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2024年, 第23卷, 第8期
刊出日期：2024-08-20 上一期    下一期

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脱氧雪腐镰刀菌烯醇对肠道屏障功能的损伤及微生物的解毒机制 2024, 23(8): 2507-2524.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.11.038 摘要 ( )   PDF   脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）是一种由多种镰刀菌产生的真菌毒素，广泛存在于食品和饲料中。低浓度时，它会导致动物和人类的代谢紊乱；高浓度时，会导致身体的病理变化。由于DON对人类/动物健康和动物生产力的影响，因此引起了全世界的广泛关注。DON会对肠道造成严重损伤，包括肠道屏障受损、粘膜损伤、免疫功能减弱和肠道微生物群组成改变。这些影响均加剧了牲畜和家禽的肠道感染和炎症，对机体的健康造成不利影响。此外，研究DON解毒的生物学方法是未来研究的重要途径，这包括使用吸附、酶降解和其他生物方法来减少DON的影响，这些方法为预防和治疗DON诱导的疾病提供了新的策略。DON未来的研究将更加侧重于识别DON的有效解毒微生物或酶，以降低食品和饲料中DON的水平，从而降低其对动物和人类健康的风险。

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考虑上位性的全基因组关联分析为高产优质水稻的高效育种提供了见解 Xiaogang He, Zirong Li, Sicheng Guo, Xingfei Zheng, Chunhai Liu, Zijie Liu, Yongxin Li, Zheming Yuan, Lanzhi Li 2024, 23(8): 2541-2556.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.07.021 摘要 ( )   PDF   标记辅助选择（MAS）和基因组选择（GS）育种极大地提高了水稻育种效率。由于上位性和基因多效性的影响，如何保证MAS和GS育种的实际效果仍是一个需要攻克的问题。本研究对113个籼稻品种（V）及565个杂交种（TC）的12个品质性状和9个农艺性状进行了全基因组关联分析，探讨了12个品质性状和9个农艺性状的遗传基础。共检测到381个主效显著相关位点（SAL）和1759个与这些主效SALs发生了上位性互作的微效SALs。筛选出322个位于SALs内或附近的候选基因，其中204个为克隆基因。通过对候选基因的优势单倍型和微效SALs的理想等位基因进行聚合分析，挖掘了39个有利于性状改良的MAS分子模块。通过构建遗传网络，鉴定到91个多效性位点。此外，本研究比较了将主效SALs、微效SALs和上位性SALs作为GS预测模型的协变量的预测精度与不使用SAL作为协变量的预测精度的差异。在TC数据集的大多性状中4种模型的预测准确性无显著差异。但在V数据集中，加入主效SALs、微效SALs和上位性SALs分别显著提高了5(26%)、3(16%)和11(58%)个性状的预测准确性。这些结果表明，上位性SALs可为亲本品系预测提供相当高的预测能力。这些结果为复杂性状的遗传基础提供了新的见解，为水稻分子育种提供了有价值的信息。

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籽粒蛋白质含量相关的4个QTLs在现代小麦品种中的选择与应用 Zihui Liu, Xiangjun Lai, Yijin Chen, Peng Zhao, Xiaoming Wang, Wanquan Ji, Shengbao Xu 2024, 23(8): 2557-2570.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.09.006 摘要 ( )   PDF   籽粒蛋白质含量（GPC）是影响小麦籽粒营养成分的关键因素。本研究对406份小麦材料在8种环境中的GPC进行了重采样的全基因组关联分析（GWAS），鉴定到4个与GPC相关且被多次报道过的QTLs。通过对87个地方小麦和259个现代栽培品种的分析表明，这4个与GPC相关QTLs的优势单倍型在中国现代栽培品种中正逐渐缺失。但这些单倍型被中国不同小麦生产区采用后会对小麦产量及相关农艺性状产生重要影响。且其中大多数与GPC相关的QTLs对小麦产量没有显著的负面效应，表明可以利用它们在保持产量的同时提高小麦籽粒蛋白质含量。该研究可为今后利用这4个QTLs进行小麦籽粒蛋白质含量育种提供重要参考。

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绿豆种皮颜色相关候选基因的精细定位及初步分析 Qian Wang, Huimin Cao, Jingcheng Wang, Zirong Gu, Qiuyun Lin, Zeyan Zhang, Xueying Zhao, Wei Gao, Huijun Zhu, Hubin Yan, Jianjun Yan, Qingting Hao, Yaowen Zhang 2024, 23(8): 2571-2588.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.04.022 摘要 ( )   PDF   绿豆种皮色与种子的外观品质及商品性密切相关。影响绿豆种皮色的物质主要为黄酮类化合物，具有重要的药用价值。定位绿豆种皮颜色基因将有助于开发新品种，提高其应用价值。本研究利用冀绿9号（黑色种皮）和BIS9805（绿色种皮）构建了一个由546株后代组成的F2定位群体。利用BSA-seq方法和KASP分子标记，将种皮颜色相关的候选区域定位在4号染色体上，最终缩小到0.66 Mb区间之内，包含8个候选基因。结合转录组和代谢组分析发现，8个候选基因中有3个基因（LOC106758748、LOC106758747和LOC106759075）差异表达，可能导致冀绿9号和BIS9805之间类黄酮代谢物含量差异。这些研究结果为绿豆种皮颜色相关基因的克隆和加快分子标记辅助选择育种提供了理论依据。

