液泡加工酶VPE正向调节植物对寄生疫霉的抗病性及细胞死亡
疫霉属卵菌引致马铃薯晚疫病等作物灾难性病害，严重威胁作物可持续生产。由于其独特的遗传变异机制，导致作物品种抗病性丧失问题极为突出，因此亟需挖掘和探索新型抗病基因资源及其免疫调控机理，并将之有效应用于作物抗病分子育种。拟南芥RTP1 (Resistance to Phytophthora parasitica 1)是前期研究鉴定获得的免疫负调控因子，RTP1基因缺失的拟南芥rtp1突变体植株呈现出对多种病原菌的抗病性，并在病菌侵染初期产生快速细胞死亡和活性氧累积。基于细胞死亡在植物免疫中的重要作用，本研究旨在探究RTP1介导的植物细胞死亡机理，鉴定到一类液泡加工酶γVPE能够影响rtp1突变体响应寄生疫霉侵染而引发的抗病反应及细胞死亡。以寄生疫霉侵染的拟南芥野生型Columbia-0 (Col-0)和rtp1突变体植株为材料，通过实时定量PCR分析VPE基因表达模式，并利用VPE/Caspase-1蛋白酶的特异荧光底物分析酶活性水平，结果表明，相较于野生型Col-0，寄生疫霉侵染的拟南芥rtp1突变体中γVPE基因上调表达，并伴随着升高的VPE/caspase-1酶活性水平。进一步利用特异酶活性抑制剂，结果揭示了拟南芥植株响应寄生疫霉侵染而产生的细胞死亡以及rtp1突变体对寄生疫霉的抗病性均依赖于VPE/caspase-1酶活性。利用拟南芥γvpe突变体植株或农杆菌介导的AtγVPE瞬时过表达烟草叶片进行接菌表型分析，结果证明了AtγVPE能够正向调节植物对寄生疫霉的抗病性。综上所述，本研究不仅揭示了γVPE是植物响应寄生疫霉侵染过程中参与调节植物抗病反应和细胞死亡的关键因子，还有助于深入理解感病因子RTP1介导的细胞死亡调节机制，为作物抗病分子育种提供了新型基因资源与新思路。
反转录转座子是一种可以在基因组上移动的DNA片段，是引起遗传变异的重要来源，而基于其插入多态性可以用于开发分子标记。锌指蛋白(ZNFs)是真核生物中含量最丰富的蛋白质之一，其功能极其多样。本研究通过生物信息学方法，在6个锌指蛋白基因(ZNF2、ZNF3、ZNF7、ZNF8、ZNF10和ZNF12)中进行了反转录转座子插入多态性标记的预测，进而通过PCR实验进行验证，然后进一步研究ZNF2基因第1个内含子区的SINE转座子插入对基因活性的影响，借助双荧光素酶系统在3种细胞系（HeLa、PEF和PK15）中进行了检测分析，同时在大白猪群体中对这一位点开展了基因分型并分析了其对猪相关生产性能的影响。实验结果表明，上述ZNFs基因中存在6个反转录转座子多态性位点，它们分别是：ZNF2基因第1内含子中的SINE介导的1个多态位点和第3内含子中L1介导的1个多态位点;ZNF3基因5’侧翼区中SINE介导的1个多态位点和第2内含子中SINE介导的1个多态位点;ZNF7基因3’非翻译区中SINE介导的1个多态位点以及ZNF12基因第2内含子中L1介导的1个多态位点。在HeLa和PEF细胞中，ZNF2基因第1内含子区中的SINE插入极显著(P<0.01)的抑制了其核心启动子的活性，进而推测该位点的SINE可能是ZNF2基因的一种抑制因子，该SINE插入多态标记也显著(P<0.05)影响了大白猪的校正背膘厚，表现为该位点存在SINE插入的个体的校正背膘厚显著(P<0.05)高于无SINE插入的个体。综上所述，我们的数据表明，反转录转座子插入多态在这些锌指蛋白基因的遗传变异中扮演着重要的角色，ZNF2基因第1内含子区中的SINE插入多态标记有望成为在猪育种中进行脂肪沉积筛选的新型分子标记。
植物细胞具有全能性，在合适的培养条件下，已分化的植物细胞可以通过脱分化和再分化过程产生新的植物组织和器官。在这一过程中，生长素促进细胞生长与分裂，诱导愈伤组织的形成；细胞分裂素促进细胞的分裂并诱导不定芽的形成。硝酸盐不仅是植物生长发育必需的营养元素，还作为信号分子激活一系列基因的表达，进而影响植物生长发育。植物体内的硝酸盐信号通路还能够调控影响生长素的生物合成和运输，调控植物侧根的生长发育。MdNLP7是硝酸盐响应的主要调节因子，参与了植物体内硝酸盐的吸收和转运。在本研究中，将MdNLP7转录因子在拟南芥中异位表达，发现MdNLP7蛋白可以调控根外植体的再生；进一步的研究结果表明，MdNLP7介导了中柱鞘细胞分裂的起始。在愈伤组织形成的过程中，MdNLP7可以上调生长素合成和转运相关基因的表达，并通过影响生长素的分布来实现对根外植体形成的调控过程，进而调控硝酸盐介导的根外植体再生。
