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2023年, 第22卷, 第7期
刊出日期：2023-07-01 上一期   

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叶绿体遗传转化技术的优化方法和工具箱 LIU Yu-xin, LI Fan, GAO Liang, TU Zhang-li, ZHOU Fei, LIN Yong-jun 2023, 22(7): 1951-1966.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.02.031 摘要 ( )   PDF   叶绿体作为一种离散、高度结构化、半自主的细胞器。叶绿体的小基因组能成为合成生物学极有前途的平台。叶绿体基因工程作为一种特殊的合成生物学手段，对重建植物体内各种复杂的代谢途径具有巨大的潜力，例如提高作物的光合能力，植物的抗逆性或者合成新的药物和疫苗。然而，许多植物的叶绿体遗传转化效率低或无法进行。因此，新的转化技术和工具正在不断被开发。为了进一步拓展和促进叶绿体基因工程的应用，本文综述了近年来在叶绿体遗传转化方面的新技术，并对选择合适的合成生物元件用以构建高效的叶绿体转化载体进行了探讨。

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中麦578/济麦22群体产量相关性状基因定位 LIU Dan, ZHAO De-hui, ZENG Jian-qi, Rabiu Sani SHAWAI, TONG Jing-yang, LI Ming, LI Fa-ji, ZHOU Shuo, HU Wen-li, XIA Xian-chun, TIAN Yu-bing, ZHU Qian, WANG Chun-ping, WANG De-sen, HE Zhong-hu, LIU Jin-dong, ZHANG Yong 2023, 22(7): 1985-1999.  DOI: 10.1016/j.jia.2022.12.002 摘要 ( )   PDF   发掘稳定的数量性状位点（Quantitative trait loci，QTL），并开发其紧密连锁分子标记，是进一步提高小麦产量的重要途径。本研究以中麦578/济麦22重组自交系（Recombinant inbreed lines，RIL）群体262个家系为材料，通过调查两年五个环境千粒重、粒长、粒宽、平均灌浆速率、穗粒数和株高共六个产量相关性状，利用50K SNP芯片基因型分析数据，构建了含有1501个bin标记的遗传连锁图谱，图谱总长度2384.95 cM。利用完备区间作图法，在1D（2）、2A（9）、2B（6）、2D、3A（2）、3B（2）、4A（5）、4D、5B（8）、5D（2）、7A（7）、7B（3）和7D（5）染色体上共定位到53个产量相关QTL，可解释表型变异的2.7–25.5%，其中23个QTL可在3个以上环境定位到，表现稳定；QKl.caas-2A.1、QKl.caas-7D、QKw.caas-7D、QGfr.caas-2B.1、QGfr.caas-4A、QGfr.caas-7A和QPh.caas-2A.1等7个QTL可能是新的位点。定位到的一因多效QTL共形成六个富集区段（R1–R6），分别包含2–6个QTL，位于2A、2B、4A、5B、7A和7D染色体；TaSus2-2B和WAPO-A1分别是位于2B和7A染色体上一因多效QTL的候选基因。7D染色体上的QTL富集区段内含有4个稳定QTL，分别控制千粒重、粒长、粒宽和株高，利用与其紧密连锁的侧翼标记，开发了KASP标记，在自然群体中对其效应进行了验证。本研究结果为小麦的高产育种和中麦578的进一步改良提供了基因和分子标记。

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一个编码B-BOX蛋白的GhDR基因上的2bp移码缺失与陆地棉矮杆红叶性状共分离 WANG Xue-feng, SHAO Dong-nan, LIANG Qian, FENG Xiao-kang, ZHU Qian-hao, YANG Yong-lin, LIU Feng, ZHANG Xin-yu, LI Yan-jun, SUN Jie, XUE Fei 2023, 22(7): 2000-2014.  DOI: 10.1016/j.jia.2022.10.007 摘要 ( )   PDF   株型和叶色是棉花纤维产量的重要影响因素。本研究基于遗传分析、茎秆石蜡切片和植物激素处理方法，发现棉花矮红株突变体（DR）是一个赤霉素敏感型突变体，由一个单显性基因位点突变引起，将其命名为GhDR。通过BSA-seq结合靶向测序基因型检测（GBTS）方法将控制突变性状基因定位在A09 染色体约197 kb的候选区间内，包含 25 个注释基因。基于候选基因的注释信息，及其在突变体和正常植株之间的序列和表达差异，GH_A09G2280基因被认为是控制矮红突变体表型的最佳候选基因。在DR突变体GhDR/GH_A09G2280基因编码区发现了一个2 bp的缺失，导致GhDR基因产生移码突变，蛋白翻译提前终止。GhDR是拟南芥AtBBX24的同源基因，编码B-box锌指蛋白。移码缺失导致GhDR 的C末端缺失了核定位结构域和VP结构域，并改变了其亚细胞定位结果。比较转录组分析表明，在DR突变体中，参与赤霉素生物合成和信号转导的关键基因下调表达，而与赤霉素降解和花青素生物合成相关基因上调表达。本研究初步揭示了GhDR基因同时调控棉花株型和花青素积累的潜在分子机制。