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芝麻SiHEC3基因上游从5’UTR起的1049 bp序列缺失引起种子不落粒的突变 Ming Ju, Guiting Li, Qiuzhen Tian, Hengchun Cao, Qin Ma, Yinghui Duan, Hui Guo, Zhanyou Zhang, Yingying Huang, Huili Wang, Haiyang Zhang, Hongmei Miao 2024, 23(8): 2589-2604.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.11.012 摘要 ( )   PDF   芝麻由于落粒性是一种机械化程度较低的劳动密集型作物。本研究以抗落粒芝麻突变体12M07为材料开展了抗落粒性状的遗传解析。与落粒型不同，12M07突变体脱落区的薄壁细胞排列松散，但紧贴在种皮上。对12M07 (抗落粒型) ×项城大籽白(落粒型) 六世代的遗传分析表明，抗落粒性状为隐性性状，受单基因对控制。对上述亲本的F2群体的888,619个变体(snp和InDels)和31,884个结构变异(SV)的关联分析结果显示只有SV12002位点与抗落粒性状显著相关，此结构变异位于SiChr3中的Sindi0765000基因 (命名为SiHEC3)上游5'UTR区域。SiHEC3编码HLH转录因子。12M07突变体中Sihec3基因从5 ' UTR开始至上游启动子出现了1049 bp的缺失。SiHEC3基因主要在发育中的胎座组织中表达，并且在授粉后45 d达到表达高峰。在烟草中进行的双荧光素酶报告基因实验证实，Sihec3的启动子活性由于缺失1049bp的启动子序列而降低。蛋白-蛋白互作网络分析表明，HEC3与9个关键蛋白共表达，比如参与植物脱落层次生壁生物合成的SHATTERPROOF1 (SHP1)和SEEDSTICK (STK)。研究结果显示SiHEC3基因与落粒性状相对应的重要功能，为芝麻等作物宜机收新品种选育提供了基因信息。

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一种基于不同叶位叶绿素值差异的氮素运筹方法 Gaozhao Wu, Xingyu Chen, Yuguang Zang, Ying Ye, Xiaoqing Qian, Weiyang Zhang, Hao Zhang, Lijun Liu, Zujian Zhang, Zhiqin Wang, Junfei Gu, Jianchang Yang 2024, 23(8): 2605-2617.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.07.014 摘要 ( )   PDF   现代水稻生产面临着提高粮食产量、减少化肥投入的多重挑战。然而土壤氮素供应与植物氮素需求往往不匹配，严重阻碍了这些目标地实现。基于植株氮素营养状况的诊断可以帮助农民更好地选择施肥时期和施肥量。本研究的目的是评价一种基于植株不同叶位叶绿素值相对SPAD值（RSPAD）无损评估水稻氮素需求的方法。本研究包含两个试验：不同氮肥梯度试验和基于RSPAD的氮肥运筹方法的评估试验。结果表明，较高的氮肥投入显著提高了现代高产超级水稻的产量，但以牺牲氮素利用效率为代价。氮营养指数（NNI）可以准确评价水稻氮素营养过剩、适宜和不足的情况。现代高产水稻适宜的氮肥施用量显著高于常规水稻。RSPAD的计算考虑了氮素在冠层内的不均匀分布，为顶部完全展开叶的SPAD值除以倒三叶的SPAD值。RSPAD参数可作为评估水稻高产和氮肥高效利用的指标，指导氮肥运筹。与农民习惯相比，基于RSPAD参数开发的氮肥运筹方法，能够显著减少了18.7%的氮肥施用量，提高产量1.7%，提高氮肥农学利用效率27.8%。这种新的氮肥运筹策略在提高水稻产量与氮肥利用效率，减少氮肥施用量方面具有巨大的应用潜力。

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花生根系的一般和特殊代谢物调控丛枝菌根共生体形成 Li Cui, Jianguo Wang, Zhaohui Tang, Zheng Zhang, Sha Yang, Feng Guo, Xinguo Li, Jingjing Meng, Jialei Zhang, Yakov Kuzyakov, Shubo Wan 2024, 23(8): 2618-2632.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.09.011 摘要 ( )   PDF   丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizae, AM)真菌与植物根系形成的共生关系能够为植物提供营养、促进植物生长和抵御各种逆境胁迫。AM真菌定殖过程中根部的代谢变化是研究这种共生关系形成和维持的关键。因此，我们分析花生(Arachis hypogaea L.)植株在AM共生定殖和发展过程中的代谢变化，并与未定殖的根系进行了比较。研究结果表明在AM定殖初期主要是苯丙素和黄酮类化合物含量和种类的变化，这些化合物在调节根系与AM真菌的识别、相互作用和预定殖的信号通路中起重要作用。与初始定殖阶段相比，当共生关系完全建立时类黄酮化合物种类减少了25%。AM共生体建立后，一般代谢物发生很大的变化，主要表现为脂质、氨基酸、羧酸和碳水化合物的形成。从AM真菌侵染根系到共生体完全形成，脂质类化合物增加了8.5%，其中溶磷脂酰胆碱作为一种信号化合物，仅存在于AM共生体完全建立的根系中，与为未定殖根系相比其含量显著减少。在AM建立初期，水杨酸含量增加2倍，而茉莉酸和脱落酸含量则显著降低，当共生关系建立后，根系中茉莉酸含量仍然显著降低。另外，AM根系中钙、镁和D-(+)-甘露糖含量显著增加，从而促进植株的生长。总体而言，有利于AM共生关系建立的特殊代谢物的变化主要发生在AM形成的早期阶段，但是AM完全建立后，一般代谢物则发生强烈变化。综上所述，特殊代谢物作为信号化合物参与了AM共生的形成，当根系与AM真菌的共生关系完全建立后，这些化合物的含量不再发生变化。