株高是影响甘蓝型油菜产量、收获指数和抗倒伏性的关键株型特征，然而，油菜株高的遗传调控机制仍不清楚。本研究利用EMS诱变获得了一个半矮杆突变体df34，遗传分析结果表明，df34的半矮杆性状由一对半显性基因控制。利用BSA-Seq方法将目的基因定位到C3染色体上，命名为BnaSD.C3。随后，利用图位克隆的方法，将BnaSD.C3精细定位到“Darmor-bzh”基因组的297.35 kb区间内。然而，在“Darmor-bzh”基因组上的这一区间内，没有潜在的调控株高性状的候选基因。结合基因组重测序、转录组测序、植物激素分析、结构变异分析和基因功能注释等信息，在“ZS11”参考基因组上，发现BnaC03G0466900ZS和BnaC03G0478900ZS为BnaSD.C3的重要候选基因。本研究为甘蓝型油菜矮化及株型育种提供了新的基因资源，为解析甘蓝型油菜株高的遗传调控机制提供了新的见解。
休眠相关的MADS-box (DAM)基因PpDAM6在芽休眠解除过程中起关键作用，其在休眠解除过程中表达量降低。然而，其在调控桃花芽内休眠解除中的互作网络仍不够完善。在本研究中，我们使用酵母双杂交(Y2H)技术，从桃休眠相关SSHcDNA文库中鉴定到了一种丝裂原活化蛋白激酶PpMAPK6，它与PpDAM6相互作用。PpMAPK6主要位于细胞核中。进一步的Y2H和双分子荧光互补(BiFC)实验验证了PpMAPK6通过结合PpDAM6的MADS-box结构域与PpDAM6相互作用。实时荧光定量PCR (qRT-PCR)分析结果表明，在3个不同需冷量的桃品种(春捷，中油5号，青州蜜桃)中PpMAPK6的表达趋势与PpDAM6相反。此外，ABA抑制PpMAPK6在花芽中的表达，促进PpDAM6在花芽中的表达。结果表明，PpMAPK6可能通过与PpDAM6相互作用使其磷酸化，从而加速其降解。在桃花芽内休眠解除过程中随着ABA含量的降低，PpMAPK6的表达量增加，进而降低了PpDAM6的表达量，促进桃花芽内休眠解除。
通过2年定位试验研究不同玉米-豆科间套作模式下（玉米-大豆带状套作、玉米-花生带状间作、玉米净作、大豆净作和花生净作）作物氮素吸收与根系分布、豆科结瘤和土壤氮素有效性之间的关系。结果表明：与净作相比，间套作显著降低了单季作物的单位面积吸氮量，但玉米-大豆套作和玉米-花生间作的系统总吸氮量分别增加31.7-45.4%和7.4-12.2%。间套作显著增加了玉米和大豆的单株氮素吸收量，与净作相比分别增加61.6%和31.8%，间作花生的单株吸氮量较净作降低46.6%。间套作系统中玉米和大豆的根系呈现不对称性分布，其根长密度和根表面密度显著高于相应单作。间作花生受竞争抑制，其根表面密度显著低于相应单作。与净作相比，套作大豆的根瘤数量和根瘤鲜重显著增加，间作花生根瘤数和根瘤鲜重则显著降低。间套作显著提高了玉米和大豆的土壤酶活性（蛋白酶、脲酶、硝酸还原酶）和土壤有效氮含量，但降低了花生的土壤酶和土壤有效氮含量。玉米-大豆带状套作系统比玉米-花生带状间作系统更有利于氮素吸收，玉米与豆科间套作可以促进玉米对氮素的吸收，从而降低氮肥用量，提高农业可持续性。
本研究通过比较基因表达量和有机酸含量，发现了一个P3A亚家族成员PbPH5基因的表达量与不同梨系统的苹果酸积累呈高度相关，且与白梨系统、西洋梨系统、砂梨系统和秋子梨系统中的相关性分别是0.932**，0.656*，0.900**和0.518*（*P<0.05或** P<0.01）。在梨果实中过表达PbPH5基因后苹果酸含量增加，沉默PbPH5基因后苹果酸含量降低；亚细胞定位结果显示PbPH5定位于液泡膜。此外，系统发育分析结果表明PbPH5基因是PH5的同源基因，与矮牵牛、苹果和柑橘PH5基因归于同一支。综上所述，这些结果表明PbPH5是一个较为保守的基因，而且，梨果实中苹果酸的积累至少部分与PbPH5基因表达量相关。
