 N H2SO4调节pH至3.0;模拟酸雨2(SiAR2):杭州地区春季收集的雨水,pH调至3.0)和对照(喷施dH2O)条件下研究酸雨对番茄叶片光合作用和Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000(Pst DC3000)引发的细菌性叶斑病发生的影响,其次在模拟酸雨和对照条件下对番茄叶片外源施用BR,研究外源施用BR对番茄叶片的光合特性和细菌性叶斑病发生的缓解作用,为了研究BR缓解作用的内在机制,测定番茄叶片光合作用关键基因FBPaseSBPaserbcS和抗病基因PR1NPR1的表达以及抗氧化酶的活性。【结果】模拟酸雨导致番茄叶片净光合作用速率(Pn)、光系统II实际光化学效率(ΦPSII)及光化学淬灭系数(qP)显著下降;模拟酸雨削弱了番茄对Pst DC3000的抗性,导致细菌性叶斑病发病率上升和菌落数显著增加。外源施用BR提高酸雨和对照条件下番茄叶片的光合作用,并有效增强了酸雨条件下番茄对Pst DC3000的抗性,使酸雨条件下叶片菌落数下降,光系统II实际光化学效率提高。探究BR缓解效应的内在机制发现,外源施用BR显著提高了番茄叶片光合作用关键基因FBPaseSBPaserbcS和抗病基因PR1NPR1等的表达,降低了膜脂质过氧化物丙二醛(MDA)的含量,并增加了愈创木酚过氧化物酶(G-POD)和过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶的活性,从而缓解模拟酸雨对番茄光合和抗病性的抑制作用。【结论】外源施用BR能够显著提高番茄内源光合相关基因和抗病基因的表达及抗氧化酶的活性,有效促进酸雨环境中番茄等园艺作物的生长和增强抗病性。

    利用荧光SSR分子标记评估中国栗属植物遗传多样性
    聂兴华, 郑瑞杰, 赵永廉, 曹庆芹, 秦岭, 邢宇
    中国农业科学. 2021, 54(8):  1739-1750.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.08.013
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF (4882KB) ( )   收藏
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    【目的】利用SSR分子标记研究中国栗属植物遗传多样性、亲缘关系和群体遗传结构的特点,为栗属植物的资源改良、种质创新与利用提供理论依据。【方法】利用不同产区的12个板栗品种对330个SSR分子标记进行筛选,获得高质量的12对SSR引物。随后在高分辨率的毛细管电泳上对栗属4个种的96份资源进行位点信息检测。用Power Marker 3.25、GenAlEx 6.51、FigTree v1.4.3和Structure 2.3.3对全部资源进行群体遗传多样性的相关分析。【结果】对96份资源进行检测,共获得129个等位变异,每个标记平均有10.750个位点变异。位点多样性(GD)变幅为0.656(CmSI0396)—0.877(CmSI0930),平均为0.800;观察杂合度(Ho)变幅为0.329(CmSI0742)—0.769(CmSI0702),平均为0.615;期望杂合度(He)变幅为0.489(CmSI0742)—0.789(CmSI0922),平均为0.672;多态信息含量(PIC)变幅为0.586(CmSI0396)—0.868(CmSI0930),平均为0.774。从不同栗属植物种群间的遗传多样性来看,茅栗种群的观察位点数(Na)、有效等位变异(Ne)和Shannon多样性指数最高,其次是板栗种群,最低是日本栗种群。从两两群体间的遗传分化指数(Fst)可知,栗属植物种间的遗传分化值在0.077—0.180,整体种群间存在中等以上程度的分化,板栗种群、锥栗种群与日本栗种群间的遗传分化值分别为0.165和0.180,表现出较大的遗传分化。同时,栗属植物种群的基因流(Nm)为1.580>1,也说明种群间存在较频繁的基因交流,由此降低了由基因遗传漂变所引起的各种群间遗传分化程度。分子方差分析(AMOVA)结果表明,变异主要发生在种群内,占总变异量的73%,种群间的变异占27%。UPGMA聚类分析、主坐标分析和群体遗传结构结果较一致,各资源的遗传背景存在明显的种间界限,部分资源在世代遗传中继承了不同祖先种的遗传信息。例如,资源65、71和82号为混合类型资源,包含有茅栗和日本栗的遗传背景,而现在的两种间存在地理隔离。在相同生态区域的栗属植物种间存在一定的基因交流,没有形成完全的生殖隔离。48号资源‘广东矮生’同时含有板栗和茅栗的遗传背景,在地理分布上该资源原生地正处于板栗和茅栗资源的重叠生态区。【结论】筛选的12对SSR引物能够准确地评估中国栗属植物的遗传多样性,综合聚类分析可确定栗属植物的类群划分与种间信息高度一致且种间存在一定的基因交换。