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HD-Zip转录因子GhHB12通过调控生长素信号抑制棉花株高 LIU Yan, WANG Wei-ping, ZHANG Lin, ZHU Long-fu, ZHANG Xian-long, HE Xin 2023, 22(7): 2015-2024.  DOI: 10.1016/j.jia.2022.09.022 摘要 ( )   PDF   陆地棉是世界上最重要的纤维作物。株高作为植物株型的重要组成部分，影响着作物的种植模式、产量和经济系数。前期研究中，我们分离并鉴定了一个棉花HD-ZIP基因（GhHB12），该基因调控棉花的非生物和生物胁迫应答反应和生长发育过程。在本研究中，我们证明GhHB12基因受生长素诱导表达，过表达GhHB12基因能激活HY5、ATH1和HAT4基因的表达，抑制生长素的时空分布、极性运输和信号传导，并改变细胞壁扩张相关基因的表达，最终抑制棉花株高。这些结果表明，GhHB12可以通过影响生长素的信号传导和细胞壁的扩展来调节棉花株高。

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施钾量对两个水稻品种脂类合成和食味品质的影响 CHEN Guang-yi, PENG Li-gong, LI Cong-mei, TU Yun-biao, LAN Yan, WU Chao-yue, DUAN Qiang, ZHANG Qiu-qiu, YANG Hong, LI Tian 2023, 22(7): 2025-2040.  DOI: 10.1016/j.jia.2022.09.020 摘要 ( )   PDF   脂类含量对水稻食味品质有重要影响，但施肥量对水稻脂类合成和食味品质的影响还尚不明确。钾对水稻品质有较大影响，水稻对钾肥的需求量大于氮肥和磷肥。为了探明施钾量对水稻脂类合成和食味品质的影响，以南粳9108（粳稻）和IR72（籼稻）作为试验材料，设置了K0（0 kg/hm2）、K1（90 kg/hm2）、K2（135 kg/hm2）和K3（180 kg/hm2）4个施钾水平。结果表明，随着施钾量的增加，两个品种的脂类、游离脂肪酸、不饱和脂肪酸、丙二酰辅酶A和磷脂酸的含量、脂类合成相关酶活性以及食味品质均呈先升高后降低的变化趋势，且在K2处理下达到最大值；饱和脂肪酸的含量则呈现相反的变化趋势。不同施钾量处理之间丙酮酸的含量无显著差异。随着施钾量的增加，南粳9108的蛋白质和草酰乙酸的含量以及磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的活性呈先升高后降低的变化趋势，在K2处理下达到最小值；IR72则呈相反的变化趋势，在K1处理下达到最大值。综上所述，增施钾肥可以通过提高水稻脂类合成相关酶活性，协调脂类和蛋白质合成过程中对底物的竞争关系，从而优化脂肪酸的组分，提高脂类含量和稻米食味品质。当施钾量为135 kg/hm2时，最有利于两个品种脂类的合成，其食味品质和产量最高。

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降低穗肥施用减轻弱光胁迫对水稻产量和品质的负面效应 WEI Huan-he, GE Jia-lin, ZHANG Xu-bin, ZHU Wang, DENG Fei, REN Wan-jun, CHEN Ying-long, MENG Tian-yao, DAI Qi-gen 2023, 22(7): 2041-2053.  DOI: 10.1016/j.jia.2022.08.045 摘要 ( )   PDF   弱光胁迫已成为水稻生产中日趋严重的逆境，然而关于弱光胁迫对华东地区水稻产量和品质的研究报道仍较少；此外，也应探索合理的氮肥施用措施以减轻弱光胁迫对水稻产量和品质的负面效应。本研究旨在明确遮光（无遮光、花后遮光）和穗肥施用量（NDP，降低穗肥用量；NMP，正常穗肥用量；NIP，增加穗肥用量）对水稻产量和品质相关性状的影响。与无遮光相比，遮光处理下水稻减产9.5%-14.8% (P<0.05)，主要是由于较低的结实率和粒重。无遮光处理下，NMP和NIP的产量显著高于(P<0.05)NDP；遮光处理下，不同穗肥施用处理的产量则无显著差异。与NMP和NIP相比，NDP在遮光处理的减产幅度小，这主要是由于其较高的结实率和粒重。与无遮光相比，遮光处理降低了花后叶片光合速率、成熟期干物质、抽穗至成熟期干物质积累量和成熟期茎鞘非结构性碳水化合物(NSC)的积累量。NDP则提高了遮光处理下的收获指数和NSC运转效率。与无遮光相比，遮光处理降低了稻米糙米率、精米率、整精米率和直链淀粉含量，提高了垩白米率、垩白面积和垩白度以及蛋白质含量。无遮光处理下稻米加工品质以NMP最优，遮光处理下则以NDP最优。在无遮光和遮光处理下，NDP的垩白米率、垩白面积和垩白度均低于NMP和NIP。遮光处理下，NDP的直链淀粉含量和崩解值降低，蛋白质含量和消减值则提高，从而实现了与无遮光处理相近的食味值。本研究结果表明，花后遮光显著恶化水稻产量和稻米品质。遮光处理下，NDP可促进NSC转运、提高收获指数以及库容充实效率，从而降低产量损失；此外，NDP可维持遮光处理下稻米加工、外观和蒸煮食味品质。因此，适当降低穗肥施用可减轻弱光胁迫对水稻产量和品质的负面效应。

