本研究在引起北方玉米叶枯病的半活体性营养真菌——玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)基因组中鉴定了13个StCFEM蛋白。CFEM结构域的序列比对和WebLogo分析表明,StCFEM氨基酸高度保守,除StCFEM1、2、3和6外,整体上含有8个典型的半胱氨酸;系统发育分析表明,根据有无跨膜结构域的存在,13个蛋白(StCFEM1-13)可分为2个分支,其中6个有信号肽且无跨膜结构域的StCFEM蛋白(StCFEM3, 4, 5, 10, 12, 13)被假定为候选效应蛋白;对蛋白三级结构进行预测,发现候选效应蛋白的CFEM结构域可以形成螺旋结构,与白色念珠菌(Candida albicans)Csa2同源;进一步利用pSuc2t7M13or酵母分泌系统验证效应蛋白的分泌功能,结果发现6个候选效应蛋白均具有分泌能力,鉴定为分泌蛋白;转录组分析表明,6个候选基因在真菌侵染过程中不同时期均表达,其中SCFEM3、4、5和12在附着胞形成时期高度表达;我们还发现StCFEM3、4和5对BAX/INF诱导的本氏烟草程序性细胞死亡(PCD)没有影响,而StCFEM12可以抑制INF诱导的PCD,但对BAX诱导的PCD没有影响。本研究发现玉米大斑病菌(S. turcica )CFEM蛋白家族共有13个成员,鉴定StCFEM12为候选效应子,为阐明CFEM蛋白在植物原发病过程中的作用奠定了基础。
小麦全蚀病 (Take-all) 是一种具有毁灭性的土传病害,培育抗病材料是控制该病害的重要途径之一。华山新麦草 (Psathyrostachys huashanica Keng) 是小麦品种改良的重要遗传资源,特别是小麦全蚀病稀缺的抗性资源。在本研究中,相比感病亲本7182,小麦-华山新麦草渗入系H148的全蚀病抗性得到了显著性提升。为了明确H148抗病性的遗传机制,我们构建了H148和西农585的F2遗传分离群体,且利用植物数量遗传体系“主基因+多基因”混合遗传模型分离分析法对其研究发现,H148的全蚀病抗性受到两对主效基因的共同控制,这两对主效基因存在一定的加性、显性和上位性效应。同时,结合集群分离分析法 (Bulked Segregant Analysis, BSA) 和小麦660K基因芯片筛选出与抗病相关的外源特异性SNP,主要分布于小麦2A染色体。根据特异性SNP开发竞争性等位基因特异性PCR (Kompetitive allele specific PCR, KASP) 分子标记,对F2群体进行基因分型,最终在2A染色体的68.8-70.1Mb区间内定位到一个主效的QTL。该目标区间在小麦参考基因组序列上存在62个候选基因,经基因功能注释显示,两个可编码蛋白的基因与系统性提升植物根系抗性相关,被预测可能参与了小麦对全蚀病的抗病反应。总之,小麦-华山新麦草渗入系H148的选育以及抗病QTL的定位,以期为小麦抗全蚀病分子辅助育种和抗病基因的精细定位提供一定的参考信息。
气候变化严重影响农业生产,危及粮食安全。中国是世界第二大玉米生产国,也是最大的玉米消费国。分析气候变化对玉米单产的影响可以为国家和国际经济和政治提供有效的指导。面板模型无法确定数据集的组间异方差、截面相关和组内自相关,因此我们采用广义最小二乘模型(FGLS)来评估1979-2016年气候变化对中国玉米单产的影响。得到以下结果:(1)在1979-2016年期间,温度升高对中国玉米单产产生了负面影响。温度每升高1℃,玉米单产减少5.19 kg 667 m-2(1.7%)。在此期间,降水仅略有增加,因此其对玉米单产的影响可以忽略不计。降水量每增加1 mm,玉米单产将增加0.043 kg 667 m-2(0.014%),这是微不足道的。(2)气候变化对玉米单产的影响在空间上有所不同,在中国南部地区受到的影响更大。在该地区,温度每升高1℃,玉米单产下降7.49 kg 667 m-2,而温度对中国北方玉米单产的影响不明显。降水量每增加1 mm,华南玉米单产增加0.013 kg 667 m-2,而华北玉米增加0.066 kg 667 m-2。(3)玉米作物对气候变化的适应力强,1990-2016年期间的中国南北部温度的边际效应均小于1979-2016年期间。
长期秸秆还田是提高农田土壤有机碳储量的重要碳源,秸秆焚烧还田在我国南方也屡见不鲜。然而,长期稻草管理对土壤有机碳组分、酶活性及其相互关系的影响,以及其影响是否存在季节差异却尚未明确。我们基于2009年开始建立的长期定位试验平台,通过设置3个N、P、K等养分输入(包括秸秆/灰分和化学养分)的处理:秸秆不还田(CK)、秸秆还田(SR)和秸秆焚烧还田(SBR),探讨长期秸秆还田条件对南方双季稻田土壤有机碳组分及土壤酶活性的影响。结果表明,与CK相比,长期秸秆还田有利于提高早稻产量(P=0.057),并显著增加早晚稻田土壤的总有机碳(TOC)和微生物量碳(MBC)含量。而稻草焚烧还田对TOC无显著影响,但降低了早稻轻组有机碳(LFOC)和晚稻易氧化有机碳(EOC)含量,而显著增加了可溶性有机碳(DOC),且显著降低了土壤pH。我们研究还表明,长期秸秆还田条件下,MBC是评估双季稻系统土壤有机碳变化最敏感的指标;此外,SBR和SR对土壤酶活性的影响早晚稻稻田土壤呈现相反趋势,进而导致土壤有机碳组分含量存在季节差异,尤其是改变了土壤DOC含量,而早晚稻DOC与β-木糖苷酶均呈正相关。可见,秸秆还田较秸秆焚烧还田更有利于土壤有机碳组分的固持与提高,但其对晚稻土壤酶活性的负作用有待进一步研究。