    利用SNP标记构建茶树品种资源分子身份证
    樊晓静, 于文涛, 蔡春平, 林浥, 王泽涵, 房婉萍, 张见明, 叶乃兴
    中国农业科学. 2021, 54(8):  1751-1760.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.08.014
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF (2834KB) ( )   收藏
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    【目的】建立茶树品种的SNP分子标记数据库,结合茶树品种基本信息,将SNP位点组成的DNA指纹图谱构建28位数字组成的茶树品种资源分子身份证,便于茶树品种资源的保护与精准管理,避免“同名异物、同物异名”的现象。【方法】通过挖掘茶树的表达序列标签,获得大量的高质量表达序列标签,将其进行装配后,开发候选位点,将候选位点与茶树全基因组进行BLAST,得到其在全基因组染色体上的位置与具体关联基因。以铁观音、福鼎大白茶、龙井43、云抗10号等103份国内外不同类型的茶树品种资源为供试材料,提取基因组DNA,利用预扩增技术和微流体芯片法对供试茶树品种资源进行SNP基因分型,获得SNP位点数据及候选SNP位点的信息指数、观测杂合度、期望杂合度等信息,将多态性从高到低进行排序,进行SNP位点组合筛选,得到最优SNP位点组合后,结合茶树品种基本信息构建茶树品种资源分子身份证。【结果】从茶树的表达序列标签数据库中挖掘出1 786个候选SNP位点。根据序列保守性,筛选出96个SNP标记位点,与最新茶树基因组比对发现候选位点较均匀地分布于茶树全基因组的15条染色体上;对茶树品种资源的候选SNP位点的多态性信息进行分析,剔除10个不具多态性的位点,剩余86个位点的信息指数平均值为0.517,观测杂合度平均值为0.370,期望杂合度平均值为0.346,固定指数平均值为-0.036,次等位基因频率平均值为0.269。从86个SNP位点中筛选出24个多态性高的SNP位点,组成DNA指纹图谱,可区分出全部参试茶树品种资源。对24个SNP位点组成的DNA指纹图谱并结合茶树品种资源基本信息进行数字编码,最终形成由28位数字组成的茶树品种资源分子身份证。【结论】依据SNP标记的多态性信息,筛选SNP位点,精准区分全部供试茶树品种,并将24个SNP位点所构建的茶树品种资源DNA指纹图谱及品种资源的基本属性信息编码成特定的数字串,使每份茶树品种资源具有唯一的分子身份证,并生成相应的条形码和二维码,可快速被扫码设备识别。

    食品科学与工程
    nuoB对莓实假单胞菌生理特性及在冷鲜鸡肉中致腐能力的影响
    王光宇,李晴,唐文倩,王虎虎,徐幸莲,邱伟芬
    中国农业科学. 2021, 54(8):  1761-1771.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.08.015
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF (1711KB) ( )   收藏
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    【目的】研究nuoB对莓实假单胞菌菌体特性及其对冷鲜鸡肉致腐能力的影响,为揭示nuoB介导的冷鲜鸡肉腐败机制,开发新型保鲜技术提供理论依据。【方法】通过构建nuoB插入失活突变株,对比野生株和突变株在体外培养条件下的生长曲线、聚集性、泳动性和生物被膜形成能力;以及原位培养条件对冷鲜鸡肉的致腐特征,包括菌落总数、挥发性盐基氮(TVBN)含量、pH和感官评分,探讨nuoB对莓实假单胞菌生理特性和致腐作用的影响。【结果】体外培养条件下,nuoB并未影响莓实假单胞菌的生长能力、聚集性和swarming泳动性,但突变株的swimming泳动性和生物被膜形成能力在培养过程中显著下降。原位条件下,对冷鲜鸡肉致腐能力的评估发现两组样品菌落总数差异不显著,均达到了10 lg CFU·g-1;突变株组在冷鲜鸡肉储藏期间TVBN均显著低于野生株组,在第4天时才超过国家标准限量15 mg/100 g,培养末期的最大值约为野生株组的1/2;培养前2 d所有样品的pH均处于正常范围内,突变株组的pH从培养第5天开始显著低于野生株组;感官评价结果显示培养第4天时的两组样品均出现了黏液和异味,被判定为腐败,但突变株组样品稍弱于野生株组。【结论】nuoB的破坏没有影响莓实假单胞菌的生长能力,但抑制了菌株的泳动性、生物被膜形成和对冷鲜鸡肉的致腐能力。