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分蘖成穗率是提高小麦籽粒产量、光合能力和氮效率的关键 DING Yong-gang, ZHANG Xin-bo, MA Quan, LI Fu-jian, TAO Rong-rong, ZHU Min, Li Chun-yan, ZHU Xin-kai, GUO Wen-shan, DING Jin-feng 2023, 22(7): 2054-2066.  DOI: 10.1016/j.jia.2022.10.005 摘要 ( )   PDF   过去几十年来，品种改良提高了小麦籽粒产量和氮肥利用效率，因此，21世纪长江流域小麦品种的籽粒产量和氮肥利用效率均高于先前的品种。但更高籽粒产量和氮肥利用效率的性状和机制还不清楚。为了探索这些新品种更高的籽粒产量和氮肥利用效率机制。本研究于2016-2019年连续3个生长季选择21个当地小麦品种进行栽培。三年度籽粒产量和氮肥利用效率均呈显著正相关关系。这些品种被分为高产高效、中产中效和低产低效类型（分别缩写为HH、MM和LL）。HH类型具有显著高的籽粒产量和氮肥利用效率。高产是由于通过高分蘖成穗率增加了有效穗数以及高花后单茎生物量增加了单穗产量。与其他类型相比，HH具有更强的花后叶面积持绿能力和更高的剑叶净光合速率。更高的花前氮素积累量增加了花前单茎氮素积累，包括茎鞘、叶片和单位叶面积，并且提高了氮肥吸收效率，这也是氮肥利用效率提高的主要原因。此外，分蘖成穗率与单茎氮素积累量、单位叶面积氮素积累量、叶片持绿能力和剑叶净光合速率均显著相关，表明，提升分蘖成穗率促进了氮素吸收、叶片氮素积累量和光合能力，从而实现籽粒产量和氮肥利用效率的协同提升。因此，分蘖成穗率被认为是一个可以用来品种选育和管理，以提高农业效率和可持续性的重要核心指标。

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旱地作物对气候变化响应及春玉米抗旱适水种植技术 FAN Ting-lu, LI Shang-zhong, ZHAO Gang, WANG Shu-ying, ZHANG Jian-jun, WANG Lei, DANG Yi, CHENG Wan-li 2023, 22(7): 2067-2079.  DOI: 10.1016/j.jia.2022.08.044 摘要 ( )   PDF   气候变化对农业产生了重大影响。但大多数研究基于历史气象数据的分析，缺乏与作物生长发育和土壤水分相关联的长期监测。本研究收集了甘肃省农业科学院镇原试验站1957-2020年气象数据和1981-2019年作物生育期数据，并在陇东和宁南开展了相关田间长期试验。研究结果表明，60年来，每10年平均气温增加0.36°C和降水减少11.2mm；1981-2019年的39年间旱地冬小麦田间耗水量平均362.1mm，呈现出每10年减少22.1mm的趋势，但1985-2019年的35年间春玉米耗水量平均405.5mm，保持基本稳定。气候干暖化导致旱地作物生育期发生了明显变化，每10年冬小麦和春玉米生育期缩短5.19天和6.47天，播前推迟3.56天和1.8天，成熟期提前1.76天和5.51天。全膜双垄沟集雨种植使小雨量在垄沟集雨效率达到65.7-92.7%，水分向土壤深层入渗，作物根域水分成倍增加，作物水分满足率提高110-160%，连续15年全膜双垄沟较半膜平作覆盖旱地玉米增产19.87%。旱地玉米群体大小是影响产量和水分利用效率的关键因素，种植密度从3000提高到4500株/亩，玉米产量和水分利用效率增加20.6%和17.4%，从4500提高到6000株/亩再增加12.0%和12.7%。然而，不同降水量地区旱地玉米产量与种植密度均呈现二次曲线关系，曲线性状、最高产量对应的最大密度在地区之间差异很大。在300-500mm年降水量地区，种植密度随降水量的增加而增加，适水种植密度为每1mm降水可种植玉米12株/亩，但超过500mm时种植密度随降水量变化不大。因此，旱地农田抗旱节水应集中在压夏扩秋适水型种植结构建立、垄沟覆盖集雨种植、以水定密适水种植等，以减少气候变化引起的负面影响，增强旱地玉米生产的可持续。

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苹果蔗糖磷酸合成酶MdSPS基因家族全基因组鉴定与功能分析 ZHANG Li-hua, ZHU Ling-cheng, XU Yu, LÜ Long, LI Xing-guo, LI Wen-hui, LIU Wan-da, MA Feng-wang, LI Ming-jun, HAN De-guo 2023, 22(7): 2080-2093.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.05.024 摘要 ( )   PDF   蔗糖磷酸合成酶（SPS）是蔗糖合成途径中的限速酶，与磷酸蔗糖磷酸酶（SPP）形成复合体共同催化合成蔗糖，在植物生长发育过程中提供能量并在果实品质提升方面发挥着重要作用。目前，关于苹果SPS基因家族的进化模式及系统性分析的研究较少。本研究从苹果基因组GDDH13 v1.1中鉴定了7个MdSPS基因和4个MdSPP基因，并分析了其基因结构、基因启动子顺式元件、蛋白保守基序、亚细胞定位和生理生化特性。染色体定位和基因组复制分析表明，全基因组复制（WGD）和片段复制是MdSPS基因家族进化的主要方式，MdSPS基因对的Ka/Ks比值分析指出该家族成员在驯化过程中经历了较强的纯化选择。根据系统发育关系将SPS基因划分为3个亚家族，并观察到基因亚家族间古老的基因复制事件和差异显著的进化速率。此外，根据‘金冠’、‘富士’、‘秦冠’和‘蜜脆’四个苹果品种果实发育过程中可溶性糖含量与SPS家族基因表达水平的相关性，鉴定了一个蔗糖积累相关的关键基因MdSPSA2.3。随后通过病毒诱导MdSPSA2.3基因沉默证实了该基因在苹果果实蔗糖积累中的重要功能。本研究为更好地阐明MdSPS基因在苹果果实发育过程中的生物学功能奠定了理论基础。