本研究调查了香味和抗寒无核品种选育中不同浓度的多效唑及胚采集时期对胚形成、萌发和成苗率的影响。结果显示，不同浓度的多效唑对不同葡萄品种子房和胚的发育影响不一致。红无籽露×北冰红和昆香无核×泰山-2组合在1.5 mg L-1多效唑处理下胚形成率最高。红无籽露×北冰红组合在1.0 μmol L-1多效唑处理下萌芽率和成苗率最高，但红无籽露×昆香无核组合在0.2 μmol L-1多效唑处理下萌芽率最好。不同的杂交组合取胚时间也不同。火焰无核×玫瑰香最佳取胚时间为授粉后39 d，昆香无核×北冰红为授粉后46 d，红宝石无核×北冰红及奇妙无核×双优为授粉后41 d。另外，向培养基中补充0.5 mg L-1吲哚丁酸可以帮助畸形苗恢复为正常幼苗并获得生长健壮的子代。研究结果将为利用胚挽救技术选育无核葡萄新品种奠定基础。
在中国南方稻作区，传统的早稻-晚稻双季稻模式（DR）种植面积迅速减少，同时，再生稻（RR）和稻虾（RC）作为两种新兴稻作模式正快速发展。本文采用能值分析法和生命周期评价法评估了稻作模式转变对水稻生产经营经济效益和生态可持续性的影响。经济效益分析结果表明：RC的生产产值和利润远大于RR和DR，RR和RC比DR的产投比分别提高了25.5和122.7%。与DR相比，由于较高的灌溉水、电力、幼虾苗和饲料等生产资料的投入，RC增加了能值投入，而RR则具有较低的总能值和不可再生能值投入，如灌溉水、电力、肥料和农药等。当稻作模式从DR转变为RR或者RC时，水稻生产的环境负载率分别减少了20.4和38.2%，而能值可持续性指标增加了34.8和65.2%。生命周期评价结果表明：RR和RC具有较低的潜在环境影响，它们的综合环境影响指数比DR分别低35.0和61.0%。与DR相比，RR的稻谷产量没有明显下降，但显著减少了经济成本和能值投入，而RC模式下稻谷产量下降严重（与RR相比减少了53.6%）。综上，再生稻模式是一种更有利于全面实现粮食安全、经济效益和生态可持续的种植模式。
以28份小麦农家种和63份选育品种为供试验材料开展田间试验，研究小麦农家种和选育品种籽粒锌、铁含量差异及对叶面施肥的响应。研究表明，供试小麦品种的平均锌含量为41.8 mg kg-1（29.0-63.3 mg kg-1），平均铁含量为39.7 mg kg-1 （27.9-67.0 mg kg-1）。小麦农家种的锌和铁含量分别比选育品种高11.0%和4.8%，但小麦农家种的收获指数、单穗粒重、单穗粒数和千粒重均低于选育品种。相关分析表明，籽粒锌、铁含量均与收获指数、单穗粒重和单穗粒数呈显著负相关，而与千粒重相关性较低，据此可推测，农家种籽粒锌、铁含量高于选育品种可能与农家种的收获指数、单穗粒重和单穗粒数较低有关，而与千粒重无关。叶面喷施锌肥，农家种和选育品种的籽粒锌含量均显著增加，农家种的籽粒锌含量增加了12.6 mg kg-1，约是选育品种的两倍（6.4 mg kg-1）。叶面喷施铁肥，农家种和选育品种的籽粒铁含量分别增加了3.4 和1.2 mg kg-1，均没有达到显著水平。可以看出，与小麦选育品种相比，农家种不仅籽粒锌、铁含量较高，且在叶面施锌条件下籽粒锌含量增幅较大，表明我国小麦农家种可作为潜在种质资源用于提高现代选育品种的微量元素含量。