    超声降低红酒中高级醇含量对酒体风味特性的影响
    张清安,徐博文,陈博宇,张宝善,程爽
    中国农业科学. 2021, 54(8):  1772-1786.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.08.016
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF (1481KB) ( )   收藏
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    【目的】明确超声降低高级醇对红酒风味所带来的影响,了解其风味形成机制,为超声技术应用于降低高级醇并促进红酒风味品质的改善提供理论依据。【方法】首先采用电子舌和电子鼻对不同超声条件处理后的红酒进行测定,并对所得结果用主成分分析(PCA)和判别函数分析(DFA)研究红酒风味品质的变化;随后用气质联用技术分析最优降低高级醇的超声参数处理后红酒中挥发性成分的变化;最后,以正丙醇、异戊醇、正戊醇和异丁醇标准品为添加物构建含高级醇的模型酒液体系,探究超声降解高级醇时对红葡萄酒风味变化的具体影响机制。【结果】单因素实验结果表明,超声处理条件对红酒感官品质的影响用电子鼻、电子舌判定差异不显著(尤其电子鼻的判定结果);气质联用分析表明,超声不仅能够增加酒中挥发性物质的种类,还可以显著增加酯类等物质的相对含量,同时降低酸类、醇类等的含量;模型酒液体系研究结果与上述变化情况基本一致。【结论】超声处理不仅可以有效降低红酒中高级醇的含量,还可以促进红酒中挥发性风味物质的形成,进而改善酒的风味品质,结果可为超声技术用于改善红酒品质提供一定的理论依据。

    畜牧·兽医·资源昆虫
    姜黄素通过Nrf2信号通路对H2O2诱导奶牛乳腺上皮细胞氧化应激的缓解
    姜春晖,孙旭东,唐燕,罗胜缤,徐闯,陈媛媛
    中国农业科学. 2021, 54(8):  1787-1794.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.08.017
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF (766KB) ( )   收藏
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    【目的】验证姜黄素是否能够通过转录因子E2相关因子2(Nuclear factor E2-related factor 2,Nrf2)信号通路减轻H2O2诱导的奶牛乳腺上皮细胞的氧化应激,为防治围产期奶牛代谢紊乱导致的氧化损伤提供理论依据。【方法】培养奶牛乳腺上皮细胞(MAC-T),用500 μmol·L-1H2O2处理MAC-T细胞24 h后加入不同浓度的姜黄素(0、5、15或30 μmol·L-1)处理3 h;MAC-T细胞转染Nrf2 siRNA 48 h后,用500 μmol·L -1 H2O2处理奶牛乳腺上皮细胞系MAC-T细胞24 h后加入不同浓度的姜黄素(0、5、15或30 μmol·L-1)处理3 h。采用实时定量PCR(Quantitative real-time PCR,qPCR)、蛋白免疫印迹(Western blot,WB)和试剂盒等方法,检测Nrf2的蛋白表达量及下游靶基因NAD(P)H醌氧化还原酶1(NAD(P)H quinone oxidoreductase 1,NQO1)和血红素加氧酶1(Heme oxygenase 1,HO-1)的mRNA及蛋白表达量和超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathione peroxidase,GSH-Px)、过氧化氢酶(Catalase,CAT)和丙二醛(Malondialdehyde,MDA)等氧化应激相关指标的活性及含量。【结果】(1)H2O2处理组MAC-T细胞中MDA含量显著高于对照组(P<0.01),而CAT、SOD和GSH-Px的活性显著低于对照组(P<0.01)。15 μmol·L-1姜黄素+H2O2共同处理组和30 μmol·L-1姜黄素+H2O2共同处理组MAC-T细胞中MDA的含量显著低于H2O2处理组(P<0.01),而CAT、SOD和GSH-Px的活性显著高于H2O2处理组(P<0.05,P<0.01)。