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cAMP和钙离子信号循环效应对枣生长发育的影响 WANG Li-xin, WANG Lin-xia, ZHANG Meng-ling, QU Ying-yue, YUAN Ye, Ehsan SADEGHNEZHAD, GAO Meng-jiao, ZHAO Ruo-yu, QI Chao-feng, GUO Xiao-xue, ZHU Wen-hui, LI Rui-mei, DAI Li, LIU Meng-jun, LIU Zhi-guo 2023, 22(7): 2094-2110.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.04.039 摘要 ( )   PDF   3',5'-环磷酸腺苷（cAMP）是一种重要的代谢产物，特别在枣中高效积累。然而，cAMP在枣细胞中的功能尚未得到系统研究。因此，我们通过枣细胞悬浮系的建立、原生质体分离及荧光强度分析研究了cAMP与钙离子信号的关系。首先，外源cAMP处理可以促进枣的生长和内源cAMP的积累。通过对过表达腺苷酸环化酶（ZjAC）的转基因拟南芥转录组分析鉴定出60个与钙离子信号相关的差异表达基因（DEG），发现这些基因参与钙离子信号转导及细胞间/内的反应。另外，外源cAMP和钙离子促进剂A23187等药物处理可以诱导枣细胞中ZjAC的表达、cAMP的积累及钙离子向细胞质中的流入，而钙离子螯合剂EGTA或腺苷酸环化酶抑制剂bithionol处理抑制了这种增加。此外，外源cAMP处理可以激活钙离子通道及相关下游基因，如ZjCNGC2和ZjMAPK2、ZjMAPKK2、ZjMAPKK4。总之，该研究结果表明cAMP的合成依赖于钙离子信号内流，钙离子信号和cAMP之间的级联放大效应参与细胞内信号转导从而促进枣的生长发育。

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挥发性代谢组和转录组揭示大花粉晕香水月季花香释放节律及分子机制 ZHOU Li-jun, HUANG Run-huan, LIU Ting-han, LIU Wei-chao, CHEN Yun-yi, LU Pei-feng, LUO Le, PAN Hui-tang, YU Chao, ZHANG Qi-xiang 2023, 22(7): 2111-2125.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.06.015 摘要 ( )   PDF   月季是世界上最重要的观赏植物之一，具有极高食用和药用价值，还被全世界范围广泛种植用来提取精油。本研究采用固相微萃取（SPME）和气相色谱-质谱（GC-MS）联用法对在云南西北地区发现的具有浓郁甜香的新物种——大花粉晕香水月季（Rosa yangii）不同开花阶段的花香成分进行提取和分析。共检测到113种挥发性有机化合物，从中筛选出69种芳香挥发物。我们发现大花粉晕香水月季的花朵在初开期产生和释放的挥发性有机物明显高于其他开放阶段，此阶段合成并保留了大量的花香组分，说明在工业生产时更适合在初开期采收花朵。气味活性值（OAV）分析表明，大花粉晕香水月季的主要芳香成分包括丁香酚、甲基丁香醇、苯乙醛和苯乙醇、庚醛、癸醛、（E）-2-己烯-1-基乙酸酯、石竹烯等。代谢组和时序基因共表达网络（TO-GCN）联合分析显示，苯类/苯丙类挥发性有机化合物合成途径上的基因和有机挥发物对其浓郁甜香起主要调控作用。MYB和bHLH可能是调控丁香酚合成酶（EGS）和异丁香酚合成酶（IGS）合成进而影响花香的重要转录因子。综上所述，本研究可为观赏植物芳香分子育种提供科学依据，并促进植物精油新原料在食品储藏、芳香疗法、化妆品和香料行业的开发利用。

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SsRSS1基因参与甘蔗鞭黑粉菌的水杨酸响应及致病性调控 ZHANG Hao-yang, YANG Yan-fang, GUO Feng, SHEN Xiao-rui, LU Shan, CHEN Bao-sha 2023, 22(7): 2126-2137.  DOI: 10.1016/j.jia.2022.10.006 摘要 ( )   PDF   【目的】甘蔗鞭黑粉菌引起的甘蔗黑穗病是甘蔗上最严重的系统性真菌病害，对全球甘蔗生产造成严重的损失。然而，该病原菌的致病机制在很大程度上仍然未知，对甘蔗鞭黑粉菌致病性调控机制的研究将有助于开发新的病害防治策略。【方法】利用农杆菌T-DNA介导的CRISPR-Cas9基因插入突变及回补系统分别在甘蔗鞭黑粉菌两个不同的交配型担孢子中构建水杨酸感知调节因子SsRss1的敲除株和回补株。通过对细胞表型观察、生长速度、压力应激、水杨酸耐受性、有性配合以及致病的检测，明确SsRSS1基因在甘蔗鞭黑粉菌重要生物过程中的功能。【结果】SsRss1是一个具有保守锌簇DNA结合结构域的GAL4样转录因子，受水杨酸诱导表达；敲除SsRss1编码基因SsRSS1不影响甘蔗鞭黑粉菌单倍体担孢子的细胞形态、体外生长速率及有性配合能力，但降低了单倍体担孢子对水杨酸的耐受力；SsRSS1缺失突变体对甘蔗的侵染率下降约40%，受侵染植株的黑鞭症状形成时间延迟或植未能形成黑鞭；SsRSS1基因缺失不影响植株体内菌丝的形态及冬孢子的形成与萌发。【结论】甘蔗鞭黑粉菌SsRss1参与病原菌对水杨酸的响应并对水杨酸的耐受性和致病性有明显贡献。【创新性】本研究首次报道了甘蔗鞭黑粉菌转录因子SsRss1在致病性调控方面的作用及机制，加深了该病原菌与甘蔗互作机理的认识。