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一个新的组蛋白甲基转移酶基因CgSDG40正调控柑橘果实成熟过程中类胡萝卜素的生物合成 Jialing Fu, Qingjiang Wu, Xia Wang, Juan Sun, Li Liao, Li Li, Qiang Xu 2024, 23(8): 2633-2648.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.03.068 摘要 ( )   PDF   【目的】柚子(Citrus maxima)丰富多样的果肉色泽由对人体健康有益的类胡萝卜素的组成和含量所决定。因此，研究类胡萝卜素生物合成的调控网络对提高柚果实中类胡萝卜素的含量具有重要意义。然而，目前柚果实中类胡萝卜素合成代谢的调控分子机制尚不完全清楚。【方法】在本研究中，通过分析典型的红肉柚和白肉柚以及杂交分离群体F1代的果肉颜色极端单株的果肉转录组数据，我们鉴定到一个新的组蛋白甲基转移酶基因CgSDG40。【结果】CgSDG40的表达与果肉颜色高度相关，且与类胡萝卜素合成关键限速酶基因CgPSY1的表达呈现出共表达趋势。有趣的是，CgSDG40和CgPSY1在染色体上的位置是以“头对头”的形式紧挨着的，且共享一段有重叠的启动子区域。亚细胞定位实验表明CgSDG40定位于细胞核。在柑橘愈伤中超量表达CgSDG40可以显著提高愈伤中类胡萝卜素的含量，同时愈伤中CgPSY1的表达也显著提高。【结论与意义】综上所述，我们的研究揭示了一个新的组蛋白甲基转移酶基因CgSDG40参与了类胡萝卜素的生物合成调控，这为分子设计育种和果实色泽与营养品质的遗传育种改良提供了新的理论基础。

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JrATHB-12介导JrMYB113和JrMYB27调控不同类型红核桃 Haifeng Xu, Guifang Wang, Xinying Ji, Kun Xiang, Tao Wang, Meiyong Zhang, Guangning Shen, Rui Zhang, Junpei Zhang, Xin Chen 2024, 23(8): 2649-2661.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.03.015 摘要 ( )   PDF   红核桃因其比普通核桃富含花青苷而具有广阔市场前景。然而，红核桃花青苷生物合成机制仍是未知的。我们研究了两种类型红核桃，R1型带有红色的果皮和种皮，R2型仅有红色的种皮。R1型红色部分主要为矢车菊素-3-O-半乳糖苷，而R2型中矢车菊素-3-O-半乳糖苷，矢车菊素-3-O-阿拉伯糖苷，矢车菊素-3-O-葡萄糖苷均占有一定比例。编码无色花青素双加氧酶/花青素合成酶的基因LDOX-2和LDOX-3被初步鉴定为分别是R1和R2型红核桃花青苷生物合成关键基因。MYB差异基因分析发现MYB27和MYB113分别在R1和R2型红色部位特异表达，被当做花青苷生物合成候选调控基因。拟南芥异源表达和核桃果实瞬时注射表明细胞核定位的MYB27和MYB113均能启动花青苷的积累，并且MYB27能促进LDOX-2的表达，MYB113能促进LDOX-3和UAGT-3的表达。酵母单杂交和EMSA分析进一步验证了MYB27仅能结合LDOX-2的启动子，而MYB113能结合LDOX-3和UAGT-3的启动子。此外，我们还鉴定到一个果皮特异表达的HD-Zip转录因子ATHB-12，在果皮中沉默它的表达后，仅有R2型红核桃果皮变红，同时MYB113表达增加，进一步实验表明ATHB-12能特异的与MYB113互作并结合其启动子。这些结果表明MYB27能通过调控LDOX-2表达来控制R1型红核桃着色，而MYB113能通过调控LDOX-3和UAGT-3表达来控制R2型红核桃着色，但ATHB-12能特定结合并抑制R2型果皮中MYB113的表达，从而使R2型红核桃果皮不着色。本研究揭示了不同类型红核桃花青苷生物合成机制，为未来选育红核桃品种提供了科学依据。

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油茶倍性和果实性状变异：对倍性育种的启示 Yanmin Li, Liangjing Yin, Xianyu He, Cenlong Hu, Ronghua Wu, Qian Long, Shixin Xiao, Deyi Yuan 2024, 23(8): 2662-2673.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.03.016 摘要 ( )   PDF   植物多倍化往往伴随着产量和品质的提高，因此，获得多倍体种质是育种的一项重要工作。山茶属中种子含油量高，具有食用价值的被统称为油茶，存在很多不同倍性的种类，但是在油茶中更高的倍性水平是否一定代表着更好的性状，其相关性还尚不清楚。在本研究中，研究了该科 3 个不同物种的 30 个不同油茶品系的倍性水平。通过流式细胞术和染色体制备对副茶花进行了测定，并通过现场观察和实验室分析检查了果实的表型特征和脂肪酸组成。研究了油茶倍性水平与果实主要性状的相关性。结果表明，10个狭叶油茶品系均为二倍体，10个小果油茶品系均为四倍体，10个普通油茶品系均为六倍体；六倍体油茶的果实横径、纵径、单果重、果皮厚度、单果籽数、单果籽重和出油率均显著高于二倍体和四倍体，但其果皮明显更厚，鲜出籽率明显更低，并且这些性状与倍性显著相关。此外，从脂肪酸组成来看，六倍体油茶的油酸含量高于四倍体和二倍体，但亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸含量较低；棕榈酸、硬脂酸和总不饱和脂肪酸含量与倍性水平不存在显著相关性。综上所述，油茶果实的主要性状与倍性水平存在一定的相关性，倍性水平的提高导致果实产量的增加，且对油脂品质没有影响。不同倍性油茶果实主要性状变异的发现，将有利于多倍体种质创新，为倍性育种和果实性状的机理研究奠定基础。

