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2024年, 第23卷, 第9期
刊出日期：2024-09-20 上一期    下一期

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植物耐渍性研究进展 Zhengyuan Xu, Lingzhen Ye, Qiufang Shen, Guoping Zhang 2024, 23(9): 2877-2897.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.12.028 摘要 ( )   PDF   渍水胁迫是威胁全球作物产量的主要非生物胁迫之一。渍水胁迫下，植物发生氧化胁迫、重金属毒害和能量缺乏，导致代谢紊乱，生长受到抑制。另一方面，植物在进化过程中形成了渍水耐性或适应机制，包括形态学和呼吸途径的变化，抗氧化保护以及内源激素调控。本综述介绍渍水胁迫的不利影响和植物耐渍性机制的最新研究进展，并阐述了植物种间或种内不同基因型之间耐渍性差异的遗传机理，还特别报道了植物中已鉴定到的与耐渍性相关的数量性状位点和关键基因。

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水稻细胞色素c氧化酶亚基5B基因OsCOX5B自然变异通过能量调控种子活力 Chengwei Huang, Zhijuan Ji, Qianqian Huang, Liling Peng, Wenwen Li, Dandan Wang, Zepeng Wu, Jia Zhao, Yongqi He, Zhoufei Wang 2024, 23(9): 2898-2910.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.06.018 摘要 ( )   PDF   种子活力是直播稻生产的重要性状之一。本研究利用全基因组关联分析方法，挖掘控制水稻种子活力性状包括发芽指数（GI）和发芽势（GP）的遗传因子；鉴定到一个同时控制GI和GP的主效位点qGI6/qGP6。验证qGI6/qGP6候选基因为细胞色素c氧化酶亚基5B基因OsCOX5B；与野生型（WT）粳稻日本晴相比，该基因突变体种子活力显著降低。基因共表达分析表明，OsCOX5B主要通过影响三羧酸循环过程调控种子活力；在种子萌发过程中，Oscox5b突变体葡萄糖含量显著高于WT，而丙酮酸和三磷酸腺苷水平显著降低。此外，OsCOX5B基因优异单倍型通过增强种子萌发过程中其表达水平促进种子活力。因此，在培育适宜直播生产的高活力水稻品种中，OsCOX5B是一个具有潜在育种利用价值的重要基因。

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人工合成六倍体小麦中主效粒长位点QGl.cau-2D.1的精细定位和多效性鉴定 Mingming Wang, Jia Geng, Zhe Zhang, Zihan Zhang, Lingfeng Miao, Tian Ma, Jiewen Xing, Baoyun Li, Qixin Sun, Yufeng Zhang, Zhongfu Ni 2024, 23(9): 2911-2922.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.09.009 摘要 ( )   PDF   籽粒大小是籽粒产量的决定因素之一，鉴定控制籽粒大小的遗传位点对产量的提升意义重大。在之前的研究中，利用面包小麦TAA10和人工合成六倍体小麦XX329衍生的F2群体检测到一个与粒长(GL)有关的稳定QTL位点QGl.cau-2D.1。在本研究中，我们主要是为了对该位点精细定位和并对其遗传效应进行验证。以TAA10为轮回亲本，通过分子标记辅助选择获得多个近等基因系(NILs)。通过25个杂合单株衍生的次级分离群体对位点QGl.cau-2D.1进行精细定位，来自于XX329的增效基因使粒长、千粒重、总小穗数和穗密度增加，进一步利用2D+ (XX329)和2D−(TAA10)的NIL材料对该位点进行遗传和多效性的验证。根据中国春RefSeq v2.1的序列，将目标位点定位至约~0.9 Mb的区间。根据两亲本的重测序结果和表达谱差异分析将TraesCS2D03G0114900 (Os03g0594700)确定为候选基因。总之，QGl.cau-2D.1通过粒长的增加提高千粒重，并同时显著提升总小穗数。

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量化籽粒灌浆期间叶色改良水稻基因型的源库关系 Zhenxiang Zhou, Paul C. Struik, Junfei Gu, Peter E. L. van der Putten, Zhiqin Wang, Jianchang Yang, Xinyou Yin 2024, 23(9): 2923-2940.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.03.034 摘要 ( )   PDF   【研究意义与科学问题】叶色修饰会影响冠层光合作用，从而对水稻产量及产量构成有潜在影响。 此外，通过作物管理调节源库关系已被证明是提高作物生产力的有效策略。本研究旨在调查叶色修饰是否以及如何改变源库关系，以及当前的作物栽培实践是否仍然适用于叶色修饰后的基因型。 【实验材料与方法】定期收集来自四种不同遗传背景的水稻基因型及其叶色（“持绿”或“黄化”）变体的总生物量和氮积累数据进行分析，并使用最近建立的模型方法来量化其灌浆期间源库平衡与否。 【实验结果】在所有叶色变体基因型中，只有一种黄叶变体显示出比其对照基因型更高的源容量。 这一现象与氮素的统筹分配有关。根本原因是该基因型减少了开花前的氮吸收，导致花后土壤氮含量充足并增加了花后氮吸收，进而延长了花后功能性叶氮持续时间。密度实验表明，当前的管理实践（种植密度不足且施氮量过多）不适合水稻黄叶基因型，最终限制了其产量潜力。 【实验结论】叶色修饰通过调节花前与花后氮收支平衡以及源库器官之间的氮素迁移来影响水稻的源库关系。 为了更好地利用叶色修饰来提高作物生产力，有必要进一步调整作物生产管理实践。