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利用MaxEnt生态位模型预测不同气候场景下象耳豆根结线虫在全球的潜在适生区分布 PAN Song, PENG De-liang, LI Ying-mei, CHEN Zhi-jie, ZHAI Ying-yan, LIU Chen, HONG Bo 2023, 22(7): 2138-2150.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.06.022 摘要 ( )   PDF   象耳豆根结线虫是一类在全球范围内发生且危害多种作物的重要病原线虫，其主要分布于全球的热带和亚热带地区。然而，目前关于影响其分布的主要环境因子以及未来潜在分布区域变化的研究还未有报道。在本研究中，我们根据象耳豆根结线虫在全球不同地区发生报道的相关数据，利用Maximum Entropy（MaxEnt）模型对这类根结线虫在中国及全球的潜在地域分布进行了预测。同时，我们利用3套气候模式（BCC-CSM2-MR, CanESM5和CNRM-CM6-1）对象耳豆根结线虫到本世纪50年代和90年代的潜在分布区域进行了预测，对其在不同气候条件下潜在分布区域的变化进行了分析。结果显示，象耳豆根结线虫的最佳适生区域为亚洲、南美洲、北美洲和非洲北纬30度到南纬30度之间的区域。Bio16（全年最湿润季度的降水量）、bio10（全年最热季度的平均气温）以及bio11（全年最冷季度的平均气温）是影响象耳豆根结线虫潜在分布最重要的环境因子。进一步的预测结果显示，在未来的气候条件下，全球象耳豆根结线虫的最佳适生区域将不断向高纬度地区扩展。该结果将为象耳豆根结线虫的防控提供理论基础。

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敲除草地贪夜蛾的气味受体共受体基因揭示了雌雄虫嗅觉系统的功能差异 CAO Song, SUN Dong-dong, LIU Yang, YANG Qing, WANG Gui-rong 2023, 22(7): 2162-2172.  DOI: 10.1016/j.jia.2022.11.004 摘要 ( )   PDF   昆虫的气味受体（Odorant receprot，OR）是它们探测和识别与其生存密切相关的外部化学线索的关键。昆虫识别配体的特异性受体与一个广泛存在的气味受体共受体（Odorant receptor coreceptor，Orco）构成了异聚体复合体。本研究运用CRISPR/Cas9基因敲除技术对我国重大入侵害虫草地贪夜蛾的Orco基因进行了敲除，并揭示了该基因在气味受体调控的嗅觉行为中的重要作用。触角电位结果表明，Orco基因敲除之后，雌雄成虫对8种测试的植物挥发物和两种性信息素的电生理反应均丧失。然而，Orco基因对雌雄成虫交配行为的影响却存在明显的差异：雄虫Orco突变体的交配行为完全被干扰而雌虫Orco突变体的交配行为却不受影响。产卵实验结果表明，Orco突变体雌虫的产卵量比野生型雌虫的产卵量减少了24.1%。总之，这些结果表明了Orco是一个干扰草地贪夜蛾正常行为的优良靶标，并为害虫的防治提供了一种可行的方法。

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基于计算机视觉技术的草地贪夜蛾生殖发育状态精准识别 与产卵预测 LÜ Chun-yang, GE Shi-shuai, HE Wei, ZHANG Hao-wen, YANG Xian-ming, CHU Bo, WU Kong-ming 2023, 22(7): 2173-2187.  DOI: 10.1016/j.jia.2022.12.003 摘要 ( )   PDF   草地贪夜蛾（鳞翅目：夜蛾科）是世界范围内重要的迁飞性农业害虫，自2016年以来入侵非亚洲多个国家，目前对世界粮食安全构成严重威胁。当前，草地贪夜蛾的监测和预警策略主要集中在成虫种群密度，缺乏准确预测成虫繁殖动态的信息技术平台。于是在本研究中，为了识别成虫的发育状况，我们首先利用雌性卵巢图像提取和筛选出五个特征并结合支持向量机（SVM）分类器，以及利用雄性精巢图像获取精巢的圆形特征，对成虫发育时间进行判定。然后，利用实验室测试建立了产卵动态与成虫生殖器官发育时间之间关系的模型。结果表明，雌性卵巢发育等级判断的准确率达到91%，卵巢发育时间实际值与预测值的均方误差（MSE）为0.2431，日产卵量实际值与预测值的平均误差率为12.38%。精巢直径识别误差率3.25%，雄性精巢发育时间预测值和实际值的均方误差为0.7734。综合上述研究成果，开发了草地贪夜蛾生殖发育状态识别及繁殖预测微信小程序，现已开放给植保人员使用。本研究开发了一种自动化方法，可以精准预测草地贪夜蛾种群繁殖动态，有助于建设种群监测预和警系统，供专业专家和当地群众使用。