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小麦条锈菌新菌系Yr5毒力小种比当前流行小种具有高寄生适合度和潜在流行风险 Gensheng Zhang, Mudi Sun, Xinyao Ma, Wei Liu, Zhimin Du, Zhensheng Kang, Jie Zhao 2024, 23(8): 2674-2685.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.11.005 摘要 ( )   PDF   小麦条锈病是小麦最具破坏性的真菌病害之一，严重威胁着世界范围内小麦的安全生产。在中国，因新的生理小种的出现并迅速发展成为优势小种，导致小麦抗性品种丧失抗性，进而被迭代更替，造成小麦产量大幅下降。因此为了预测一个新小种能否成为流行优势小种具有重要意义。本研究中，在10个中国小麦品种上对两个新出现的Yr5毒力小种（TSA-6和TSA-9）与四个目前占优势的中国小种（CYR31、CYR32、CYR33和CYR34）的相对寄生适应性进行了评价。将 6 个测试条锈菌小种接种二叶期的小麦幼苗，接种后第 5 天，测量以下参数或指标对测试小种的寄生适合度进行评估，包括孢子萌发率（Urediospore germination rate）、孢子形成能力（Sporulation capacity）、潜育期（Latent period）、夏孢子堆长度（Length of the uredia）、夏孢子堆密度（Uredia density）、产孢期（Sporulation period）、病害严重度（Disease severity）和侵染表型（Infection type）。当小麦品种对测试条锈菌小种（即小种-品种亲和组合）感病时，测量寄生适合度参数。结果显示，基于多重比较（LSD）分析，总体测试小种之间的相对寄生适应度参数存在显著差异（P<0.05）。对寄生适应度参数进行主成分分析（PCA）分析，其中代表产孢能力的主成分贡献率是 53.78%，代表扩展能力和孢子活力的主成分贡献率是 21.89%，代表潜在侵染能力的主成分贡献率是 17.46%；累计贡献率超过90%，表明这三个主成分基本能够代表测试小种所有相对寄生适合度参数的绝大部信息。本研究还构建了三个主成分和综合因子得分数学模型，基于计算结果表明Yr5毒力小种TSA-9和TSA-6的相对寄生适应度均高于CYR34、CYR31和CYR33，但低于小种CYR32，具有发展成为优势小种的潜在风险。因此，需要对两个Yr5毒力小种及其变异菌系进行持续监测。在小麦育种中应避免单一使用具有Yr5抗性基因的小麦品种（系），并建议与其他有效的Yr抗性基因聚合使用。

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非经典分泌蛋白（MoMtp）是稻瘟病菌产孢、应激稳态以及致病力所必需的 Wajjiha Batool, Justice Norvienyeku, Wei Yi, Zonghua Wang, Shihong Zhang, Lili Lin 2024, 23(8): 2686-2702.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.06.028 摘要 ( )   PDF   稻瘟病是由半活体营养子囊真菌稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）引起的病害，对全球水稻的可持续生产构成重大威胁。研究表明，为了成功地侵染，稻瘟病菌会向水稻细胞分泌大量功能多样的蛋白质以利其致病。然而，这些效应蛋白进入宿主细胞后靶向何处及其如何促进病原菌致病的机制仍不清。我们研究发现稻瘟病菌一假定非典型分泌蛋白MoMtp正向调控稻瘟病菌分生孢子产生和附着胞的形成；MoMTP基因敲除突变体在侵染水稻叶片时会引起水稻超敏反应，表明MoMtp对稻瘟病菌的毒性至关重要；细胞壁完整性和氧化胁迫实验结果表明MoMtp可能是真菌维持细胞结构完整性必须的；MoMTP基因在侵染的所有阶段均上调表达，表明其可能在稻瘟病菌对宿主入侵和定殖过程中起调节作用。此外，通过烟草瞬时表达以及水稻叶鞘侵染实验发现，MoMtp-GFP定位于烟草及水稻细胞的线粒体中。综上所述，我们推论MoMtp蛋白可以促进稻瘟病菌分正常的分生孢子的形成和致病，并可能在侵入过程中干扰水稻线粒体的正常功能。

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岷江百合WRKY11通过诱导dirigent表达增加木质素/木脂素积累正调控枯萎病抗性 Jie Deng, Zi’e Wang, Wenyun Li, Xiaohua Chen, Diqiu Liu 2024, 23(8): 2703-2722.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.07.032 摘要 ( )   PDF   百合属植物具有极高的观赏价值和经济价值，但其易感主要由尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）引起的枯萎病。岷江百合（Lilium regale Wilson）是我国特有的百合野生种，对枯萎病具有极强的抗性。本研究从岷江百合中分离了一个WRKY转录因子LrWRKY11，并鉴定其在岷江百合与尖孢镰刀菌分子互作中的功能。LrWRKY11在烟草(Nicotiana tabacum)中的异位表达增强了对尖孢镰刀菌的抗性，而通过RNAi下调岷江百合鳞片中LrWRKY11的表达水平则降低对尖孢镰刀菌的抗性。转录组学分析发现LrWRKY11的异位表达上调了烟草中水杨酸/茉莉酸信号及木质素/木脂素生物合成相关基因的表达，同时UPLC-MS/MS检测结果进一步明确了LrWRKY11过表达烟草的水杨酸甲酯以及茉莉酸甲酯含量均显著高于野生型烟草。值得注意的是，LrWRKY11异位表达显著上调了烟草中木质素/木脂素生物合成相关基因dirigent (NtDIR)的表达水平，相反地，瞬时表达LrWRKY11 RNAi载体抑制了岷江百合中dirigent基因(LrDIR1)的表达。因而从岷江百合中分离获得LrDIR1，并克隆其启动子PLrDIR1，生物信息学分析表明PLrDIR1序列中含有一个WRKY转录因子结合的顺式作用元件W-box。酵母单杂交和凝胶阻滞实验结果显示LrWRKY11重组蛋白特异性结合PLrDIR1的W-box元件，并反式激活LrDIR1的转录。LrWRKY11/PLrDIR1-GUS（β-葡糖醛酸酶基因）转基因烟草的GUS活性显著高于PLrDIR1-GUS转基因烟草的GUS活性。LrDIR1的表达谱分析及PLrDIR1的活性检测表明植物激素、生物及非生物胁迫均能诱导LrDIR1表达水平上升。在大肠杆菌(Escherichia coli)中表达的LrDIR1重组蛋白明显抑制尖孢镰刀菌的菌丝生长。此外，LrDIR1在烟草中异位表达不仅增加了木质素/木脂素的积累，还增强了转基因烟草对尖孢镰刀菌的抗性。综上所述，LrWRKY11通过与水杨酸/茉莉酸信号通路相互作用，上调LrDIR1的表达，促进木质素/木脂素积累，进而正调控岷江百合对枯萎病的抗性。本研究的结果丰富了WRKY转录因子在植物抗病防卫反应中的调控机制，并有助于深入认知岷江百合对枯萎病的抗性分子机制。