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气候变化下黄土高原冬小麦潜在分布预测及冻害风险分析 Qing Liang, Xujing Yang, Yuheng Huang, Zhenwei Yang, Meichen Feng, Mingxing Qing, Chao Wang, Wude Yang, Zhigang Wang, Meijun Zhang, Lujie Xiao, Xiaoyan Song 2024, 23(9): 2941-2954.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.02.006 摘要 ( )   PDF   了解气候变化下冬小麦的适宜区和评估冻害风险对于冬小麦的种植至关重要。本研究利用优化的MaxEnt模型预测4种共享社会经济路径下当前时期（1970—2020年）和未来时期（2021—2100年）冬小麦的潜在地理分布。采用统计降尺度方法对未来气候数据进行降尺度处理，考虑冬小麦生育期建立科学实用的冻害指数（FII），并利用M-K检验分析冬小麦冻害突变特征。结果表明，优化的MaxEnt模型预测精度AUC值为0.976；影响冬小麦空间分布范围的主要环境变量是最冷月份最低温、最湿季节降水量和年降水量；冬小麦总适宜区面积约为4.40×107hm2。在2070年代，中等适宜区面积在SSP245下增幅最大，为9.02×105hm2，在SSP370下增幅最小，为6.53×105hm2。总适宜区质心坐标有北移趋势。黄土高原高纬度高海拔地区冻害的潜在风险显著增加，山西忻州北部冻害最严重，黄土高原南部冻害最轻。温度、降水、地理位置等环境因子对冬小麦适宜区分布和冻害风险有重要影响。未来应更加关注冬小麦种植区北界和冻害风险区，提供冻害预警和相应的管理策略。

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花期高温、相对空气湿度和饱和水汽压差对不同基因型玉米结实率的影响 Xin Dong, Baole Li, Zhenzhen Yan, Ling Guan, Shoubing Huang , Shujun Li, Zhiyun Qi, Ling Tang, Honglin Tian, Zhongjun Fu, Hua Yang 2024, 23(9): 2955-2969.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.09.007 摘要 ( )   PDF   热胁迫是当前和未来全球玉米生产的主要限制因素。在开花期高温胁迫下，玉米的雄性和雌性生殖器官在增加果穗结实率方面发挥着重要作用，但高温、相对空气湿度和饱和水汽压差对雌雄穗器官和结实率的贡献尚不清楚。本研究利用20个玉米自交系开展了2年的田间试验，每年包括3个播期。与第一播期相比，第三播期的结实率、穗粒数和产量都下降了80%以上。花粉活力、吐丝率和开花吐丝间隔期是影响结实的决定因素，它们与结实率的相关系数分别为0.89***、0.65***和-0.72***。饱和水汽压差和相对空气湿度均与花粉活力和吐丝率呈显著相关。高相对空气湿度可以通过保持高花粉活力和高吐丝率来减轻热效应对玉米结实的影响。我们对2020年到2050年的气象因子进行了模拟，发现气温将继续升高，空气湿度将增加，饱和水汽压差有降低趋势。我们根据花粉活力和吐丝率数据，将20个自交系分成了4个群。花粉活力高、吐丝率高的群在热胁迫下表现最好，可以结合开花性状的遗传改良进一步提升其耐热性，以便适应变暖的气候。

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基于机器学习构建智能决策系统提升中国西南地区稻-油、稻-麦和稻-蒜轮作系统综合效益的策略 Xinrui Li, Xiafei Li, Tao Liu, Huilai Yin, Hao Fu, Yongheng Luo, Yanfu Bai, Hongkun Yang, Zhiyuan Yang, Yongjian Sun, Jun Ma, Zongkui Chen 2024, 23(9): 2970-2988.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.10.005 摘要 ( )   PDF   稻-油、稻-麦和稻-蒜轮作是中国西南地区常见的轮作模式，在确保该地区生态和经济效益以及应对全国粮食安全等问题方面发挥了重要的作用，但该地区的此轮作系统的稻谷产量和其他作物产量等比全国平均水平低1.25%-14.7%。利用机器学习构建智能决策系统分析各轮作系统投入产出特征，有利于获得更好的综合效益，但相关研究较少。因此，该研究利用data-intensive approach法，基于机器学习构建智能决策系统，以期为提升西南地区稻-油、稻-麦、稻-蒜轮作的综合效益提供依据。研究结果表明，在稻-蒜系统中，高肥料投入的基础上增加种子投入可提高产量和肥料偏生产力，最终实现最佳综合效益的概率为10%；在稻-油系统中，增加氮肥用量并且减少钾肥用量可以获得更高的产量但易增加温室气体排放，导致该系统仅实现次优效益且概率为8%；在稻-麦系统中，减少氮肥和磷肥的施用可以增加产量和肥料偏生产力，但实现最佳综合效益的概率仅为8%。基于随机森林模型的预测分析，在稻-蒜系统中减少25%的氮肥、增加8%的磷肥和74%的钾肥；在稻-油系统中减少54%和36%的氮肥和钾肥，增加38%的磷肥；在稻-麦系统中减少4%的氮肥并增加65%的磷肥和23%的钾肥，这些措施可以在不同程度上进一步提高轮作系统的综合效益。因此，该研究结果为中国西南地区稻-油、稻-麦和稻-蒜系统中通过优化农业投入以获得更高的综合效益提供了新见解。