(2)H2O2处理组总Nrf2蛋白水平显著低于对照组(P<0.01),H2O2处理组Nrf2下游基因HO-1和NQO1的mRNA及蛋白表达量也显著低于对照组(P<0.01)。姜黄素处理组总Nrf2蛋白表达水平显著高于对照组(P<0.01),姜黄素处理组HO-1和NQO1的mRNA及蛋白表达量也显著高于对照组(P<0.01)。姜黄素+H2O2处理组总Nrf2蛋白表达水平显著高于H2O2处理组(P<0.01),姜黄素+H2O2处理组HO-1和NQO1的mRNA及蛋白表达量也显著高于H2O2处理组(P<0.01)。(3)si-Nrf2组与对照组相比,Nrf2的mRNA表达水平显著降低(P<0.01)。si-Control+H2O2+姜黄素组与si-Control+H2O2组相比,MDA的含量显著降低(P<0.01),而CAT、SOD和GSH-Px的活性显著升高(P<0.01)。si-Nrf2+H2O2+姜黄素处理组与si-Control+H2O2+姜黄素组相比,MDA的含量显著升高(P<0.01),而CAT、SOD和GSH-Px活性显著降低(P<0.01)。【结论】姜黄素可以通过增加Nrf2的表达,诱导下游抗氧化分子的转录从而缓解H2O2诱导奶牛乳腺上皮细胞的氧化应激。本研究为防治围产期奶牛代谢紊乱导致的奶牛乳腺上皮细胞氧化损伤提供理论依据。

    捻转血矛线虫Hc-hrg-2拯救血红素缺陷型酵母生长表型
    周静茹,吴飞,陈学秋,黄艳,时恒枝,杜爱芳,杨怡
    中国农业科学. 2021, 54(8):  1795-1804.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.08.018
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF (2902KB) ( )   收藏
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    【目的】已有研究表明捻转血矛线虫(Haemonchus contortusHc-hrg-2属于血红素应答基因,高浓度血红素的刺激可导致该基因的转录水平上调,但其在血红素调控中的功能尚缺乏研究。研究通过同源重组技术构建血红素合成缺陷型酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiaehem1敲除株,通过异源表达Hc-hrg-2对该敲除株进行表型拯救试验,以期验证Hc-hrg-2参与细胞内血红素转运的功能。 【方法】以S. cerevisiae BY4741基因组为模板,设计引物,扩增获得hem1(SGD:S000002640)基因序列5' 和3' 侧翼区同源臂;同时以pYES2-CT质粒为模板设计引物,扩增获得筛选标记URA3序列;利用两次重叠PCR技术依次将测序正确的上游同源臂、URA3、下游同源臂序列串联成基因敲除组件,并通过醇沉法对敲除组件进行纯化。采用醋酸锂转化法将纯化的敲除组件转化至BY4741感受态细胞中, 经SD/- URA(含250 μmol·L-1 5-氨基乙酰丙酸(ALA))培养基筛选,并利用多对引物进行PCR鉴定,以验证Δhem1敲除株的正确性。同时以含有H. contortus 浙江株Hc-hrg-2 序列(GenBank:MK371241)及其功能域缺失序列Hc-hrg-2(Δgst-n)Hc-hrg-2(Δgst-c) 的质粒为模板,利用特异性引物分别进行PCR扩增,通过无缝克隆将扩增得到的目的片段插入酵母pESC-LEU表达载体,经PCR鉴定以及测序验证后,采用醋酸锂转化法将正确的表达载体转化至Δhem1感受态细胞中,通过SD/- URA/- LEU(含250 μmol·L-1 ALA)培养基筛选以及PCR鉴定验证阳性异源表达株的正确性。通过比较Δhem1敲除株及其各异源表达株在含有或不含有250 μmol·L-1 ALA的SD/- URA/- LEU液体培养基中的生长情况,进一步验证敲除株的表型同时排除表达载体对表型的影响。用2%半乳糖对含有阳性表达质粒的敲除株进行诱导,取部分菌液进行超裂破碎,收集蛋白,通过Western Blot鉴定目的蛋白的表达;剩余菌体用去离子水重悬至OD600 = 0.2,用去离子水进行5倍比稀释,取4 μL稀释后的菌液点至含有250 μmol·L-1 ALA或者不同浓度血红素的诱导平板上,28℃培养2—3 d后比较敲除株的生长情况。【结果】成功获得hem1基因敲除株Δhem1,与野生株相比,Δhem1不能合成血红素,需外源添加ALA(250 μmol·L-1)或血红素(≥ 10 μmol·L-1)才能生长,且异源表达株和敲除株的表型一致。Western Blot结果表明2%半乳糖能诱导Hc-hrg-2及其功能域缺失基因在敲除株中成功表达,且表达Hc-hrg-2能够在低血红素浓度下(≤ 1 μmol·L-1)促进酵母对血红素的摄取,拯救敲除株的生长缺陷,其硫氧还蛋白样结构域(GST-N)和谷胱甘肽S-转移酶C末端结构域(GST-C)的缺失会降低拯救的效果。【结论】捻转血矛线虫血红素应答基因Hc-hrg-2可促进细胞对血红素的摄取,其GST-N和GST-C功能域在该过程中发挥着重要作用,研究成果为后续深入研究捻转血矛线虫的血红素转运机制奠定基础。