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一种双顺反子病毒通过抑制蛋白酶活性和草地贪夜蛾幼虫的取食来提高蛹的死亡率 Meixue Sun, Tong Li, Yingjie Liu, Kenneth Wilson, Xingyu Chen, Robert I. Graham, Xianming Yang, Guangwei Ren, Pengjun Xu 2024, 23(8): 2723-2734.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.12.030 摘要 ( )   PDF   明确病毒与宿主之间的相互作用可更好地将病毒应用为生防治剂。寄生蜂携带的某些病毒通过保护寄生蜂若虫免受鳞翅目寄主免疫系统的攻击，提高了寄生蜂若虫的寄生效率。然而，在捕食性天敌中发现的病毒与其猎物之间的关系尚不清楚。在此，我们报道了一种最初从捕食性天敌蠋蝽Arma chinensis（半翅目，蝽科）中分离到的病毒（Arma chinensis virus-1, AcV-1）与其猎物之一草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda（鳞翅目，夜蛾科）之间的相互作用关系。结果表明，AcV-1病毒通过抑制幼虫的取食和提高蛹的死亡率，对新寄主草地贪夜蛾产生了危害。同时，测序数据表明，该病毒改变了草地贪夜蛾的基因表达谱。KEGG分析显示，与蛋白质降解和免疫应答相关的蛋白酶体通路和吞噬体通路显著富集。虽然消化酶基因表达水平没有显著变化，但AcV-1病毒阳性个体的总蛋白酶活性显著降低，说明病毒通过下调消化酶活性抑制了草地贪夜蛾幼虫的取食。这些结果表明，最初从捕食性天敌中分离出来的病毒影响了其猎物与蛋白质降解和免疫相关的蛋白酶体通路和吞噬体通路，降低新寄主的适合度，为提高害虫控制效率提供了潜在的新策略。

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PBAN通过Ca2+和cAMP/PKA信号通路调控桃蛀螟性信息素的生物合成 Yao Zhang, Zelong She, Ruolan He, Shuangyan Yao, Xiang Li, Xiaoguang Liu, Xinming Yin, Jizhen Wei, Mengfang Du, Shiheng An 2024, 23(8): 2735-2751.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.09.001 摘要 ( )   PDF   雌蛾释放的性信息素在其择偶中扮演着重要角色。尽管PBAN调节性信息素生物合成过程具有物种依赖性，但其细节调控的分子机制已在许多蛾类物种中阐明。桃蛀螟是一种重要的农业害虫，给农业生产造成了严重的经济损失。然而，该害虫成虫性信息素生物合成的分子机制尚不清楚。本研究深入研究了PBAN调控桃蛀螟雌蛾性信息素生物合成的分子机制。通过对桃蛀螟性信息素腺体进行转录组测序，获得了参与性信息素生物合成的候选基因。结果表明，与性信息素释放节律一致，雌蛾从第一个暗周期开始交配，在第二个暗周期至第五个暗周期达到交配高峰。利用RNAi、药理学抑制剂和行为测定分析发现，PBAN是利用Ca2+和cAMP作为第二信使来调控性信息素的生物合成。随后的研究发现，PBAN/Ca2+信号能够激活钙调神经磷酸酶和乙酰辅酶a羧化酶的活性；利用RNAi敲降CaN和ACC转录水平的表达显著后，性信息素的合成量也显著下降，导致雌蛾吸引雄蛾的能力显著降低。此外，RNAi、药理学抑制剂和行为测定分析发现，己糖激酶响应PBAN/cAMP/PKA信号通路参与调控性信息素的生物合成。随后的研究发现Far2和去饱和酶1参与了PBAN调控的性信息素生物合成。总之，本研究结果表明，PBAN通过PBANR/Ca2+/CaN/ACC和PBANR/cAMP/PKA/HK信号途径调控桃蛀螟性信息素的生物合成，该研究丰富了对蛾性信息素生物合成细节的理解。

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PTP1B和PTK抑制剂对亚洲小车蝗发育的协同调节作用 Shuang Li, Sibo Liu, Chaomin Xu, Shiqian Feng, Xiongbing Tu, Zehua Zhang 2024, 23(8): 2752-2763.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.12.020 摘要 ( )   PDF   酪氨酸磷酸化对控制正常细胞生长、存活、胞间交流、基因转录、免疫反应和其他过程至关重要。PTP（蛋白酪氨酸磷酸酶）和PTK（蛋白酪氨酸激酶）可通过调节多种信号通路来实现这一目标。亚洲小车蝗是蒙古高原草原上的一种重要害虫。我们的目的是在分别抑制PTP1B（蛋白酪氨酸磷酸酶-1B）和PTK活性的同时，评估亚洲小车蝗4龄若虫的存活率、生长速率、总体表现力和雌虫卵巢发育形态。此外，还评估了两种处理下亚洲小车蝗MAPK信号通路中关键基因表达、蛋白磷酸化水平以及抗氧化酶活性。结果发现，PTP1B抑制剂处理后的4龄若虫和对照组在存活率、生长率或总体表现方面无显著差异，而PTK抑制剂处理后，以上指标显著低于对照组。用PTK抑制剂处理4龄若虫15天后，雌虫的卵巢大小及发育显著小于对照，而PTP1B抑制剂处理结果与之相反。与对照和PTK抑制剂处理的若虫相比，4龄若虫在PTP1B抑制剂处理下的MAPK信号通路中关键基因的表达和磷酸化水平显著较高。而ROS水平、NADPH氧化酶和其他抗氧化酶的活性显著降低，此结果与PTK抑制剂相反。因此，PTP1B和PTK在MAPK信号传递中的反馈抑制可以调节蝗虫的生理代谢和发育速率。这些发现促进了将PTP1B和PTK抑制剂用于调控昆虫发育速率，以帮助控制田间害虫种群。