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过表达PbrGA2ox1通过调控GA3抑制的活性氧解毒和脱落酸信号转导而增强梨树抗旱性 Guoling Guo, Haiyan Zhang, Weiyu Dong, Bo Xu, Youyu Wang, Qingchen Zhao, Lun Liu, Xiaomei Tang, Li Liu, Zhenfeng Ye, Wei Heng, Liwu Zhu, Bing Jia 2024, 23(9): 2989-3011.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.01.012 摘要 ( )   PDF   干旱胁迫是全球变暖持续加剧所导致一种毁灭性的自然灾害，严重威胁着梨树在内的多种园艺作物的产量和质量。赤霉素（Gibberellin，GA）在植物生长、发育和对干旱胁迫的反应中发挥重要的调控作用。已有研究表明，干旱胁迫条件下的植物体内赤霉素水平显著降低；然而，GA对梨树干旱胁迫的调控作用和其内在机制仍未可知。本研究结果表明，干旱胁迫显著抑制了梨叶内生物活性赤霉素（Bioactive GA，BGAs）的积累，并强烈诱导了叶绿体定位的赤霉素2–氧化酶（Gibberellin 2-oxidase1，PbrGA2ox1）基因的表达。研究发现，PbrGA2ox1受外源脱落酸（Abiscisic acid，ABA）和赤霉酸（Gibberellic acid，GA3）处理的显著促进和抑制，并积极参与调控梨树的抗旱性。于烟草（Nicotiana benthamiana）内过表达该基因可显著增强其抗脱水和抗旱能力，而于梨叶(Pyrus betulaefolia)内以病毒诱导的基因沉默（Virus-induced gene silencing，VIGS）技术降低该基因的表达则增强了梨树的干旱敏感性。进一步研究结果显示，较野生型（Wild-type，WT）烟草株系而言，干旱胁迫条件下的PbrGA2ox1过表达株系内BGAs含量显著降低，活性氧（Reactive oxygen system，ROS）积累量显著下降，并伴随着ABA含量的显著升高和其信号转导的显著增强以及ROS清除能力的显著提升。然而，该基因的沉默则显著抑制了这一系列生物过程。此外，本研究还发现，外源GA3处理可抑制干旱胁迫条件下的ABA的生物合成和信号转导，并加重ROS毒害效应，从而降低梨树的干旱耐受性。总而言之，试验结果揭示了干旱胁迫抑制梨叶内BGAs积累的机制，并进一步阐述了GA影响植物耐旱性的作用机制。

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生长素原初响应基因MdGH3-2/12的沉默降低了苹果对腐皮镰孢菌的抗性 Qianwei Liu, Shuo Xu, Lu Jin, Xi Yu, Chao Yang, Xiaomin Liu, Zhijun Zhang, Yusong Liu, Chao Li, Fengwang Ma 2024, 23(9): 3012-3024.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.03.003 摘要 ( )   PDF   苹果再植病（ARD）严重降低了苹果产业的产量和质量。腐皮镰孢菌（F. solani）已被报道为引起ARD的主要病原微生物之一。生长素（吲哚-3-乙酸，IAA）作为一种内源性植物激素，几乎参与了植物所有生长发育过程，并在植物对病原体的免疫中发挥作用。Gretchen Hagen3（GH3）是早期/初级生长素响应基因之一。本研究的目的是通过用腐皮镰孢菌处理MdGH3-2/12 RNAi植株来评估MdGH3-2和MdGH3-12在腐皮镰孢菌防御反应中的作用。结果表明，在腐皮镰孢菌侵染下，MdGH3-2/12 RNAi抑制了植株生物量的积累，加重了根系损伤。接种腐皮镰孢菌后，MdGH3-2/12 RNAi抑制了酰胺合成酶的生物合成。这导致游离IAA与氨基酸结合受到抑制，最终导致过量的游离IAA积累。过量的游离IAA改变了植物组织结构，加速了真菌菌丝的入侵，降低了抗氧化酶（SOD、POD和CAT）的活性，增加了活性氧（ROS）水平，降低了总叶绿素含量和光合能力，同时调节了PR1、PR4、PR5和PR8等相关抗病基因的表达。此外还改变了植物激素和氨基酸的含量，最终降低了苹果植株对腐皮镰孢菌的抗性。总之，这些结果表明MdGH3-2和MdGH3-12在ARD中对腐皮镰孢菌的抗性起着重要作用。

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多巴胺通过调控生理抗逆力和根际微生物群落结构提高苹果再植病抗性 Peihua Du, Yang Cao, Huaite Liu, Jiahao Ji, Wei Sun, Xueying Zhang, Jizhong Xu, Bowen Liang 2024, 23(9): 3025-3044.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.07.011 摘要 ( )   PDF   多种胁迫因素诱发的苹果再植病是一种复杂的农业问题，会升高植株的活性氧水平，并且限制养分利用。然而，现有的对策难以有效应对这一挑战。本研究中，我们以平邑甜茶为实验材料，利用盆栽实验方式来研究多巴胺缓解ARD的能力。外源施用100 μmol L-1多巴胺显著促进了再植土中苹果的生长，相对生长速率提高17.44%。我们的研究结果揭示了多巴胺调节苹果ARD抗性的两条主要途径。首先，多巴胺有效降低ROS水平，激活氮转运和代谢相关基因的表达。其中，MdNPL5、MdNRT1.1、MdNPL2、MdNRT2.5、MdNPL3、MdNRT2.4、MdNADH-GAGOT和MdFd-GAGOT受多巴胺强烈调控。这些调控作用促进了苹果植株对土壤氮的吸收和利用。其次，多巴胺改善了土壤理化性质，增强了微生物群落多样性，促进了微生物群落之间的相互协作关系。此外，多巴胺还改变了根际土壤微生物的结构 (上调: Clostridiales, Gaiellales, Sordariales和Mortierellales; 下调：Micrococcales, Longimicrobium, Hypocreales 和 Cystobasidiales)。值得注意的是，多巴胺显著上调了Gaiella和 Mortierella的丰度。这两种菌属的丰度与土壤脲酶活性、土壤有效氮含量、植物生长和氮吸收均呈显著正相关关系。多巴胺还显著降低了再植土壤中植物病原菌Gibberella的丰度(11.71倍)。我们的研究结果揭示了多巴胺促进ARD抗性的机制，将有助于苹果产业的可持续发展。

