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    2024年, 第23卷, 第3期
    刊出日期:2024-03-20
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    高粱抗逆的分子机制:对作物改良策略的启示
    2024, 23(3): 741-768.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.12.023
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    在自然条件下,干旱、盐、极端温度、重金属污染等非生物胁迫是限制作物生长及产量的主要环境因素。高粱是一种光合高效的C4草类植物,由于其出色的抗逆性,能够在各种不利环境下生长。研究高粱的抗逆机制,可为培育抗逆作物提供理论基础,并且有利于利用边际土壤,保证正常耕地和粮食安全。在本综述中,我们讨论了自然环境下高粱对干旱胁迫、盐碱胁迫、温度胁迫以及对土壤重金属胁迫的适应机制,包括高粱在抵抗不同非生物胁迫中特殊性的反应,高粱抗逆种质的筛选及相关基因、QTL的鉴定及功能研究。此外,我们还讨论了当前报道的不同胁迫耐受性高粱种质的应用潜力,强调了在边际土壤种植及推广高粱的可行性。
    绿色革命基因Semidwarf 1在陆稻育种中受到人工选择
    2024, 23(3): 769-780.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.05.010
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    半矮化育种大大促进了作物产量,被称为第一次绿色革命。第一次绿色革命基因Semidwarf 1 (SD1)通过调节赤霉素的合成来发挥调控水稻株高的作用,该基因的突变能导致水稻株高降低从而促进抗倒伏和耐肥性,因此大大提高了水稻籽粒产量。株高有利于特定环境下的籽粒产量,但是SD1能否促进陆稻的适应性和产量还不清楚。本文对比分析了水田和旱地两种环境条件下水、陆稻种质资源株高和产量的关系。结果显示,植株通过降低高度来应对旱地的水分胁迫,并且两种条件下陆稻群体比水稻群体均具有更高的株高,适当地降低株高可以促进对旱地环境的适应性和维持籽粒产量。另外,陆稻本身具有较粗的茎杆和抗倒伏能力,而敲除陆稻品种IRAT104降低了株高和产量,表明通过SD1调节株高可以维持陆稻旱地条件下的籽粒产量。遗传多样性分析证明SD1单倍型变异可以引起株高的表型差异;从农家种到现代水稻品种育种历史进程中,SD1等位变异被选择利用,通过降低株高进而提高了水稻产量。对5SD1已知等位突变在农家种和现代育成种的分布情况进行分析,证明了陆稻更需要有功能的SD1以维持相当的籽粒产量。上述结果表明,SD1可能在陆稻群体中受到正向的人工选择,并进一步提出了陆稻育种需要较高株高的新观点。

    玉米籽粒发育过程中的大量矿质元素浓度动态变化与遗传调控
    2024, 23(3): 781-794.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.11.003
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    氮、磷、钾是玉米生长发育所必需的大量矿质元素,对玉米产量和品质形成都至关重要。玉米籽粒灌浆过程中大量元素浓度的动态变化和积累的遗传基础仍不清楚。在本研究中,我们以DH1MT877杂交产生的206个重组自交系为材料,对授粉后6个时间点的籽粒氮、磷和钾浓度进行了测定,并计算不同时间区间内氮、磷和钾的净变化量。在重组自交系群体中,氮、磷和钾的浓度和净变化均观察到丰富的表型变异。数量性状位点(QTL)定位共发现了41QTL,其中氮、磷和钾浓度分别为有171614QTL。条件QTL定位发现了39QTL与氮、磷、钾浓度净变化相关。结合QTL、基因表达、共表达分析和比较基因组数据,我们分别鉴定出443644个候选基因与氮、磷和钾浓度相关,其中GRMZM2G371058与氮浓度相关,编码一个Dof转录因子,GRMZM2G113967与钾浓度相关,编码一个激酶蛋白CIPK。本文研究结果加深对玉米籽粒发育过程中氮、磷、钾积累的遗传机制的认识,为玉米养分浓度的遗传改良提供了有价值的候选基因。