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miRNA-181-5p家族通过靶向TGFBR1基因抑制TGF-β信号通路从而促进鸡骨骼肌的肌生成 Xiaoxu Shen, Yongtong Tian, Wentao He, Can He, Shunshun Han, Yao Han, Lu Xia, Bo Tan, Menggen Ma, Houyang Kang, Jie Yu, Qing Zhu, Huadong Yin 2024, 23(8): 2764-2777.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.05.025 摘要 ( )   PDF   鸡是一种重要的农业动物，其提供的骨骼肌是人类社会重要的蛋白质食物来源之一。骨骼肌的产量主要取决于肌纤维的发育，而该生物学过程受到许多基因，信号通路和非编码RNA的调控。microRNAs (miRNAs)是一类22个碱基左右的小非编码RNA，通常可以结合靶基因mRNA的3’端非翻译区（3’UTR）从而抑制靶基因的表达。有研究表明miR-181-5p家族（主要是miR-181a-5p和miR-181b-5p）可以调控哺乳动物骨骼肌的发育，然而miR-181-5p家族在鸡骨骼肌发育过程中的功能和调控机制仍然不清楚等。在本研究中，我们利用肌肉发育速度显著不同的蛋鸡与肉鸡这对极端模型，发现miR-181-5p家族在肌肉快速发育的肉鸡骨骼肌中高表达。然后我们采集鸡的骨骼肌卫星细胞来研究miR-181-5p家族在鸡骨骼肌体外肌生成中的作用，结果发现miR-181-5p家族显著促进成肌分化相关基因的RNA和蛋白表达，并且促进骨骼肌卫星细胞分化成多核的肌管，说明miR-181-5p家族在鸡骨骼肌发育过程中起正向的作用。随后靶基因预测发现miR-181-5p家族可能靶向TGF-β信号通路的重要受体TGFBR1，我们通过双荧光素酶报告等试验技术验证了miR-181-5p家族可以通过结合TGFBR1基因的3’UTR从而抑制TGFBR1基因的表达。TGFBR1和TGF-β信号通路都是已知的肌肉发育限制因子，我们利用鸡骨骼肌卫星细胞验证发现TGFBR1基因负调控鸡骨骼肌体外肌生成过程。在TGF-β信号通路中，TGF-β蛋白通过结合细胞膜上的TGFBR1/2蛋白复合体将细胞外的TGF-β信号转导进入细胞质中，促进下游SMAD2/3蛋白的磷酸化并促使其进入细胞增强肌肉发育抑制基因的转录。我们通过蛋白质免疫印迹实验发现干扰TGFBR1会导致SMAD2/3蛋白的磷酸化程度降低，TGF-β信号通路转导受阻，此外miR-181-5p家族可以同时抑制TGFBR1的表达和SMAD2/3蛋白的磷酸化程度。总之，我们的研究结果发现miR-181-5p家族可以通过靶向TGFBR1基因抑制TGF-β信号通路的转导，从而促进鸡骨骼肌的体外肌生成，表明miR-181-5p家族是鸡骨骼肌发育的促进因子，可能是导致肉鸡肌肉快速发育的重要调控因子之一，并可能成为分子标记辅助育种提高地方鸡肌肉产能的有效分子靶点。

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2020至2022年间中国中部地区H9N2亚型禽流感病毒分离株的遗传演化及生物学特性研究 Libin Liang, Yaning Bai, Wenyan Huang, Pengfei Ren, Xing Li, Dou Wang, Yuhan Yang, Zhen Gao, Jiao Tang, Xingchen Wu, Shimin Gao, Yanna Guo, Mingming Hu, Zhiwei Wang, Zhongbing Wang, Haili Ma, Junping Li 2024, 23(8): 2778-2791.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.03.055 摘要 ( )   PDF   H9N2亚型禽流感病毒(AIV)在全球范围内的家禽和野鸟中广泛流行，已成为我国家禽中流行的主要亚型。H9N2 AIV可以直接感染人，并且可以为近年来出现的H5N6、H7N9、H3N8等直接跨种传播感染人的毒株提供内部基因，对公共卫生安全构成重大威胁。目前，针对中国山西地区H9N2 AIV的流行情况、遗传演化、对家禽和哺乳动物的致病性、抗原性变异情况等缺乏深入研究。本研究对2020年至2022年在山西省分离到的14株H9N2病毒进行了系统的遗传演化及生物学特性分析。全基因组序列测定及遗传进化分析显示这些H9N2病毒可以划分为7个不同的基因型，不同毒株的基因片段来源复杂多样。动物实验结果表明，本研究分离到的在鸡群中具有高效传播效率，并且在鸡体内具有不同的复制能力；H9N2 毒株可以在小鼠的肺部进行高水平复制，尤其值得关注的是其中一株病毒可以在小鼠的大脑和肾脏等器官中复制，提示其在哺乳动物体内的组织嗜性及致病性进一步增强。在体外细胞水平，利用噬斑形成试验及多步生长曲线试验评估了不同H9N2毒株的复制能力，发现不同H9N2病毒在细胞水平的复制和增殖效率同样具有明显差异。进一步利用双荧光素酶报告系统评估了在体内及细胞水平复制能力均差异明显的两株H9N2病毒的聚合酶活性，发现复制能力强的毒株具有更高的聚合酶活性，而且这种高聚合酶活性主要与二者的PB2及NP基因有关。为评估H9N2分离株的抗原性是否有差异，在利用SPF鸡制备抗血清的基础上，应用交叉血凝抑制试验进行了抗原性分析。抗原性分析结果表明，这些H9N2分离株形成了两个独立的抗原群，抗原性存在显著差异。本研究从H9N2病毒遗传演化、动物体内的复制能力及致病性、体外细胞水平复制能力、抗原性变异情况等，对山西地区H9N2病毒进行了系统研究，为了解我国中部地区H9N2 AIV的流行情况及生物学特性提供了重要参考。