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CD163位点特异性编辑的猪肺泡巨噬细胞可以降低对猪繁殖与呼吸综合征病毒感染的易感性 XU Kui, ZHOU Yan-rong, SHANG Hai-tao, XU Chang-jiang, TAO Ran, HAO Wan-jun, LIU Sha-sha, MU Yu-lian, XIAO Shao-bo, LI Kui 2023, 22(7): 2188-2199.  DOI: 10.1016/j.jia.2022.11.010 摘要 ( )   PDF   猪繁殖与呼吸综合征（Porcine reproductive and respiratory syndrome, PRRS）是猪传染性最强和致死性最高的病毒性疾病之一。尽管分化抗原簇163 (Cluster of differentiation 163, CD163) 蛋白被确定为介导PRRS病毒（Porcine reproductive and respiratory syndrome virus, PRRSV）感染的必需受体，但CD163参与感染的重要氨基酸残基仍不清楚。鉴定这些关键残基对于研究PRRSV的感染机制和制备抗PRRSV的基因编辑猪具有重要意义。对CD163结构的分析表明，CD163 SRCR5结构域内的配体结合口袋(ligand-binding pocket, LBP)(位于CD163的第487位到499位氨基酸)和loop 5–6（位于CD163的第544位到570位氨基酸）可能参与了PRRSV的感染。CD163 LBP位点特异性编辑猪可以完全抵抗PRRSV感染，但loop 5-6的破坏或缺失是否能抑制PRRSV的感染尚未报道。R561（第561位的精氨酸（R））位于loop 5-6内，R561A突变的PK-15细胞可以显著增强对PRRSV的抗感染能力，但定点编辑CD163 R561的猪肺泡巨噬细胞（porcine alveolar macrophages, PAMs）（PRRSV感染的靶细胞）或CD163 R561编辑猪能否抑制PRRSV的感染仍不清楚。这项研究中，我们首先利用CRISPR/Cas9介导的片段删除技术制备了CD163缺失40个氨基酸残基的永生化猪肺泡巨噬细胞（immortalized porcine alveolar macrophage, IPAM）细胞系，这40个残基位于CD163的第523位到562位氨基酸，这其中包含了R561和部分loop 5–6结构，该细胞系被命名为IPAM-CD163△523-562。病毒感染实验表明，IPAM-CD163△523-562可以完全抵抗 PRRSV的感染。同时，我们利用CRISPR/Cas9介导同源重组技术制备了携带CD163-R561A（CD163的561位精氨酸（R）被替换为丙氨酸（A））的基因编辑克隆猪，并分离得到原代CD163-R561A PAMs。PRRSV攻毒实验结果表明，与野生型的CD163-R561 PAMs相比，CD163-R561A PAMs 对PRRSV的易感性显著降低。以上研究结果表明，CD163的第523位到562位氨基酸中含有介导PRRSV感染的必需氨基酸残基，CD163 R561参与了PRRSV的感染过程，但它不是感染所必需的。这些位点可以作为了解PRRSV感染机制的新靶点，CD163-R561A猪也可作为培育抗PRRSV猪群体的育种材料。

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基于8个鸡品种的全基因组SNP解析品种特征形成的遗传基础 WANG Jie, LEI Qiu-xia, CAO Ding-guo, ZHOU Yan, HAN Hai-xia, LIU Wei, LI Da-peng, LI Fu-wei, LIU Jie 2023, 22(7): 2200-2212.  DOI: 10.1016/j.jia.2022.11.007 摘要 ( )   PDF   世界范围内有各种品种、类型的鸡，它们的品种特征各不相同，是宝贵的遗传资源。目前，对影响这些鸡品种的特异性表型的遗传决定因素的研究还有待进一步加深。深入了解品种特异性表型变异的潜在遗传机制可以帮助育种者培育和改良鸡品种。本研究对7个来自山东省的本地品种共140只鸡和20只引进的隐性白羽鸡的全基因组进行了重测序。基于常染色体单核苷酸多态性(SNPs)的群体基因组比较结果揭示了鸡群基于地理距离的聚类模式。通过全基因组范围内的选择性清除分析，本研究确定了甲状腺刺激激素受体(TSHR，繁殖性状，生理节律)，红细胞膜蛋白带4.1 样 1 (EPB41L1，体型大小)和烷基甘油单加氧酶(AGMO，攻击行为)是主要候选的鸡品种特异性决定基因。此外，本研究利用机器学习分类模型，基于与品种特征显著相关的SNPs对鸡的品种进行判别，预测准确率为92%，可有效实现莱芜黑鸡的品种鉴定。本研究首次提供了山东地方鸡种的完整基因组数据，相关的分析揭示了山东地方鸡种的地理模式和鸡的品种特异性性状相关的潜在的候选基因。此外，本研究开发了一个基于机器学习的预测模型，使用SNPs数据进行品种判别，该部分内容为利用机器学习方法开发品种分子身份证提供了参考。本研究揭示的地方鸡品种遗传基础有助于更好地理解鸡资源特性的内在机制。

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鸡干扰素调节因子7剪切异构体负调控干扰素β的表达 MA Yu-chen, CHEN Hua-yuan, GAO Shen-yan, ZHANG Xiao-zhan, LI Yong-tao, YANG Xia, ZHAO Jun, WANG Zeng 2023, 22(7): 2213-2220.  DOI: 10.1016/j.jia.2022.12.015 摘要 ( )   PDF   型干扰素（type I interferon, IFN-I）是保护机体抵御病原微生物感染的重要防线。干扰素调节因子（IFN regulatory factor，IRF）在DNA及RNA病毒感染鸡后刺激机体产生IFN-I、建立抗感染免疫的过程中发挥重要作用。在哺乳动物体内，主要依赖IRF3和IRF7共同调节IFN-I的表达。但是，鸡先天缺乏IRF3，主要依赖IRF7调控IFN-I的表达。目前，已在哺乳动物体内鉴定出4种IRF7剪切异构体，但鸡IRF7（chicken IRF7， chIRF7）是否存在类似的剪切变异及其功能均不清楚。本研究在构建chIRF7克隆过程中，鉴定出一个新的剪切异构体，命名为chIRF7-iso。序列分析发现，与chIRF7相比，chIRF7-iso包含完整的N端DNA-结合结构域，但其C端存在14个差异氨基酸。随后，我们评估了chIRF7和chIRF7-iso对IFN-β启动子的活化能力，并以新城疫病毒弱毒疫苗株LaSota和高致病性血清4型禽腺病毒（Fowl adenovirus serotype 4, FAdV-4）作为研究对象，评估了chIRF7-iso对这两株病毒在鸡肝细胞（leghorn male hepatocellular， LMH）中复制能力的影响。结果发现，chIRF7可以促进IFN-β的高水平表达，而chIRF7-iso对IFN-β启动子活性及表达量无明显影响。此外，LaSota和FAdV-4在过表达chIRF7的LMH细胞中复制水平较低，而在chIRF7-iso转染组细胞中增殖较好。这些结果均说明，本研究新鉴定出一种chIRF7剪切异构体，且chIRF7-iso可能通过负调控IFN-β通路而影响病毒的增殖。该研究为丰富鸡天然免疫应答奠定了基础。