    NAC转录因子LuNAC61对亚麻纤维发育的负调控作用
    2024, 23(3): 795-805.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.12.029
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    亚麻是一种重要的纤维作物,具有优异的纺织性能,它也是研究韧皮纤维发育的模式植物。纤维发育受基因的协同调控尤其是NACNAMATAF1/2CUC2)转录因子纤维次生细胞壁形成过程中发挥着重要作用。在亚麻中过表达LuNAC61导致转基因植株较野生型植株顶部分生组织区叶片稀疏,茎纤维素含量显著降低。通过扫描电镜和染色观察发现过表达植株纤维束较野生型明显减少。GUS染色分析显示LuNAC61启动子在亚麻茎韧皮纤维中具有高活性。此外,LuPLATZLuCesA家族的几个成员表现出与LuNAC61的显著共表达关系。亚细胞定位表明LuPLATZ24蛋白存在于细胞核和细胞质中,LuNAC61蛋白仅存在于细胞核中,LuCesA10蛋白存在于细胞核及内质网中。双荧光素酶报告基因实验结果揭示LuPLATZ24促进LuNAC61表达,而LuNAC61抑制LuCesA10表达由此推测该代谢网络很有可能参与调节亚麻纤维发育。研究为全面深入分析亚麻纤维发的机制以及利用生物技术手段提高亚麻纤维产量奠定了重要的基础
    品种-水-氮-稻桩损伤多因子互作对低留桩再生季稻产量形成的影响机制研究
    2024, 23(3): 806-823.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.05.038
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    农艺措施是减少机收头季稻稻桩碾压损伤,减轻对再生稻腋芽萌发和产量形成的影响,从而促进再生稻可持续发展的关键。本研究以福建省广泛推广的常规水稻佳辐占和杂交稻甬优2640为材料,于2018年至2019年在福建农林大学实验基地的顶棚可调式简易塑料大棚内进行了四因素随机区组试验,其中包含施肥和不施肥、干湿交替和漫灌,以及人工碾压和非碾压稻桩处理。同时利用13C稳定同位素示踪原位检测技术对盆栽试验进行了施肥和不施肥的验证试验。结果显示,品种、水分管理、氮肥和稻桩处理之间存在显著的交互作用。相对于长期淹水处理,在头季稻收割前后,逐一施加保根和促蘖氮肥,并配以适度的干湿交替水肥耦合处理,可以显著改善低节位的有效分蘖,减少因碾压对稻桩损伤的影响而增加单株有效穗数和每穗粒数,最终实现再生稻的高产。此外,在头季稻成熟期,13C同化物对稻桩和腋芽的分配显著改善,而在再生季稻生长后期,由于此时基部茎节中的激素和多胺在水肥调节的诱发作用降低了13C同化物向根系和根际土壤的转运率。因此,在头季稻收割前后,及时施用保根促蘖氮肥并耦合适度的田间干旱处理,可望获取机收低留桩再生稻的高产。

    氮肥对水稻冠层温度的影响
    2024, 23(3): 824-835.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.05.005
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    水稻冠层温度与植株生理特性紧密联系,直接影响产量形成的重要因素。但不同氮肥处理下水稻全生育期冠层温度的变化规律及其与水稻生长的关系尚待明确。本研究选择了当地常用的水稻品种淮稻5号、南粳9108和扬粳805为材料,设置了不施氮肥(CK),中氮(MN200 kg ha–1)和高氮(HN300 kg ha–1) 三个氮肥梯度,进行了两年重复试验利用无人机搭载高精度摄像头,测定种植在同一大田环境条件下水稻冠层温度的全生育期动态变化。结果表明不同氮肥处理下水稻冠层温度在分蘖、拔节、孕穗、抽穗期这四个时期不施氮肥处理的冠层温度显著高于中氮高氮处理p=0.05),而乳熟、蜡熟期则无显著差异。不同品种水稻的冠层温度表现为淮稻5大于南粳9108大于扬粳805,但差异不显著水稻冠层温度主要与地上部鲜重相关系数r=-0.895)、植株含水率(-0.912)剑叶净光合速率(-0.84)、气孔导度(-0.91)、蒸腾速率(-0.90)、气孔面积(-0.83)等性状相关结构方程模型(SEM)表明氮肥是直接影响水稻冠层温度的最重要的因子,同时氮肥通过影响水稻叶片气孔面积、蒸腾速率和气孔导度,间接影响了水稻冠层温度。抽穗期是研究水稻冠层温度的最佳时期,此时水稻冠层温度与产量、穗数和每穗粒数呈极显著负相关关系冠层温度的高低可成为反映水稻生长及预测产量的便捷而较准确的指标。