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两种旱地种植模式下土壤有效碳、氮和功能基因对N2O排放的调控潜力 Peng Xu, Mengdie Jiang, Imran Khan, Muhammad Shaaban, Hongtao Wu, Barthelemy Harerimana, Ronggui Hu 2024, 23(8): 2792-2806.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.01.005 摘要 ( )   PDF   水稻栽培过程中，受土壤氧化还原条件动态影响的硝化和反硝化过程在调控土壤N2O排放中起着重要作用，因此比较不同旱地-水稻种植制度对土壤N2O排放的影响是十分必要的。本研究以我国中部地区油菜-水稻(RR)和小麦-水稻(WR)两种具有代表性的轮作系统为研究对象，旨在探究旱地作物种植对调控土壤N2O排放的生物和非生物过程的影响。结果表明:油菜轮作模式第一、二季油菜季N2O平均排放量分别为1.24 ± 0.20和0.81 ± 0.11 kg N ha-1，这些排放值与WR轮作系统第一、第二季小麦季N2O排放量相当(分别为0.98 ± 0.25和0.70 ± 0.04 kg N ha-1)。这表明旱地耕作对土壤N2O排放的影响不大。在RR和WR轮作系统中，N2O通量与土壤铵态氮(NH4+)、硝态氮(NO3-)、微生物量氮(MBN)和土壤溶解有机碳(DOC)/NO3-之比呈显著正相关。此外，AOA-amoA和nirK基因的分别与RR和WR模式土壤N2O排放通量呈正相关。这表明这些功能基因在促进不同旱地种植模式下微生物活动产生N2O方面可能具有不同的影响。利用结构方程模型(SEM)分析发现，对于RR模式，土壤水分、矿质氮、MBN和AOA-amoA基因对土壤N2O排放的影响贡献50%以上。而在WR轮作系统中，土壤水分、矿质氮、MBN、AOA-amoA和nirK基因对N2O排放的综合影响超过70%。以上结果表明，旱地-水稻轮作模式下，土壤因子(包括土壤物理特性、有效碳氮及其比值)和功能基因对旱地土壤N2O排放具有交互作用。因此，在制定农田减排N2O措施中，因关注土壤因子和微生物特性。

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土地利用方式对土壤线虫群落组成及其网络关系的影响 Xiaotong Liu, Siwei Liang, Yijia Tian, Xiao Wang, Wenju Liang, Xiaoke Zhang 2024, 23(8): 2807-2819.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.11.019 摘要 ( )   PDF   土地利用方式可以改变土壤生物的群落组成和多样性，从而影响地下生态系统的过程和功能。为了探究不同土地利用方式对土壤生物的影响，本研究对位于中国北方6个区域中3种不同土地利用方式，即农田、林地和撂荒地中的土壤线虫群落开展了调查研究。研究结果表明，农田土壤线虫的丰富度、多样性、丰度和生物量最低，撂荒地土壤线虫丰富度和多样性比农田高28.8%和15.1%。土壤线虫群落在林地中与撂荒地中无显著差异，但共现网络分析结果表明它们的关键属组成不同。林地的杂食-捕食线虫占网络关键属的50%，撂荒地的食细菌线虫占网络关键属的36%。在林地中，食真菌线虫在网络关键属的比例比撂荒地低了20.8%。共现网络的拓扑特性表明与林地和撂荒地相比，农田土壤网络复杂性和稳定性有所降低。土壤pH值、NH4+-N和NO3--N是农田土壤线虫群落的主要影响因素，而土壤有机碳和含水量是林地土壤线虫群落的主要影响因素。经过人为管理的农田土壤线虫群落对土壤环境的依赖性更强。不同土地利用方式引起的土壤环境的变化可以通过改变共现网络中线虫营养类群在关键属中的比例，从而影响土壤生物的网络关系。

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应用时序遥感数据增强农田土壤有机质制图模型性能 Xianglin Zhang, Jie Xue, Songchao Chen, Zhiqing Zhuo, Zheng Wang, Xueyao Chen, Yi Xiao, Zhou Shi 2024, 23(8): 2820-2841.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.01.015 摘要 ( )   PDF   面对日益严重的全球土壤退化问题，明确农田土壤有机质的空间分布格局对于土壤碳库核算、农田质量评价和制定有效的管理政策具有重要意义。作为一种空间信息预测技术，数字土壤制图已被广泛应用于不同区域尺度的土壤信息空间制图上。然而，由于精确量化人为干扰因素存在较大的难度，针对农田尺度的土壤有机质制图反演模型的精度往往低于其它土地覆被类型。为解决该问题，本研究使用2021年广州采集的462个农田土壤样本系统评估“信息提取-特征选择-模型融合”框架在提升农田土壤有机质反演精度的潜力。本研究证明“信息提取-特征选择-模型融合”框架可以在有效提升最终反演结果的精度（R2：从0.48到0.53）并且不会对模型不确定性造成显著的负面影响。量化环境动态变化信息是一种产生与土壤有机质线性和非线性相关协变量的有效方法。应用该方法产生的环境协变量可将随机森林模型的R2从0.44提高到0.48，将极端梯度提升模型的R2从0.37提高到0.43。当环境协变量较少（< 200）时推荐使用前向递归特征筛选算法，当环境协变量较（> 500）时推荐使用Boruta特征筛选算法。Granger-Ramanathan模型融合方法可以组合不同初始预测模型的优势以提高预测结果精度并平均不确定性。当初始预测模型结构相似时，参与融合的初始预测模型数量的增加对最终预测没有显著的影响。鉴于上述优势，“信息提取-特征选择-模型融合”框架对提高不同区域尺度数字土壤制图精度方面具有较高的潜力，其制图结果可以为土壤保护政策的制定提供有效参考。