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长期有机无机配施提升稻田土壤肥力并增加水稻产量 GAO Peng, ZHANG Tuo, LEI Xing-yu, CUI Xin-wei, LU Yao-xiong, FAN Peng-fei, LONG Shi-ping, HUANG Jing, GAO Ju-sheng, ZHANG Zhen-hua, ZHANG Hui-min 2023, 22(7): 2221-2232.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.02.037 摘要 ( )   PDF   施肥是提升土壤肥力促进作物增产的有效措施，长期不同施肥对土壤培肥的效果差别很大，依托中国农科院红壤实验站双季稻田连续38年不同施肥定位试验，研究了7种不同施肥处理CK（不施肥）；NPK（化学氮、磷、钾肥料）；M（腐熟牛粪）；NPKM（化学氮、磷、钾和牛粪）；NPM（化学氮、磷和牛粪）；NKM（化学氮、钾和牛粪）；PKM（化学磷、钾和牛粪）对水稻产量、稻田土壤肥力与养分表观平衡的影响。结果表明，各处理水稻年均产量由高到低为NPKM、NPM、NKM、PKM、M、NPK、CK，范围在6214-11562 kg hm2。长期有机无机配施处理（NPKM、NPM、NKM、PKM）较NPK的增产率分别为：22.58%、15.35%、10.53%、4.41%。长期有机无机配施处理（NPKM、NPM、NKM、PKM）的土壤有机碳、全氮、有效氮、速效钾含量均显著高于CK和NPK，其中有机肥配施氮磷肥处理的NPKM、NPM、PKM土壤全磷和有效磷含量显著高于CK、NPK；NPKM处理的水稻年均产量（11562 kg hm2）、有机碳（20.88 g kg-1）、土壤全氮（2.30 g kg-1）、全磷（0.95 g kg-1）、全钾（22.5 g kg-1）、有效磷含量（38.94 mg kg-1）均为各处理中最高，NKM处理土壤碱解氮含量（152.4mg kg-1）和速效钾含量（151.00 mg kg-1）为各处理最高。氮、磷施用量的增加导致土壤中氮、磷养分出现盈余，但NPKM处理相比其他处理能够有效降低盈余量；各处理土壤中钾素均表现为亏缺。相关性分析表明土壤SOC、TN、AN、TP、AP含量均与水稻产量显著相关（P<0.05），相关系数分别为0.428、0.496、0.518、0.501和0.438。本研究表明，相比单施化肥，长期有机肥配施化肥通过提升土壤肥力，促进土壤养分平衡，显著增加水稻产量，其中有机肥配施氮磷钾肥(NPKM)对于土壤肥力和水稻产量的提升效果最好。

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中国南方种植利用绿肥对稻田土壤碳固持和碳足迹的影响 GAO Song-juan, LI Shun, ZHOU Guo-peng, CAO Wei-dong 2023, 22(7): 2233-2247.  DOI: 10.1016/j.jia.2022.12.005 摘要 ( )   PDF   中国南方稻田绿肥种植和利用已有数千年历史，维持了区域土壤肥力和水稻生产。但目前绿肥对稻区土壤碳固持和碳足迹的定量化研究少有报道。本研究将长期定位试验与Meta分析结合，定量研究了绿肥提高中国南方稻田土壤碳固持和减少碳足迹的潜力。研究表明，与冬闲相比，冬种绿肥处理可在减少40%的氮肥下维持水稻产量，同时土壤表层碳固持速率为1.62 Mg CO2-eq ha-1 yr-1。不同试验站的总碳足迹范围为7.51~13.66 Mg CO2-eq ha-1 yr-1， 其中甲烷是最主要组分，占总量的60.7%-81.3%。绿肥-稻田模式降低了稻田生产系统31.4%的非直接碳足迹排放（主要为氮肥），提高了19.6%的直接碳足迹排放（主要为甲烷）。绿肥的甲烷排放因子（EFgc）在低和高甲烷排放情景下分别为5.58%和21.31%。在低排放情景下，土壤碳库的增加可抵消增加的稻田甲烷排放；而在高排放情景下，土壤碳库的增加不足以抵消增加的稻田甲烷排放。当EFgc小于9.20%时，绿肥可同时增加土壤碳库和减少系统碳足迹。EFgc值的大小主要受绿肥翻压量和稻田水分管理影响，说明优化翻压量和田间水分管理是提高中国南方稻田绿肥田土壤碳固持和减少碳足迹的关键。