    穗数是影响覆盖措施下旱地冬小麦籽粒产量的首要因素
    2024, 23(3): 836-848.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.05.034
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    水分是限制旱地小麦产量的关键因素。覆盖通过影响土壤水分进而影响作物产量和产量构成要素。但产量构成因素和土壤水分与产量之间的关系,以及覆盖措施下影响籽粒产量的最重要因素需要进一步的研究。因此,本试验在西北地区黄土高原进行为期9年的长期定位试验,共设置3个处理:不覆盖(CK)、地膜覆盖(MP)和秸秆覆盖(MS)。试验测定产量、其构成要素和土壤水分相关指标,并通过相关性分析、结构方程模型和重要性分析探讨产量构成要素和土壤水分与产量之间的关系。结果表明,与CK相比,MPMS处理的籽粒产量分别提高13.0%10.6%MP处理比MS处理年均增产134 kg·ha-13个处理的产量构成要素差异不显著(P < 0.05)MS处理的土壤蓄水量高于MP处理,但差异不显著。MS处理的夏闲土壤蓄水量(SWSSF)和播前土壤蓄水量(SWSS)均显著高于CK,分别提高38.5%13.6%MPCK处理的SWSSF差异不显著,但MPSWSS显著高于CK。在收获土壤蓄水量(SWSH)和生育期耗水量(ET)方面,3个处理差异不显著。通过3种分析方法,我们发现穗数和ET与籽粒产量呈正相关关系。在MPMS处理中,穗数是对产量相对重要性最大的因素;在CK处理中,ET是对产量相对重要性最大的因素。充足的SWSSF可以间接增加穗数和ET。因此,覆盖措施可以提高产量和土壤蓄水量。在覆盖措施下,影响旱地小麦籽粒产量的最重要因素是穗数;在不覆盖条件下影响旱地小麦籽粒产量的最重要因素是ET。本研究结果有助于理解在覆盖和不覆盖措施下影响旱地小麦籽粒产量的最主要因素。

    黄瓜黄色条纹转运蛋白基因启动子突变导致黄色子叶表型的研究
    2024, 23(3): 849-862.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.11.024
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    在高等植物中,叶色突变体被视为研究叶绿素生物合成、光合作用机制和叶绿体发育的理想材料。在此,我们鉴定了一个在栽培黄瓜中表现出黄色子叶的自发突变体yc412。该黄致死突变体表现出现异常的叶绿体超微结构、较低的光合能力和色素含量。通过BSA测序和精细定位,我们将黄色子叶(yc)位点缩小到3号染色体上的一个~96.8 kb区间。通过重测序技术和分子克隆,我们确定Csyc为候选基因,该基因编码一个黄条纹转运蛋白。Csyc启动子区域的TC突变导致yc412的黄色子叶表型。与YZU027A(野生型)相比,Csycyc412子叶中的表达显著下调。通过病毒诱导基因沉默技术在黄瓜中沉默Csyc,导致叶片的叶绿素含量显著降低,叶片褪绿。此外,转录组分析表明,在yc412子叶中,与叶绿体相关基因和叶绿素生物合成相关基因显著下调。本研究结果为黄条纹转运蛋白在植物叶绿体发育和叶绿素合成中的分子功能提供了新的认识。

    细胞壁降解酶基因PECTINESTERASE的可变剪接影响葡萄采后软化进程
    2024, 23(3): 863-875.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.11.023
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    果实硬度是鲜食葡萄最重要的品质性状之一,但果实采后软化分子机制尚不完全清楚。为进一步解析采后软化调控机制,我们对采后巨峰葡萄进行叶酸(Folic AcidFA)处理(以水处理为对照,CK),通过比较各处理组间果实的转录组数据,筛选出差异表达基因(Differentially Expressed GenesDEGs),并鉴定采后软化相关可变剪接(Alternative splicingAS)事件及相关差异表达基因。共鉴定出2559个差异表达基因,根据表达模式将其分为四个亚簇,其中亚簇4中的差异表达基因在CK组中高表达。FACK处理组果实中特异性AS相关基因数分别为1045个和1042个。GO注释结果表明,CK处理组果实中的AS相关基因主要富集在细胞壁代谢过程中,尤其是细胞壁降解过程。通过比较AS相关基因与亚簇4的差异表达基因,筛选出了8个发生AS事件的差异表达基因,其中包括一个编码细胞壁降解酶的基因(果胶酯酶2VvPE2Vitvi15g00704),分析结果显示该基因可能发生了A3SS事件。RT-PCR进一步证实在FA处理组的葡萄果实中存在较高比例的VvPE2的截短转录本变体。本研究运用转录组测序技术分析葡萄采后果实的AS事件,并结合实验验证进一步明确细胞壁降解酶基因的AS事件在葡萄采后果实软化调控中发挥了重要作用。