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中国成年居民增加全谷物摄入对医疗成本和碳排放影响效果评估 Xin Zhang, Jingjing Wang, Fuli Tan, Haixiu Gao, Shenggen Fan 2024, 23(8): 2842-2852.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.12.006 摘要 ( )   PDF   当前，对精制谷物的过度消费危及人类健康和生态系统的可持续性，而使用全谷物替代部分精制谷物对居民健康与环境可持续都有积极意义。一方面，相对于精加工谷物，全谷物中富含的膳食纤维、B族维生素和生物活性物质对居民健康有益；另一方面，全谷物加工过程中粮食与营养损失更小，能耗更低，进而碳排放水平较低。然而，很少有研究试图评估增加全谷物摄入量所带来的经济和社会效益。本文估计了按照中国居民膳食指南（CDG）推荐的方式增加全谷物摄入量可能节约的医疗成本和减少的食物碳排放量。如果一定比例（从5%到100%）的中国成年人（大于20岁）平均全谷物摄入量从19.8g/d增加至中国居民膳食指南推荐摄入量下线标准50g/d，根据估计，相关疾病包括二型糖尿病（T2DM）、心血管疾病（CVD）和结肠直肠癌（CRC）的医疗成本将大幅降低，下降幅度为28.2亿美元至563.7亿美元，碳排放预计也将减少24万吨至572万吨。本研究结果表明增加全谷物摄入量可以为居民健康、环境和社会带来显著的益处。

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新冠肺炎疫情下的中亚地区粮食安全问题研究：以塔吉克斯坦农村家庭为例 Yuhan Zhao, Chen Qian, Yumei Zhang, Xiande Li, Kamiljon T. Akramov 2024, 23(8): 2853-2867.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.12.001 摘要 ( )   PDF   了解新冠肺炎（COVID-19）疫情期间中亚地区农村家庭的粮食安全变化情况，对于该地区制定粮食安全保障与可持续发展策略至关重要。本研究利用塔吉克斯坦农村地区5800户家庭调查数据，采用两阶段QUAIDS模型对农村家庭九种食物的支出、收入和价格弹性进行了实证估计，评估塔吉克斯坦农村地区的食物消费情况。在此基础上，本文进一步构建微观模拟模型（microsimulation model），评估新冠肺炎疫情冲击导致的侨汇收入下降和食物价格上涨对塔吉克斯坦农村家庭粮食安全的影响。结果表明，塔吉克斯坦农村家庭对不同食物的需求弹性存在显著差异，其中对富含营养的食物（如肉类、水果、鸡蛋和牛奶）表现出较高的需求弹性。研究还发现在新冠肺炎疫情期间，侨汇收入和食物价格的变化对农村家庭的粮食安全产生了显著的负面影响，将导致该地区的粮食安全率下降约30%。这些发现对于关注后疫情时期侨汇收入依赖型经济体的农村生计和粮食安全的政策制定具有重要启示。

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水稻分蘖角度自然变异基因BTA8的鉴定 Junrong Liu, Xingyu Wang, Jing Wang, Junhua Ye, Mengchen Zhang, Qun Xu, Yaolong Yang, Xinghua Wei, Baoyan Jia, Yue Feng 2024, 23(8): 2868-2871.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.04.008 摘要 ( )   PDF   理想株型在水稻品种改良中起到了重要作用。分蘖角度是影响水稻株型的核心要素之一。在此，我们报道了一个位于8号染色体调控水稻分蘖角度的基因BTA8。功能互补实验表明，小粒野生稻BTA8等位基因在日本晴背景下增加了分蘖角度。BTA8在各组织中呈组成型表达，其编码蛋白定位于细胞核和细胞质中。全基因组关联分析显示BTA8基因受到选择，且在调控水稻分蘖角度中发挥关键作用。BTA8-Hap1和Hap4单倍型分别在粳稻和籼稻中被选择。研究结果为更好地理解BTA8调控水稻分蘖角度的作用提供了新见解，并为水稻株型改良提供了潜在的靶点。

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基于CRISPR/Cas12a的牛病毒性腹泻病毒现地快速诊断平台的建立 Meixi Wang, Jitao Chang, Yuxin Han, Chaonan Wang, Songkang Qin, Jun Wang, Lulu Zhang, Yuanmao Zhu, Fei Xue, Fang Wang, Hongliang Chai, Yulong Wang, Xinjie Wang, Xin Yin 2024, 23(8): 2872-2876.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.03.074 摘要 ( )   PDF   牛病毒性腹泻（BVD）是由牛病毒性腹泻病毒（BVDV）引起的一种在世界范围内广泛流行的传染病。牛感染BVDV后导致产奶量下降、产肉质量降低及繁殖能力下降，给全球畜牧业带来巨大负担。BVDV感染妊娠期母畜后，可通过胎盘传播至胎儿。若胎儿幸存则成为持续感染（PI）牛，其分泌物和排泄物中存在大量病毒，是BVDV的主要传染源之一。因此，快速准确的诊断对于BVD预防控制，尤其是持续感染牛的净化剔除至关重要。基于此，本研究开发了一种基于CRISPR/Cas12a的BVDV检测方法，用于BVDV的快速现场诊断。首先，通过序列比对和筛选，获得6个BVDV特异crRNA，且通过组合筛选获得可检测当前所有BVDV流行毒株的crRNA混合物；同时，优化设计了RT-ERA特异性扩增反应体系，而后将其与CRISPR-Cas12a系统相结合，建立了一种BVDV结果可视的检测方法。该方法具有高灵敏度和特异性，能在45分钟内检测低至20个拷贝的病毒量，且不与其它共感染的病原体发生交叉反应。此外，该检测方法可识别在中国流行的所有已知的BVDV-1和BVDV-2亚型毒株。在临床样品检测中发现，该检测方法与RNA试剂盒提取样本的荧光定量PCR（qPCR）结果一致，对释放剂释放RNA样本的检测敏感性更高。总之，本研究建立的基于Cas12a的快速、灵敏度高、特异强，不依赖实验室精密仪器，且可得到可视化检测结果的BVDV现地检测方法，该方法的应用对于BVDV精准防控具有重要实践意义。