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一种基于无人机多光谱影像改进小麦冠层氮素含量估算的双层模型 LIAO Zhen-qi, DAI Yu-long, WANG Han, Quirine M. KETTERINGS, LU Jun-sheng, ZHANG Fu-cang, LI Zhi-jun, FAN Jun-liang 2023, 22(7): 2248-2270.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.02.022 摘要 ( )   PDF   准确、快速地估算作物冠层氮素含量（CNC）是精准农业中优化氮肥施用的关键。田间取样测定叶片面积指数（leaf area index，LAI）、冠层光合色素（CPP：包括叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素）和叶片氮浓度（leaf nitrogen concentration，LNC）费时费力。本文评估了利用高精度无人机多光谱影像估算冬小麦全生育期LAI、CPP和CNC。选取23个光谱特征（5个原始光谱波段、17个植被指数和RGB图像的灰度值）和8个纹理特征（对比度、熵、方差、均值、同质性、相异性、二阶矩、相关性）作为模型的输入，比较了多元逐步回归（MSR）、支持向量回归（SVR）、梯度提升决策树（GBDT）、高斯过程回归（GPR）、反向传播神经网络（BPNN）和径向基函数神经网络（RBFNN）6种机器学习方法反演冬小麦LAI、CPP和CNC的效果。特别提出了一种基于LAI和CPP的双层结构模型来估算CNC。研究结果表明，与仅输入SFs相比，SFs + TFs组合输入大大提高了冬小麦LAI、CPP和CNC的估算精度。RBFNN和BPNN模型在估算冬小麦LAI、CPP和CNC方面优于其他机器学习模型。提出的双层模型（R2=0.67–0.89 , RMSE=13.63–23.71 mg g-1 , MAE = 10.75–7.59 mg g -1）在估算冬小麦CNC时优于传统的直接反演模型（R2=0.61–0.80 , RMSE=18.01–25.12 mg g-1 , MAE = 12.96–18.88 mg g -1）。以SFs + TFs作为输入的双层RBFNN模型在估算冬小麦CNC时精度最高( R2=0.89 , RMSE= 13.63 mg g-1 , MAE=10.75 mg g-1)。本研究可为田间准确、快速地估测冬小麦冠层氮素含量提供指导。

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基于UHPLC-Q-Exactive-MS的非靶向代谢组学揭示了地理标志大米和普通大米蒸煮前和蒸煮后的代谢物与食味品质之间的关系 SHI Shi-jie, ZHANG Gao-yu, CAO Cou-gui, JIANG Yang 2023, 22(7): 2271-2281.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.06.003 摘要 ( )   PDF   地理标志大米是指特定地理产地的大米，往往其食味品质较好，商品价格高，米饭因其柔软的质地和烹饪后的嚼劲而受到青睐。然而，地理标志大米也容易受到欺诈的困扰。了解地理标志大米优良食味品质的原因，确定地理标志大米的产地，有助于维护大米市场的稳定，促进大米产业的发展。在这项研究中，我们对大米的食味品质进行了测定。基于UHPLC-Q-Exactive-MS的非靶向代谢组学方法对地理标记大米和普通大米烹蒸煮前后的代谢物进行了鉴定。我们的研究结果表明，地理标志大米具有较低的蛋白质和直链淀粉含量，从而导致较高的淀粉糊化特性和食味品质。一共鉴定出520种代谢物，其中142种和175种代谢物在蒸煮前和蒸煮后与普通大米存在显著差异。蒸煮后多种代谢物的含量与大米食味品质呈显著负相关关系。地理标记大米在蒸煮前后氨基酸和脂质代谢物的含量较低，这可能是其食味品质优良的原因。通过线性判别分析，我们发现大米蒸煮后的差异代谢物对不同地理产地的大米鉴别准确率更高，达到100%。本研究对地理标志大米的代谢物有了新的认识，从而解释了地理标志大米优良食味品质的原因。利用水稻蒸煮后的代谢产物对水稻进行地理鉴定具有较高的准确性。

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GC-MS分析不同生长期锦橙果皮精油中挥发性化合物及脂肪酸含量的变化 XIE Jiao, CAO Qi, WANG Wen-jun, ZHANG Hong-yan, DENG Bing 2023, 22(7): 2282-2294.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.05.015 摘要 ( )   PDF   重庆地区广泛种植的柑橘果实为锦橙，目前因锦橙挥发性成分的贡献构成其特有的香气而深受消费者的青睐。发育和成熟过程中锦橙香气的变化情况是表征其果实成熟和采收的指标。然而，近年来鲜有有关发育阶段对锦橙挥发性化合物影响的相关报道。此外，挥发性化合物来源于脂肪酸，如大部分脂肪酸是挥发性化合物的合成前体。在此基础上，采用气相色谱联用质谱(GC-MS)分析了挥发性化合物及其合成前体脂肪酸的变化。在此研究中，9个发育阶段(AF1-AF9)共鉴定了60种挥发性化合物和8种脂肪酸。其中，萜类化合物和饱和脂肪酸分别占总挥发物的92.00%和脂肪酸的87.50%以上。从主成分分析（PCA）图可知，AF5、AF6和AF9阶段完全分离且呈现差异。此外，几乎绝大部分挥发性化合物和脂肪酸在发育初期呈现增加的趋势，从AF6发育期呈现降低趋势，最后在AF9成熟阶段再呈现增加趋势。在发育阶段，锦橙果皮精油中萜类、醇类、醛类、酮类和饱和脂肪酸含量最高的分别是d-柠檬烯、芳樟醇、辛醛、环己酮和硬脂酸。本研究结果表明，不同发育阶段对锦橙果皮精油中挥发性成分及其合成前体脂肪酸有显著性影响。