    综合转录组学和代谢组学鉴定调控刺梨槲皮素衍生物合成的关键基因
    2024, 23(3): 876-887.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.11.022
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    刺梨果实富含黄酮类化合物,但对其生物合成途径知之甚少。在本研究中,我们采用转录组学和代谢组学研究了刺梨果实发育五个阶段黄酮类化合物的动态变化。黄酮类化合物及其生物合成相关基因在不同发育阶段的丰度发生显著变化,并鉴定出大量槲皮素衍生物。WGCNA结果中发现三个与刺梨中黄酮类化合物的丰度显著相关的基因表达模块,并在这些模块中鉴定了三个直接参与槲皮素衍生物合成的结构UDP-糖基转移酶基因。此外,我们发现RrBEH4RrLBD1RrIF8可以显著促进槲皮素衍生物生物合成下游基因的表达。总之,这些结果为刺梨中黄酮类化合物的代谢和槲皮素衍生物的积累提供了新的见解。

    玉米真小孢帽菌叶枯病病原菌分离鉴定及其对杀菌剂的敏感性测定
    2024, 23(3): 888-900.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.09.032
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    玉米是重要的粮、饲、经兼用型作物,在全世界广泛种植。2011年,在甘肃省灵台县和临洮县玉米植株上发现了一种新的叶部病害。病侵染玉米叶片,叶尖和缘处呈现不规则的褪绿病变,病斑向内扩展变褐,导致半叶或全叶枯死,其上散生大量黑色点状子实体。近年来,该病害已从甘肃扩展到周边宁夏的整个县区、陕西的部分区域及内蒙古的呼和浩特,且危害程度逐年加重,对我国西北春玉米产业的健康发展已构成严重威胁。为明确玉米新发病害叶枯病的病原菌种类,并筛选出有效的防治药剂,本研究于2018年—2020年自甘肃省和宁夏回族自治区123个村镇采集具有典型叶枯病症状的玉米叶片,分离和纯化后获得245株培养性状一致的菌株,通过形态学特征、多基因序列分析和致病性测定,确定了引起玉米叶枯病的病原菌,并采用菌丝生长速率法测定了该病原菌对6种杀菌剂的敏感性。对病原菌进行传统的形态学观察,病原菌的菌落形态、有性和无性形态与真小孢帽属真菌较为相似;通过ITSSSULSUTEFTUB多位点系统发育分析发现病原菌与鸭茅真小孢帽菌(Eutiarosporella dactylidis)聚为一类。根据不同地理来源,12株代表菌株接种后出现的病害症状与田间表现一致,供试菌株的致病力无明显差异。供试药剂中,咯菌腈和多菌灵对E. dactylidis菌丝生长的抑制作用最强,EC50值分别为0.0063 ± 0.0013μg mL-10.0260 ± 0.0035 μg mL-1。本研究首次报道了E. dactylidis是引起玉米叶枯病的病原菌,咯菌腈和多菌灵可有效抑制病菌菌丝生长。研究结果将为玉米真小孢帽菌叶枯病病害诊断和科学防控提供依据。

    基于三重并行注意力的改进多尺度逆瓶颈残差网络苹果叶片病害识别
    2024, 23(3): 901-922.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.06.023
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    准确诊断苹果叶片病害对于提高苹果产量质量,促进苹果产业发展有着重要意义。但是不同苹果叶片病害在图像纹理和结构信息上差异不明显,且在复杂背景下病害特征提取存在困难,使得此类研究进展缓慢。针对上述问题,本文在ResNet-50的基础上,提出了一种基于三重并行注意机制的改进型多尺度逆瓶颈残差网络模型,同时改进并结合了Inception模块和ResNext逆瓶颈块,实现了七类苹果叶片识别(包括Alternaria_Boltch,Brown_Spot,Grey_spot, Mosaic,Rust, Scab六种病害和一种Healthy)。首先,用多尺度残差卷积代替部分残差模块中的3×3卷积,多尺度卷积的每个分支所包含的不同大小卷积核都应用于提取一部分特征图,最后这些卷积分支的输出通过相加进行多尺度融合,以丰富图像的输出特征。其次,采用全局逆瓶颈结构来减少网络特征损失,逆瓶颈结构让图像信息在不同维度特征空间之间转换时损失更小。多尺度和逆瓶颈的融合能够让模型在精细识别苹果叶片病害和面对复杂识别背景下以横向和纵向相结合的特点获得更高的鲁棒性。最后,在每一个改进的模块后,集成了三重并行注意力模块,通过旋转和残差变换实现通道间的跨维互动,在维度依赖性得到改善的同时,以相对较小的计算成本提高了重要特征的并行搜索效率和网络的识别率。为了验证本文模型的有效性,我们对从植物村、百度飞桨和互联网的公共数据集中筛选出来的苹果叶病图像进行了统一增强。最终处理后的图像数量为14000张。对处理后的数据集进行了消融研究、预处理比较和方法比较。实验结果表明,所提出的方法在所采用的数据集上达到98.73%的准确率,比经典的ResNet-50模型高1.82%,比预处理前的苹果叶病数据集好0.29%。与一些最先进的方法相比,它在苹果叶病识别方面也取得了有竞争力的结果。