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梨树腐烂病菌代谢产物和菌丝生长提高梨火疫病菌致病性 Tong Shen, Mengdi Ye, Yeping Xu, Bohan Ding, Hongtao Li, Li Zhang, Jun Wang, Yanli Tian, Baishi Hu, Youfu Zhao 2024, 23(9): 3045-3054.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.05.020 摘要 ( )   PDF   细菌-真菌互作广泛存在于自然界中。先前已有许多关于植物病原细菌与病原真菌互作的研究，但对梨树病原细菌与病原真菌的互作研究却鲜有报道。本团队在新疆库尔勒香梨园内发现梨腐烂病发生严重的梨园内常伴随梨火疫病的出现。然而这两种病原物在侵染梨树期间的关系尚不清楚。因此，本研究目的在于明确梨火疫病菌（Erwinia amylovora）与梨腐烂病菌（Cytospora pyri）之间是否存在互作以及探究其潜在的协同致病机制。本研究首先对采集到的梨树样品进行病原物检测，计算两种病原物的田间共存率；随后对E. amylovora和C. pyri进行了室内离体接种，观测病害的发生情况；最后通过对生长、物理互作、毒力因子产生及毒力因子编码基因表达的监测，解析E. amylovora与C. pyri互作的分子机制。结果表明，E. amylovora与C. pyri可在同一病斑中共存，且在离体梨树组织上同时接种两种病原菌可加重病害的发生。同时发现，C. pyri虽不影响E. amylovora的生长，却可以促进E. amylovora的扩散及毒力因子梨火疫毒素的产生。本研究结果表明，E. amylovora与C. pyri在侵染梨树期间存在协同致病作用，C. pyri可通过菌丝和代谢产物促进E. amylovora的扩散并提高致病力，从而加重病害的发生。本文是对梨树病原物E. amylovora与C. pyri互作研究的首次报道，开展梨树病原细菌与病原真菌的协同致病研究，对明确病原物的侵染机制，保证新疆梨产业平稳健康发展具有重要意义。

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基于T-DNA插入鉴定和解析假禾谷镰孢FpRCO1基因在调控病原菌生长及致病过程中的作用 Haiyang Li, Yuan Zhang, Cancan Qin, Zhifang Wang, Lingjun Hao, Panpan Zhang, Yongqiang Yuan, Chaopu Ding, Mengxuan Wang, Feifei Zan, Jiaxing Meng, Xunyu Zhuang, Zheran Liu, Limin Wang, Haifeng Zhou, Linlin Chen, Min Wang, Xiaoping Xing, Hongxia Yuan, Honglian Li, Shengli Ding 2024, 23(9): 3055-3065.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.01.001 摘要 ( )   PDF   假禾谷镰孢（Fusarium pseudograminearum）侵染小麦茎基部及根部引起严重的茎基腐病，同时还侵染小麦穗部造成赤霉病，在茎基部和穗部产生毒素，该病害对小麦的产量与质量造成严重的危害，目前已成为小麦生产中的主要病害。尽管如此，对假禾谷镰孢致病分子机制的研究还十分匮乏。为了快速鉴定参与调控假禾谷镰孢致病的基因，本研究利用T-DNA插入正向遗传学的方法建立了假禾谷镰孢的突变体库；通过病原菌接种大麦叶片筛选致病力下降的突变体，进而通过PCR扩增技术分析致病力下降突变体中被破坏的基因。通过筛选，本研究共获到9个致病力下降的假禾谷镰孢突变体，其中一个突变体中与酵母RCO1基因同源的FpRCO1基因被破坏。FpRco1是假禾谷镰孢Rpd3S组蛋白去乙酰化酶复合体的一个重要组分，为了证明编码该蛋白的FpRCO1基因的缺失与假禾谷镰孢的致病力相关，本研究采用split-marker的方法，在野生型WZ-8A菌株中，对该基因进行了敲除，获得了敲除突变体DFprco1。敲除突变体DFprco1生长减慢、产孢减少和致病力下降；回补菌株表型完全恢复到野生型的水平。在不同的外源压力测试实验中，与野生型相比，突变体DFprco1显示对NaCl、sorbitol和SDS更加的敏感，对H2O2不敏感的性状。为了进一步分析突变体DFprco1致病力下降的原因，本研究对假禾谷镰孢野生型菌株及突变体DFprco1在侵染阶段的基因表达水平进行了转录组分析，分析结果显示，突变体DFprco1大量基因的表达水平发生了变化，特别是参与调控DON毒素（Dyoxynivanelol, DON，脱氧镰刀雪腐烯醇）合成的TRI基因(trichothecene biosynthetic (TRI) gene, 单端孢霉烯簇生物合成) 表达水平出现显著下调。通过对假禾谷镰孢的野生型菌株及突变体DFprco1侵染的小麦粒中的DON毒素进行检测发现，突变体DFprco1侵染的小麦粒中DON含量显著减少。总之，本研究揭示了FpRCO1基因在调控假禾谷镰孢的生长发育、无性繁殖、DON的合成及致病方面扮演着重要的角色；同时本研究为深入解析假禾谷镰孢致病的分子机制提供了新的方法，为防控该重大病害提供新思路。