    微小RNA介导意大利蜜蜂工蜂对东方蜜蜂微孢子虫的跨界调控
    杜宇,范小雪,蒋海宾,王杰,冯睿蓉,张文德,余岢骏,隆琦,蔡宗兵,熊翠玲,郑燕珍,陈大福,付中民,徐国钧,郭睿
    中国农业科学. 2021, 54(8):  1805-1820.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.08.019
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF (12391KB) ( )   收藏
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    【目的】东方蜜蜂微孢子虫(Nosema ceranae)感染意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica,简称意蜂)导致蜜蜂微孢子虫病。本研究结合前期已获得的miRNA和mRNA组学数据,通过生物信息学方法对意蜂工蜂中肠的差异表达miRNA(differentially expressed miRNA,DEmiRNA)靶向结合的东方蜜蜂微孢子虫的mRNA和差异表达mRNA(DEmRNA)进行预测、数据库注释和调控网络分析,以期在组学水平解析miRNA介导意蜂工蜂对东方蜜蜂微孢子虫的跨界调控机制。【方法】通过比较东方蜜蜂微孢子虫侵染7 d和10 d的意蜂工蜂中肠(AmT1、AmT2)和未受侵染的工蜂中肠(AmCK1、AmCK2)的miRNA组学数据筛选出宿主的显著性DEmiRNA,通过比较侵染意蜂工蜂中肠的东方蜜蜂微孢子虫(NcT1、NcT2)和东方蜜蜂微孢子虫纯净孢子(NcCK)的mRNA数据筛选出病原的DEmRNA。利用TargetFinder软件预测宿主显著性DEmiRNA靶向结合的病原mRNA和DEmRNA。利用相关生物信息学工具对上述靶DEmRNA进行GO和KEGG数据库注释。结合前期研究结果筛选出孢壁蛋白、极管蛋白、蓖麻毒素B凝集素、ABC转运蛋白、ATP/ADP移位酶和糖酵解/糖异生途径等毒力因子和能量代谢通路相关的病原DEmRNA及与其存在靶向结合关系的宿主显著性DEmiRNA,并构建和分析二者的调控网络。【结果】AmCK1 vs AmT1比较组中宿主的48条显著上调miRNA和36条显著下调miRNA分别靶向病原的1 345和1 046条mRNA;进一步分析发现,宿主的47条显著上调miRNA和34条显著下调miRNA可分别靶向NcCK vs NcT1比较组中病原的584条显著下调mRNA和265条显著上调mRNA,它们可分别注释到19和22个功能条目以及66和64条通路。AmCK2 vs AmT2比较组中宿主的56条显著上调miRNA和51条显著下调miRNA分别靶向病原的1 260和1 317条mRNA;进一步分析发现,宿主的52条显著上调miRNA和49条显著下调miRNA可分别靶向NcCK vs NcT2比较组中病原的587条显著下调mRNA和336条显著上调mRNA,它们可分别注释到20和23个功能条目以及64和65条通路。AmCK1 vs AmT1和AmCK2 vs AmT2比较组的8条共同显著上调miRNA和1条共同显著下调miRNA分别靶向NcCK vs NcT1和NcCK vs NcT2比较组中的144条共同显著下调和10条共同显著上调mRNA,可分别注释到18和13个功能条目以及38和7条通路。此外,AmCK1 vs AmT1和AmCK2 vs AmT2比较组中宿主的显著上调miRNA可靶向结合NcCK vs NcT1和NcCK vs NcT2比较组中与RNAi途径,孢壁蛋白和蓖麻毒素B凝集素等毒力因子,糖酵解/糖异生途径以及MAPK信号通路相关的病原下调表达mRNA。【结论】在东方蜜蜂微孢子虫的侵染过程中,意蜂工蜂中肠的DEmiRNA与病原的DEmRNA之间存在复杂的靶向结合关系以及潜在的跨界调控关系;宿主的DEmiRNA可能通过抑制或降解病原的RNAi途径、毒力因子、糖酵解/糖异生通路、ATP/ADP移位酶、ABC转运蛋白及MAPK信号通路相关靶DEmRNA影响病原的侵染和增殖。