    香蕉穿孔线虫的分支酸变位酶在线虫致病性中起重要作用
    2024, 23(3): 923-937.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.04.040
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    植物寄生线虫在侵染植物的过程中通过口针或者体壁向植物细胞和组织中释放对成功侵染致病发挥重要作用的一系列蛋白。本研究利用香蕉穿孔线虫(Radopholus similis)转录组数据鉴定克隆了香蕉穿孔线虫分支酸变位酶(RsCM)基因。该基因在香蕉穿孔线虫的食道腺特异表达,且在雌虫和幼虫中高表达,为单拷贝基因。在烟草叶片中的瞬时表达,结果表明RsCM定位在烟草叶片细胞的细胞质和细胞核,能够抑制flg22诱导的包括胼胝质沉积和防卫基因表达的PTI反应,并能够抑制BAX诱导的细胞坏死,但不能抑制Gpa2/RBP-1 诱导的细胞坏死。RsCM的RNAi转基因番茄对香蕉穿孔线虫的侵染致病和繁殖表现明显抑制作用;而过表达转基因番茄对香蕉穿孔线虫侵染的抵抗力明显降低,并且病根中与水杨酸途径相关的2个基因PR1PR5的表达量显著下调,表明RsCM可能参与了水杨酸途径的抑制。本研究结果表明,RsCM抑制了寄主的免疫系统,为防治香蕉穿孔线虫提供了新的靶标,同时也为研究迁移性寄生植物线虫分支酸变位酶基因的功能和作用机制提供了新的数据。

    抗菌代谢产物xenocoumacin 1对二斑叶螨的防控作用
    2024, 23(3): 948-959.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.06.008
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    二斑叶螨是全多种农业生态系统中普遍发生且影响极为严重有害生物之一,目前的主要防控手段是化学杀螨剂及捕食螨天敌,然而两者兼容性较低。为有效防治该虫害,迫切需要开发新型生物农药以支持二斑叶螨有害生物综合治理研究中,我们探明了高纯度抗菌代谢产物xenocoumacin 1Xcn1)对二斑叶螨及加州新小绥螨的致死效应,明确了该化合物对叶螨的防控作用及天敌友好程度。首先,我们利用简易启动子激活化合物识别方法(easyPACId)构建了嗜线虫致病杆菌CB6的突变体,在其无细胞上清液中提取并纯化获得Xcn1代谢产物。当喷施浓度超过100μg mL-1 的Xcn1溶液6二斑叶螨存活率降至不足40%繁殖率降低了80%此外,我们发现Xcn1在浓度为25μg mL-150μg mL-1时可通过抑制蜕皮中止二斑叶螨发育,但这两个浓度对捕食螨天敌加州新小绥螨的生存和繁殖没有任何不利影响。结合实验室和半田间实验结果,我们发现抗菌代谢Xcn1在分子水平种群水平上均具有控制害螨的可行性因此,本研究提供了结合Xcn1捕食螨类可兼容生物控制剂进行害螨综合防治的参考模式,为叶螨绿色防控技术提供了理论基础

    circRNA3669通过miR-26a和RCN2激活PI3K/AKT-mTOR与MAPK通路促进山羊子宫内膜上皮细胞增殖
    2024, 23(3): 960-974.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.05.029
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    容受性子宫内膜是胚胎成功植入的必要条件之一,它的形成是一个复杂的动态过程,在这个过程中子宫内膜的形态与功能发生显著改变,其中包括子宫内膜细胞增殖与凋亡。然而,这种分子机制有待进一步研究。目的:本研究旨在探究circRNA3669对山羊子宫内膜上皮细胞的调控作用。方法:利用RT-qPCR、Western blot、双荧光素酶活性检测系统、免疫组化、CCK-8、EdU、细胞凋亡等实验技术,检测circRNA3669在山羊子宫内膜上皮细胞中对miR-26a网钙蛋白2RCN2)的调控作用,以及对山羊子宫内膜上皮细胞增殖的影响。结果:在本研究中,circRNA3669在山羊容受期子宫内膜中的表达量显著高于容受前期。功能分析显示, circRNA3669过表达后通过激活PI3K/AKT-mTOR和MAPK信号通路,促进山羊子宫内膜上皮细胞的增殖,从而抑制山羊子宫内膜上皮细胞凋亡。此外,circRNA3669可作为一种竞争性内源性RNA(ceRNA)通过吸附miR-26a上调RCN2在山羊子宫内膜上皮细胞中的表达量。结果显示,RCN2在山羊容受前期子宫内膜中高表达,且β-雌二醇(E2)和孕酮(P4)调控其在山羊子宫内膜上皮细胞中的表达量。RCN2可通过激活PI3K/AKT-mTOR和MAPK信号通路上关键蛋白PI3K、AKT、mTOR、JNK和P38的磷酸化水平,进而促进山羊子宫内膜上皮细胞增殖。结论:circRNA3669作为ceRNA吸附miR-26a,上调RCN2 在山羊子宫内膜上皮细胞中的表达量,并通过激活PI3K/AKT-mTOR和MAPK通路抑制山羊子宫内膜上皮细胞凋亡。本研究在山羊子宫内膜上皮细胞中构建了circRNA3669-miR-26a-RCN2调控网络,为进一步探究circRNA在山羊容受性子宫内膜建立过程中的分子调控机制提供试验依据。