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尿嘧啶从头合成酶ODCase在产酶溶杆菌中的独特功能 Mingming Yang, Yunxiao Tan, Jiabing Ma, Yingjia Zhao, Xia Yan, Nana Wang, Pingping Wang, Jiaqi Tan, Suilong Ai, Xiaofei Liang, Bangshuai Chang, Obadah E. A. Yousif, Chao Zhao, Bo Wang, Guoliang Qian, Lili Huang 2024, 23(9): 3066-3077.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.11.047 摘要 ( )   PDF   产酶溶杆菌（Lysobacter enzymogenes）OH11分泌的热稳定性抗真菌因子HSAF具有广谱高效的抑菌活性。目前无法利用化学合成和异源表达等方法生产HSAF。OH11菌株中HSAF原始产量低，是规模化生产的主要瓶颈。从分子层面阐明HSAF生物合成的调控网络可为提升活性代谢物产量，研发绿色高效的新型生防产品奠定理论基础。本研究发现一个编码乳清酸核苷-5'-单磷酸脱羧酶（ODCase）的基因Le0752，该基因在尿嘧啶从头合成途径中催化乳清酸核苷酸（OMP）生成尿嘧啶核苷酸（UMP）。Le0752缺失突变株的HSAF产量及其发酵粗提液对辣椒疫霉（Phytophthora capsici）的皿内抑菌活性均显著降低，而用Le0752缺失突变体发酵液处理过的辣椒疫霉对本氏烟（Nicotiana benthamiana）的毒力较野生型显著提高。Le0752突变体在1/10 TSA平板上生长减缓，但蹭行运动（twitching motility）能力不受影响。qRT-PCR结果表明，Le0752缺失突变后HSAF合成关键基因lafB及其关键调控因子clp的基因表达水平显著降低，遗传学试验证明Le0752通过转录因子Clp调控lafB的转录进而影响HSAF的生物合成。生物信息学分析显示，溶杆菌属中的ODCases归于Group III类群，而与溶杆菌属亲缘关系较近的黄单胞菌属和寡养单胞菌属的ODCases归属Group I类群。基因染色体同源替换实验中，稻黄单胞菌水稻致病变种（Xanthomonas oryzae pv. oryzae）中的ODCase（pyrF）能够完全恢复Le0752缺失突变表型。本研究阐明尿嘧啶从头合成酶ODCase对HSAF合成的关键调控作用，将为改造HSAF高产菌株提供理论支撑，并拓展对细菌ODCase功能与进化的认识。

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C型凝集素CTL-S15基因表达降低甜菜夜蛾对苏云金芽孢杆菌的敏感性 Jianqiang Bao, Yuxuan Chen, Suwan Jiang, Rui Liu, Xi Zhang, Fangzheng Zhang, Zhiwei Chen, Chen Luo, Hailong Kong 2024, 23(9): 3078-3088.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.01.024 摘要 ( )   PDF   C型凝集素（CTL）是昆虫先天免疫反应的模式识别受体，可能与Cry毒素竞争碱性磷酸酶受体，从而降低其对昆虫的毒力。然而，到目前为止，CTL是否会影响甜菜夜蛾对Bt的敏感性尚不清楚。本研究首先鉴定了甜菜夜蛾33个CTL家族基因。根据糖识别域（CRD）的结构和数量将其分为三类:（1）含有单个CRD的S型19个；（2）含有两个串联排列的CRD的 IML型8个；（3）含有CRD和其他结构域的X型6个。 RT-qPCR分析显示，Bt和Cry1Ab毒素处理幼虫后，SeCTL-S15、IML-4和CTL-X6的基因表达水平明显上调。甜菜夜蛾不同组织和发育阶段的基因表达分析表明，只有SeCTL-S15主要在中肠和幼虫期表达。RNA干扰SeCTL-S15基因表达，幼虫对Bt的敏感性显著增加，存活率和体重均显著降低。这些结果表明，CTL-S15可能在甜菜夜蛾幼虫对Bt的低敏感性中起重要作用。同时该研究结果为探索昆虫CTL的功能提供了新的见解。

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基于CRISPR/Cas9靶向小菜蛾常染色体基因和性染色体定点敲入外源序列 Shanyu Li, Guifang Lin, Haoqi Wen, Haiyan Lu, Anyuan Yin, Chanqin Zheng, Feifei Li, Qingxuan Qiao, Lu Jiao, Ling Lin, Yi Yan, Xiujuan Xiang, Huang Liao, Huiting Feng, Yussuf Mohamed Salum, Minsheng You, Wei Chen, Weiyi He 2024, 23(9): 3089-3103.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.04.029 摘要 ( )   PDF   通过位点特异性的基因组编辑，可以实现基于精确性别分离和只释放不育雄性的害虫遗传控制策略。本研究发现，Pxfl(2)d除了在雌成虫卵巢发育和卵孵化方面的已知功能外，其单等位基因的突变还能显著影响十字花科害虫小菜蛾雄成虫的正常交配行为和睾丸发育。基于CRISPR/Cas9的基因敲入结果表明，外源绿色荧光蛋白（GFP）基因可被定点整合到位于常染色体的Pxfl(2)d中，用于标记突变体。但由于Pxfl(2)d突变体生殖能力严重下降，该基因并不适合作为靶点来建立稳定遗传的基因敲入品系。本研究还进一步筛选了W染色体和Z染色体连锁区域，检测CRISPR/Cas9介导的基因敲入效率。结果证实，这两种类型的染色体都可以作为外源序列定点插入的靶标。本研究最终获得了在小菜蛾Z染色体连锁区域同时整合了Cas9和青色荧光蛋白（CFP）表达盒的纯合敲入品系（Z-Cas9-CFP），也可用于早期性别鉴定。通过将靶向Pxfl(2)d的sgRNA单独注射到Z-Cas9-CFP品系雌成虫产下的卵中，基因编辑效率达到29.73 %，证实成功表达了具有功能的Cas9基因。综上所述，本研究证明了外源基因在小菜蛾不同基因组区域敲入的可行性，而遗传品系的建立则需要选择合适的位点。研究结果为进一步开发害虫遗传防控策略提供了重要的工作基础和技术支持。