连阴雨天气导致田间湿度增大，诱发田间霉菌的生长繁殖，并侵染农作物导致田间霉变的发生。在大豆生长后期，因连阴雨天气导致的田间霉变严重影响大豆的产量和品质。为探究田间霉变诱导大豆品质劣变的机制，本研究利用人工降雨室模拟连阴雨天气，诱发大豆籽粒田间霉变，结合转录组学和多种代谢检测平台，解析田间霉变胁迫下大豆品质劣变的生化机理。研究结果表明，田间霉变影响大豆的外观品质，霉变大豆籽粒皱缩、变形，并出现霉斑。田间霉变使大豆籽粒中蛋白质、多糖等储藏性物质的含量降低，导致籽粒百粒重显著下降。转录组分析发现，田间霉变使大豆籽粒中氨基酸代谢、糖酵解、三羧酸循环、脂肪酸β氧化等初生代谢过程加强。代谢组分析结果也表明，霉变大豆籽粒中多种氨基酸、糖类物质、有机酸的含量显著增加，而脂肪酸的含量则显著下降。与此同时，大豆异黄酮作为一类重要的抗逆活性物质，其生物合成在转录水平和代谢水平均受到田间霉变的诱导。田间霉变诱发大豆籽粒的防御机制，通过分解和消耗储藏性物质为防御体系的构建提供能量和底物，但储藏性物质的消耗导致了大豆品质劣变。本研究为深入了解大豆籽粒田间霉变的机制提供了重要的理论基础，同时也为抗田间霉变大豆品种的筛选指明方向。
花青素是决定梨果皮颜色的重要成分。研究发现褪黑素可以影响花青素代谢，但褪黑素采前处理对果实着色的作用尚不清楚。本试验以‘南红梨’为材料，研究了50、200 μM褪黑素采前喷施梨果实，对果皮着色、酚类物质含量及相关基因表达的影响。结果表明，褪黑素采前喷施可以显著影响梨果实着色，提高果皮中花青素和黄酮醇的含量，降低羟基肉桂酸和黄烷醇的含量，同时增加多数花青素合成基因和相关转录因子的相对表达量。此外，外源褪黑素处理促进了褪黑素合成相关基因的表达，从而增加果皮中内源褪黑素的含量。试验结果为探索褪黑素调控果实花青素代谢提供了新的思路，并有助于外源褪黑素在农业上的应用。
在本研究中，我们采用固相微萃取SPME结合气相质谱联用技术比较了这两个葡萄品种果实发育过程中香气组分和含量的差异，并通过荧光定量PCR法分析了香气合成途径，比如LOX-HPL、MEP和MVA，酶编码基因的表达差异。结果发现巨峰果实成熟过程中共检测到12种酯类香气物质，并且主要在转色后含量丰富，但87-1葡萄中没有检测到酯类香气物质；87-1葡萄果实中检测到了14种萜烯类香气物质，含量丰富，并以里那醇为主，但在巨峰果实中仅检测到少量的萜烯类香气物质；荧光定量PCR的结果表明醇酰基转移酶编码基因VvAAT的低表达可能是87-1葡萄酯类香气含量低的主要原因，而MEP代谢途径酶编码基因的低表达，特别是里那醇合成酶编码基因VvPNLinNer1的低表达可能是巨峰葡萄中萜烯类香气物质含量低的原因。本研究将有助于对葡萄香气代谢机理认识的加深，并为葡萄香气品质改良提供理论指导。
传染性法氏囊病（Infectious bursal disease, IBD）是一种严重危害养禽业健康发展的传染病，该病的病原是传染性法氏囊病病毒（Infectious bursal disease virus, IBDV）。IBDV的基因组由双节段双股RNA组成，即A节段和B节段。传统上，依据致病性和抗原性，IBDV可分为经典株、变异株、超强毒株和弱毒株。近年来，随着IBDV的不断变异，具有新的基因特征的IBDV毒株不断出现。传统的IBDV分类方法已不能涵盖这些新出现的毒株。因此，亟需建立一种新的IBDV基因型分类方法用于IBDV的流行病学研究。近年来，A节段基因序列常被用于IBDV的基因分类。然而，对于基因组分节段的IBDV来讲，A节段和B节段在病毒的遗传演化中都很重要，仅基于A节段基因序列的基因分类方法是不全面的。而且，原有的分类方法已经不能涵盖不断出现的IBDV节段重配病毒和最新出现的IBDV新型变异株。因此，本研究率先建立了一种兼顾IBDV基因组双节段特征的新的IBDV基因分型方法。在该分型系统中，基于A节段编码的VP2高变区核苷酸序列特征，IBDV被分为9个基因群（A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8和AII）；基于B节段编码的B-maker的核苷酸序列特征，IBDV被分为5个基因群（B1、B2、B3、B4和BII）；A2又被进一步分为4个亚群（A2a、A2b、A2c和A2d）。利用新的基因分型方法，传统的经典株、变异株、超强毒株和弱毒株分别被归类于基因群A1B1、A2B1、A3B2和A8B1。本研究中鉴定的IBDV新型变异株被归类为基因群A2dB1。本研究建立的IBDV基因分型方法，是一个灵活多样的开元系统，可用于现有毒株和新出现毒株的明确鉴定，将极大地方便IBDV的分子流行病学研究。