    基于全基因组SNP评估中国地方鸡不同保种群体的保种效果
    2024, 23(3): 975-987.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.10.009
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    为了保护各保种群体的遗传多样性和环境适应力,保种计划需要进行严格的评估。本研究利用全基因组SNP对中国两个地方鸡品种固始鸡 (GS) 骨鸡 (XB) 的不同保种群进行了比较分析,以探究它们的遗传多样性和群体结构随时间的动态变化。根据保护方法和世代的不同,本研究GSXB分为五个保种群:GS1 (2010年采样,异地保种)GS2 (2019年采样,异地保种)GS3 (2019年采样,原产地保种)XB1 (2010年采样,原产地保种) XB2 (2019年采样,原产地保种)研究采分组计算观测杂合度、期望杂合度、多态性位点、等位基因丰度、核苷酸多样性、近交系数、连续性纯合片段、遗传多样性贡献度、连锁不平衡衰减及历史有效群体大小变化分析保种群遗传多样性动态变化。利用进化树、主成分分析和祖先成分分析等方法分析保种群的群体结构。结果表明,GS保种群 (GS1,G2GS3)的遗传多样性指标变化趋势一致,原产地保护策略下的GS3种群具有最高的多样性,异地保种策略下的GS2种群遗传多样性最低,且GS2的近交程度高于GS1GS3采用原产地保种策略的XB保种群 (XB1XB2) 的遗传多样性没有明显变化。根据遗传多样性贡献度分析GS3GS品种中对总基因和等位基因多样性的贡献最高,而XB1XB2遗传贡献相似。此外,尽管GS2GS3属于相同的世代,但在不同的保护计划(原产地保种)下,GS2的遗传多样性较低XB1XB2的遗传多样性水平相似。在群体结构方面,GS保种群与XB保种群呈现群体分层,GS3与GS1及GS2呈现群体分层XB1XB2无明显群体分层。总体而言,我们的研究结果表明,异地保种策略可以减缓近交事件的发生,但在保种群规模较小的情况下,无法完全防止遗传多样性的丧失;而原产地保护种群由于种群规模较大,可以维持较低的近交增量,维持相对较高的遗传多样性水平。

    猪肠道α冠状病毒感染增加脂滴的积聚促进病毒复制
    2024, 23(3): 988-1005.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.10.010
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    冠状病毒具有广泛的宿主范围,可以在人和动物之间传播,并引起不同严重程度的疾病。猪肠道甲型冠状病毒(Porcine enteric alphacoronavirus, PEAV) 2017年首次在中国广东被报道它是近几年新发现的猪肠道致病性冠状病毒,可导致新生仔猪发生水样腹泻。由于对PEAV的宿主免疫应答、炎症反应和致病机制尚无深入研究的报道,因此急需对PEAV的感染与复制机制进行探究。本研究通过对PEAV感染宿主细胞的转录组学进行分析,发现PEAV可以上调宿主的脂质代谢途径。在脂质代谢、能量稳态等过程中,脂滴(lipid droplets, LD)是具有主要功能的细胞器,同时LD在病毒感染和炎症反应中具有重要作用。在本研究中,我们探究了LD的积聚对宿主炎症反应以及PEAV复制的影响。在受感染的细胞中发现,PEAV增加LD的积聚,并可以上调NF-κB信号通路、促进炎症因子IL-1β和IL-8的产生以及诱导细胞死亡。通过使用DGAT-1 inhibitor抑制LD的积聚可显著抑制PEAV的复制、下调NF-κB信号通路、减少促炎因子IL-1β和IL-8的产生以及抑制细胞死亡。同时研究发现,使用NF-κB信号通路抑制剂BAY11-7082可显著抑制LD的积聚与PEAV的复制。盐酸二甲双胍(metformin hydrochloride)药物同样具有抗PEAV的效力,其可显著抑制LD的积聚、下调NF-κB信号通路、减少促炎因子IL-1β和IL-8的产生以及抑制细胞死亡。总之,我们证明了脂质代谢途径中LD的积聚在 PEAV复制和发病机制中的重要作用,同时探究了metformin hydrochloride通过抑制LD的积聚和炎症应答发挥抗PEAV的作用和减少病理损伤,为PEAV的治疗策略开辟了新的思路。