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脂动激素（AKH）信号通路调控飞蝗成虫抗旱性 2024, 23(9): 3104-3117.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.03.019 摘要 ( )   PDF   全球气候变化导致干旱事件愈发严峻，从而严重威胁各种生物的生存；然而，关于生物抗旱性分子调控机制的研究较少。本研究对不同干旱（食物介导）环境下飞蝗成虫的生物学性状进行系统比较，发现脂动激素（AKH）信号通路对飞蝗成虫抗旱性具有重要调控作用。主要结果如下，干旱导致飞蝗成虫的失水率降低、体重损失率增加和寿命缩短。转录组分析显示，干旱选择系和对照系飞蝗存在组织特异性基因表达变异。特别重要的是，AKH基因表达受到干旱选择和干旱胁迫的显著诱导。进一步结合RNA干扰和海藻糖外源补充，发现AKH1、AKH2或脂动激素受体（AKHR）基因干扰显著加速干旱环境下飞蝗成虫的水分散失和死亡，外源补充海藻糖能够改善由AKH或AKHR干扰引起的不利影响。该研究结果表明AKH/AKHR信号通路介导的海藻糖代谢对飞蝗抵抗干旱胁迫至关重要，促进了对生物抗旱性调控机制的理解。

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转录组分析揭示了类固醇激素合成途径影响肉鸡腹脂沉积 Yuting Zhu, Yongli Wang, Yidong Wang, Guiping Zhao, Jie Wen, Huanxian Cui 2024, 23(9): 3118-3128.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.04.015 摘要 ( )   PDF   肉鸡的腹部脂肪过度沉积会造成很多不良后果，例如降低肉鸡的饲料效率、影响肉鸡健康、增加生产成本等。因此，培育低腹脂系的肉鸡品种具有重要意义。鸡的腹脂沉积是一个由遗传因素主导的多因素共同调控的复杂生理过程，其分子基础难以捉摸。在本研究中，我们通过转录组分析比较了腹部脂肪沉积不同阶段的差异基因，以鉴定影响腹部脂肪沉积的关键基因和途径。我们发现腹脂重（AFW）从第35天（D35）到第91天（D91）逐渐增加，然后在第119天下降。我们比较D35 vs D63、D35 vs D91的基因表达水平，鉴定差异表达基因（DEGs），并通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）识别与脂肪沉积相关的基因模块。然后，对鉴定到的DEGs与WGCNA基因模块进行交叉分析，在D35 vs D63、D35 vs D91分别鉴定出394个和435个交叉基因。对这些交叉基因进行功能富集分析，基因本体论（GO）和京都基因与基因组百科（KEGG）通路富集分析结果表明，类固醇激素生物合成途径和胰岛素信号通路在所有交叉基因中被共同富集，已有研究表明类固醇激素生物合成能途径调控胰岛素信号通路，表明类固醇激素生物合成途径在肉鸡腹部脂肪发育过程中发挥重要作用。接着采用CytoHubba的15种算法对这些交叉基因进行筛选，最终鉴定到6个与腹部脂肪沉积相关的hub基因（ACTB, SOX9, RHOBTB2, PDLIM3, NEDD9和DOCK4）。SOX9已被证明与类固醇激素受体结合所需的蛋白质结合，而RHOBTB2通过cyclin因子间接调控类固醇激素的生物合成，并最终影响脂肪沉积。同时，PPI蛋白互作预测分析发现这6个hub基因的蛋白水平存在互作关系。综上所述，我们分析表明RHOBTB2和SOX9基因可以通过调节类固醇激素生物合成途径在肉仔鸡脂肪沉积中发挥重要作用。本研究的结果为进一步研究鸡脂肪沉积机制提供了新的方向和思路。

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猫源ANP32蛋白在调控A型流感病毒聚合酶活性中的作用 Gang Lu, Feiyan Zheng, Yuqing Xiao, Ran Shao, Jiajun Ou, Xin Yin, Shoujun Li, Guihong Zhang 2024, 23(9): 3145-3158.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.11.008 摘要 ( )   PDF   近年来，越来越多的自然感染病例报道及动物攻毒实验证实猫科动物可以感染多种亚型的A型流感病毒。值得注意的是，某些亚型A型流感病毒在跨物种传播后可以在猫科动物中长期流行，甚至可以感染人类。这对公共卫生安全造成了潜在威胁。与A型流感病毒聚合酶活性相互作用的宿主因子是决定其感染宿主范围的关键因素，而ANP32蛋白是其中重要的一个宿主因子。但是，猫源ANP32蛋白对A型流感病毒聚合酶活性的调控作用及其对病毒感染宿主范围的潜在影响仍属未知领域。在本研究中，利用RT-PCR方法从家猫组织中共克隆了10个猫源ANP32剪接变异体，其中分别包括5个ANP32A、3个ANP32B及2个ANP32E变异体。测序及蛋白序列比对的结果表明部分猫源ANP32剪接变异体发生了氨基酸的缺失及/或插入。激光共聚焦实验的研究结果表明所有10个猫源ANP32剪接变异体都主要定位于细胞核。在本研究中，还建立了多个A型流感病毒代表性毒株的小基因组复制系统。利用该系统，评估了猫源ANP32蛋白对A型流感病毒聚合酶活性的调控作用。研究结果表明大部分猫源ANP32A及ANP32B蛋白都可以支持所检测的A型流感病毒的聚合酶活性，但是同一种ANP32蛋白对不同A型流感病毒毒株聚合酶活性的支持作用有所差别。此外，体外研究的结果证实了猫源ANP32蛋白可以支持H3N2犬流感病毒在细胞中复制。综上所述，本研究系统分析了猫源ANP32A蛋白对A型流感病毒聚合酶活性的调控作用，为研究猫科动物对A型流感病毒易感的分子机制提供了基础。

