甘蔗近年来作为制糖和生物乙醇的原料引起了越来越多的关注,提高它的产量对保证食糖安全和生物能源生产至关重要。属间远缘杂交是作物产生遗传变异的高效途径之一,尤其是高倍体作物甘蔗。斑茅因其具有许多优良的农艺性状,已被广泛研究用于改良甘蔗的抗旱性和其它抗逆性。然而,甘蔗属物种和斑茅间的亲缘关系以及甘蔗杂交后代中斑茅染色体的组成都仍不清晰。与先前利用叶绿体基因组DNA进行的遗传分析不同,本研究基于不同物种全基因组单核苷酸多态性明确了斑茅与甘蔗的亲缘关系比高粱更近。此外,利用热带种基因组设计的寡核苷酸染色体特异涂染探针能够清晰地识别斑茅的染色体。本研究首次建立的寡聚核苷酸基因组原位杂交体系,可用于检测甘蔗杂交后代中斑茅染色体的易位和单条染色体遗传。值得注意的是,我们还发现在BC1子代中斑茅的染色体出现了n, 2n和超2n的遗传方式。这些遗传方式的不同可能是由于减数第一次分裂染色体加倍、减数第一次分裂和第二次分裂染色体加倍或减数第二次分裂时姐妹染色单体不分离所导致的。这些结果将为进一步选择斑茅染色体进行甘蔗遗传改良提供重要依据。
炭疽病是大豆最重要的病害之一,平头炭疽菌和胶孢炭疽菌是其最主要的病原菌。啶氧菌酯属于QoI类杀菌剂,常用于作物炭疽病的防治。然而,我国大豆平头炭疽菌和胶孢炭疽菌对啶氧菌酯的敏感性、抗性风险和抗性分子机制尚不清楚。本研究建立了大豆平头炭疽菌和胶孢炭疽菌对啶氧菌酯的敏感基线,采用室内药剂驯化的方法诱导抗性突变体,并测定抗性突变体的适合度和交互抗性,同时比较分析抗性突变体和敏感菌株的cyt b基因cDNA序列,进一步利用分子对接明确敏感菌株和突变体Cyt b蛋白与啶氧菌酯的结合力。结果表明:供试的128株平头炭疽菌和121株胶孢炭疽菌对啶氧菌酯的EC50值频率分布呈连续单峰曲线,平均EC50值分别为0.7740和1.1561 μg mL-1,该平均EC50值可作为相对敏感基线监测未来田间大豆平头炭疽菌和胶孢炭疽菌对啶氧菌酯的敏感性变化。分别筛选获得11株平头炭疽菌和6株胶孢炭疽菌的抗性突变体,其EC50值分别为5.40–152.96 µg mL-1、13.53–28.30 μg mL-1。抗性突变体在分生孢子的产生、萌发和致病性方面表现出与亲本菌株相似或更高的生存适合度。啶氧菌酯与吡唑醚菌酯之间存在交互抗性,而与氟啶胺、苯醚甲环唑及丙环唑之间无交互抗性。平头炭疽菌7株高抗突变体(RF > 100)cyt b基因427位碱基由G突变为A,所编码的Cyt b蛋白143位由甘氨酸(G)突变为丝氨酸(S),4株中抗突变体(RF < 50)cyt b基因409位碱基由G突变为A,所编码的Cyt b蛋白137位由甘氨酸(G)突变为精氨酸(R)。分子对接验证发现G143S和G137R突变是平头炭疽菌对啶氧菌酯产生抗药性的主要机制。胶孢炭疽菌抗性突变体cyt b基因未发生突变。温室试验结果表明,啶氧菌酯不能有效地防治高抗突变体,对中抗突变体的防效也显著下降。总之,G143S和G137R是大豆平头炭疽菌对啶氧菌酯产生抗药性的主要机制,大豆平头炭疽菌和胶孢炭疽菌对啶氧菌酯的抗性风险为中至高等,生产中应对QoI类杀菌剂实施抗性监测,并采取有效的抗性管理策略。
干旱是造成冬小麦减产的最主要的自然灾害之一,然而气候变化背景下干旱发生的机制及其时空格局仍不明确。本研究基于华北平原1958-2015年气象站点的长时间序列气象数据,采用敏感性分析,M-K检测以及斜率估计等方法,分析了不同气象因素对冬小麦干旱风险的影响机制。结果表明,近60年来冬小麦生育期内气象因子发生了显著的变化,导致冬小麦面临着严重的干旱风险(生长季内水分亏缺量达到350 mm),尤其在拔节-抽穗和抽穗-成熟期这两个产量形成的关键时期面临的干旱威胁更加严重。冬小麦生育阶段的干旱风险和气象因子呈现较大的时空分异特征。尽管降水对于干旱风险格局起主导作用,但是在冬小麦生长的关键阶段,气温升高和相对湿度降低等气象因素的变化都将加剧其干旱风险。过去几十年中近90%的气象站点温度都呈明显的上升趋势,如果未来气温持续升高,冬小麦的水分亏缺和干旱风险将会进一步加剧。研究结果可为作物生产有效适应未来气候变化和保障区域粮食安全提供基础支撑。