    作物模型与田间数据结合解析钙质土壤中玉米生长及土壤磷动态变化过程对施磷的响应
    2024, 23(3): 1006-1021.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.07.034
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    本研究利用田间试验数据评价了APSIM模型(Agricultural Production Systems sIMulator)在华北平原潮土上模拟磷有效性、玉米生物量和产量对磷肥施用的响应能力。通过的2年的田间试验数据(3种磷肥施用量:0、75、300 kg P2O5/ha)对模型进行校正,并通过敏感性分析研究APSIM模型中土壤磷参数变化对土壤模拟磷有效性和玉米生长的影响。其次,将模拟结果与作物生物量、产量、磷吸收和Olsen-P观测值进行比较,优化作物和土壤磷参数。利用同一试验点的2年独立试验数据对优化后的模型进行验证,结果表明优化后的模型能够较好地模拟玉米叶面积指数、生物量、籽粒产量、磷吸收量和籽粒磷含量对不同供磷水平的响应。通过修改叶片生长的钟形函数曲线,同时降低叶片衰老速率可以提高模型对现在玉米持绿品种LAI动态变化的模拟表现。实测的Olsen-P浓度与模拟的Labile-P含量之间存在显著相关关系,在之后的研究中可以使用该曲线关系初始化土壤中有效磷库。目前,因缺乏对土壤中不同磷库间转化过程的定量化,APSIM SoilP模块仍然难以进行参数化。

    优化华北地区设施菜田的灌溉和氮肥施用以实现环境和农业的可持续发展

    2024, 23(3): 1022-1033.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.12.019
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          在全球范围内,氮肥和高氮含量灌溉水的不合理使用导致设施菜田中大量硝酸盐(NO3-)流失。为减少氮素损失,不同土壤类型的设施菜田需因地制宜优化氮肥用量和灌溉方式本研究通过4年大田定位试验,利用田间渗漏池法监测了我国华北地区18个设施菜田的氮素淋溶损失。每个试验点有3个处理:分别是a)高氮肥用量+高灌溉处理(HNHI);b)低氮肥用量+高灌溉处理(LNHI;c)低氮肥用量+低灌溉处理(LNLI)。试验结果表明,在我国北方潮土区,HNHILNHILNLI三个处理的氮素淋溶量分别是325294257 kg N ha-1在褐土区HNHILNHILNLI三个处理的氮素淋溶量分别是11410078 kg N ha-1;在黑土区HNHILNHILNLI三个处理的氮素淋溶量分别是796857 kg N ha-1研究还发现,潮土区灌溉水中总氮含量是褐土区的8.26倍。结构方程模型显示,氮肥投入量与灌溉水淋溶量分别解释了14.7%81.8%的氮素淋溶损失。相应地,灌溉水量减少21.5%使素淋溶损失减少了20.9%,而粪肥氮和化学氮投入量分别减少22%25%仅减少了9.5%的素淋溶损失本研究结果表明我国北方潮土区是设施菜田管理氮素淋溶的优先区。

    碳酸钙促进采煤塌陷区复垦土壤大团聚体的形成及结构稳定性
    2024, 23(3): 1034-1047.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.09.015
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    通过研究不同复垦年限和施肥措施下团聚体胶结物质含量的变化,以及土壤团聚体的形成机制,为采煤塌陷区复垦土壤肥力快速提升提供理论依据。山西煤矿塌陷区复垦长期定位试验始于2008年,设置不施肥(CK)、施化肥(NPK)、单施有机肥(M)和有机无机肥(MNPK4个处理。采集0-20 cm土层土壤样品,分析胶结物质的含量、团聚体分布比例和稳定性。结构表明,经过6年和11年复垦,> 2 mm团聚体的数量、平均重量直径(MWD)和大团聚体的数量(WR0.25)显著增加。随着复垦时间的延长,有机胶结物质呈增加的趋势,然而游离氧化铁、铝的含量呈先增加后降低的趋势。总之,经过11年复垦后,有机无机肥配施(MNPK)显著增加了有机胶结物质和碳酸钙(60.43%)的含量。碳酸钙对于团聚体的稳定性发挥着重要作用,促进了大团聚体的形成,对团聚体的数量及稳定性的贡献率达54.5%。因此,长期复垦有利于优化土壤结构。有机无机肥配施是提高玉米产量,增加有机胶结物质和碳酸钙含量最有效的措施。