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有机肥替代化肥降低节水灌溉稻田N2O排放的潜力及微生物学机制研究 Delei Kong, Xianduo Zhang, Qidong Yu, Yaguo Jin, Peikun Jiang, Shuang Wu, Shuwei Liu, Jianwen Zou 2024, 23(9): 3159-3173.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.03.047 摘要 ( )   PDF   节水灌溉策略可以有效减少稻田甲烷排放，但由于土壤含氧量和氧化还原电位的变化，会强烈刺激氧化亚氮（N2O）的排放。然而，目前有关不同施肥措施下节水灌溉稻田土壤N2O排放与氮（N）循环功能基因之间的关系却很少被研究。此外，有机肥替代化肥对稻田N2O排放的减排潜力及微生物学机制有待进一步阐明。本研究分析了我国东南部连续两年不同施肥措施对稻田土壤N2O排放和相关功能微生物【氨氧化古菌（AOA）、氨氧化细菌（AOB）、nirS、nirK和nosZ】的影响。共设置了三个试验处理：不施氮肥（Control）、化学氮肥（Ni）和有机肥部分替代化学氮肥（Ni+No）。研究结果表明，平均两个水稻生长季，Control、Ni和Ni+No处理的N2O累积排放量分别为0.47、4.62和4.08 kg ha−1。与Ni处理相比，Ni+No施肥措施在保障水稻产量的同时，显著降低了土壤N2O排放量11.6%，其N2O排放因子（EF）为0.95%。与Control处理相比，施用氮肥可以显著提高AOB、nirS、nirK和nosZ基因丰度。有机肥部分替代化学氮肥显著降低了AOB和nirS基因丰度，但增加了nosZ基因丰度。AOB对氮肥的响应比AOA更敏感。N2O累积排放量与AOB、nirS基因丰度呈正相关关系，而与nosZ基因丰度、nosZ/nirS比值呈负相关关系。综上所述，在节水灌溉稻田中，有机肥替代化学氮肥可以减少土壤N2O排放，主要通过改变土壤NO3--N、pH和DOC含量，从而抑制硝化过程的氨氧化和反硝化过程的亚硝酸盐还原，以及增强反硝化过程的N2O还原。

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旱地小麦地膜覆盖提高产量和水分利用率，秸秆覆盖增加储水量 Hubing Zhao, Guanfei Liu, Yingxia Dou, Huimin Yang, Tao Wang, Zhaohui Wang, Sukhdev Malhi, Adnan Anwar Khan 2024, 23(9): 3174-3185.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.01.008 摘要 ( )   PDF   干旱缺水和降水量分布不均制约着旱地小麦生产，地膜和秸秆覆盖是旱地小麦保水增产的有效措施。我们进行了8年定位试验，用无覆盖做对照，研究地膜和秸秆覆盖对旱地小麦产量、土壤储水量、地表温度和水分利用率的影响。结果表明：相比无覆盖对照，地膜覆盖和秸秆覆盖平均增产12.6和10.5%，地膜覆盖增产效果优于秸秆覆盖。相比无覆盖对照，秸秆覆盖在周年、生育期和夏闲期分别显著降低地表土层温度达到0.57、0.60和0.48°C；恰恰相反，地膜覆盖在周年、生育期和夏闲期分别增温达到0.44、0.51 和0.27°C。地表土层温度是决定土壤储水的关键因素，相比地膜覆盖，秸秆覆盖可以提高播前底墒17%。收获期地膜覆盖和秸秆覆盖储水量无差异，所以秸秆覆盖蒸散量比地膜覆盖提高4.5%，因而地膜覆盖水分利用率相比秸秆覆盖提高了6.6%。总的来看，地膜覆盖提高了旱地小麦的产量和水分利用率，秸秆覆盖增加了储水量。

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控释尿素与普通尿素配施对再生稻产量、氮素利用效率及生态系统经济效益影响的综合评价 Zijuan Ding, Ren Hu, Yuxian Cao, Jintao Li, Dakang Xiao, Jun Hou, Xuexia Wang 2024, 23(9): 3186-3199.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.03.038 摘要 ( )   PDF   控释尿素（CRU）通常用于提高产量和氮素利用效率（NUE）。然而，很少有研究探讨CRU在再生稻中的作用。再生稻包括头季和再生季水稻，再生季水稻是指头季水稻收获后利用稻桩腋芽生长再次收获的一种水稻种植方式。本研究采用完全随机区组设计对再生稻进行了为期2年的田间试验，阐明了CRU对再生稻产量、NUE和经济效益的影响，为再生稻轻简化和科学施肥提供理论依据。试验设置4个处理：CK（不施氮肥）、FFP（5次撒施尿素）、BF1（一次性基施CRU，2、4和6个月释放周期的CRU混合施用，比例为4:3:3）和BF2（3个月释放周期的CRU与普通尿素作为基肥混合施用，尿素作为促苗肥）。与FFP处理相比，BF1和BF2处理在2019年显著提高了17.47%和15.99%的头季产量，在2020年显著提高了17.91%和16.44%。BF2处理与FFP处理的再生季产量无显著差异，但BF1处理较FFP处理显著提高了14.81%（2019）和12.21%（2020）的再生季产量。与FFP处理相比，BF1和BF2处理显著提高了2年氮肥吸收利用率11.47–16.66、氮肥农学效率27.31–44.49和氮肥偏生产力9.23–15.60%。与FFP处理相比，BF1和BF2处理降低了头季和再生季的垩白粒率和垩白度。能值分析表明，BF处理的生产效率高于FFP处理。BF处理减少了施肥次数和劳动力投入，提高了再生稻的经济效益。与FFP处理相比，BF1和BF2处理分别增加了14.21–16.87和23.76–25.96%的净收入。综上，应鼓励CRU和普通尿素一次性配施，实现再生稻的优质高产和高效的同时减少劳动力投入和表观氮损失。