    硝铵混合供氮下玉米侧根伸长与氮代谢介导的生长素合成及转运有关
    2024, 23(3): 1048-1060.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.07.012
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    硝铵混合供氮能够促进玉米(Zea mays)根系生长,然而不同供氮形态下根构型变化及相关的生理机制目前还不够清楚。本研究我们采用营养液水培方式,将玉米幼苗在3种供氮形态(单独供硝,75/25硝铵比,单独供铵)下进行培养。研究表明,与单独供硝或供铵相比,混合供氮能够促进玉米根系总长的增加,但对轴根总数无影响。混合供氮下根系总长的增加主要由于侧根长度的增加,其中各轮轴根上的侧根长度皆保守增长,同时,二轮结根上的侧根密度也显著增加。与单独供硝相比,混合供氮能够促进玉米根系N代谢(例如,N的流入,硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺酶 (GS)活性以及根系总氨基酸含量)。外源添加NRGS抑制剂实验证明,混合供氮条件下各轴根上平均侧根长度的增加与N的同化过程有关,然而,NR介导的NO合成途径是否参与了该调控过程还有待进一步探讨。探究不同抑制剂处理后玉米幼苗根冠比和根系碳(C)浓度的变化规律表明C从地上向根的转运可能不是决定侧根伸长的最关键因素,不同供氮形态下根中糖浓度的变化规律也间接证明了这一结论。此外,生长素在轴根中的合成和运输可能在侧根伸长中起关键作用,其中ZmPIN1BZmPIN9的表达可能参与该调控路径。本研究初步证明了混合供氮条件下玉米根系构型的变化以及可能的生理机制,该研究的提出可为培育氮高效玉米品种提供一定的理论基础。

    绿色食品认证有利于农食产品出口质量提升吗? ——来自中国的证据
    2024, 23(3): 1061-1074.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.11.033
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    食品认证体系建设对产品出口质量升级至关重要,而这一点在以往的研究中往往被忽视。本文将行业层面绿色食品认证数据与HS6分位农食产品出口数据进行匹配,实证分析了中国国内绿色食品认证对农食产品出口质量的影响。我们发现,绿色食品认证显著提升了中国农食产品的出口质量。基于工具变量的2SLS估计和一系列稳健性检验证实了基准结论的有效性和稳健性。拓展性分析发现,绿色食品认证通过提高农业生产效率和提升品牌溢价优势促进产品出口质量提升。异质性分析结果表明,分地区来看,绿色食品认证对出口到发达地区、进口监管高水平地区的农食产品的出口质量的提升效果更大;分产品来看,对初级农食产品、容易遭受非关税壁垒的农食产品的出口质量的提升效应更明显。上述研究结论对指导中国农食系统质量认证体系建设及农食产品贸易转型升级具有重要启示。

    全球主要粮食贸易格局的时空演变
    2024, 23(3): 1075-1086.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.10.032
    摘要 ( )   PDF  

    日益复杂多变的国际形势对全球粮食供给安全产生了深刻的影响。本研究采用复杂网络分析模型,从网络拓扑、中心排名、社团结构等方面对1990-2020年全球主要粮食贸易的演变规律及发展趋势进行分析。结果表明:(11990-2020年全球主要粮食贸易网络规模不断扩大,且逐渐呈现出多元、均衡的特征。美国、加拿大、中国、巴西在考察期中始终是网络核心节点,2020年乌克兰地位迅速提升,成为粮食贸易第二大国。粮食出口国家主要分布在亚洲、美洲与欧洲,进口国家主要分布在亚洲、非洲与欧洲。(2)网络中高中心性国家明显增多,均有较高的出口能力,且大多具有耕地资源丰富,气候适宜等自然优势。(3)全球主要粮食贸易网络划分为四个社团,美洲-欧洲社团是目前全球分布最广、规模最大的粮食贸易团体,地理邻近是社团格局形成的因素之一。因此,全球应进一步发展并优化现有贸易模式、促进粮食贸易网络多极化,各国家地区应树立未来共同体的全球愿景,积极参与全球粮食贸易安全治理和体制改革,扩大与其他国家的贸易联系,优化进出口政策,以降低贸易风险。