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利用WGCNA挖掘秦川牛肉质性状关键基因及代谢物 Xue Shen, Quanyu Yang, Rongjun Ao, Shengsheng Gong 2024, 23(9): 3200-3214.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.07.042 摘要 ( )   PDF   探究影响牛肉品质的遗传因素和代谢物分子对提高牛肉品质和满足消费者需求至关重要。肉牛不同部位的肉质特点差异很大，价格也有所不同。因此，本研究旨在评价秦川牛四个不同部位（里脊、外脊、上脑和眼肌）的10个肉质性状，包括总蛋白含量（TPC）、肌内脂肪含量（IMF）、游离脂肪酸 (NEFA)、肉色（L*、a* 和 b*）、剪切力 (SF)、蒸煮损失 (CL)、屠宰后0小时pH（pH0）和屠宰后24小时pH（pH24）。进一步进行转录组和代谢组测序分析，采用加权共表达网络分析（WGCNA）方法探索与性状相关的基因和代谢物模块，构建蛋白-蛋白互作网络（PPI），筛选关键基因和代谢物，以及共同富集的KEGG通路。我们筛选到了3个与肌内脂肪含量（IMF）相关的关键基因（NDUFAB1、NDUFA12和NDUFB7），3个与游离脂肪酸（NEFA）相关的关键基因（CSRP3、ACAA3和ACADVL），1个与肉色相关的关键基因（CREBBP）。本研究为揭示牛不同肌肉部位的差异提供了新的视角，下一步基于本研究筛选到的基因和通路开展深入研究，将有助于改善牛肉品质。

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双碳目标与中国农业：探索影响农民采纳低碳技术行为的关键因素 Jinpeng Zou, Lulin Shen, Fang Wang, Hong Tang, Ziyang Zhou 2024, 23(9): 3215-3233.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.07.016 摘要 ( )   PDF   识别影响农民低碳农业技术采纳的因素，并深入理解其影响，对于中国制定有效的农业“双碳”政策具有重要意义。本研究对122项中国境内的实证研究结果进行meta分析，系统探讨了23个驱动因素在农民低碳农业技术采纳中的效应大小、异质性来源及其随时间累积的效应，旨在解决现有文献中这些驱动因素对技术采纳影响效果不一致的问题。研究结果显示：（1）除了农民农业经验外，其他影响因素对农民低碳农业技术采纳表现出显著的异质性影响效果，异质性的来源主要来源包括调查区域、方法模型、技术属性、报告来源、资金来源以及抽样年份等。（2）年龄、农业经验、采用成本与农民低碳农业技术采纳呈负相关，而教育水平、健康状况、技术培训、经济和福利认知、土地契约、土壤质量、地形、信息获取能力、政府示范、政府促进、政府监管、政府支持、农业合作社成员、同伴效应和农业收入比与农民低碳农业技术采纳呈正相关。特别是，示范、年龄与技术采纳显示出特别强的相关性。（3）示范效应、年龄、经济和福利认知、农业经验、土地契约、土壤质量、信息获取能力、政府推广和支持、以及农业合作社成员和同伴效应对农民低碳农业技术采纳的影响通常保持一致，但随时间有减弱趋势。村干部、家庭收入、农场规模、性别、健康状况、技术培训和非农就业对农民低碳农业技术采纳的影响呈现出明显的时间变化，并且与农民低碳农业技术采纳之间保持弱相关。本研究在指导中国各地制定当前低碳农业政策方面具有重要意义，可帮助政策制定者全面考虑关键因素的稳定性、其他潜在因素、技术属性、农村经济和社会背景及它们之间的相互关系。

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水稻中PROG1的负反馈调节 Jinlin Bao, Jing Huang, Xiaoqing Yang, Xizhi Li, Shengjie Cheng, Wei Huang, Jun Wang, Jian Jin 2024, 23(9): 3234-3237.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.05.006 摘要 ( )   PDF   PROSTRATE GROWTH1 (PROG1)是一个与水稻驯化相关的重要转录因子，在水稻株型和穗型的调控中发挥着重要作用。PROG1过度积累会使植株结构松散，无效分蘖增加，穗减小，穗粒数降低，最终导致产量下降。相反，PROG1积累不足导致昼夜节律核心调节因子OsGI下调进而从多方面影响水稻生理和发育。因此，维持水稻PROG1的稳态至关重要。在本研究中我们揭示了PROG1的负反馈调节机制，PROG1与其自身的启动子直接结合，并负调节其自身的表达，进而达到维持自身稳态的目的此外，我们的研究结果表明，PROG1的反馈调节机制独立于其互作蛋白LA1运作。这些发现为了解水稻驯化相关转录因子PROG1的调控机制提供了有价值的见解。

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羊源产ESBLs威斯康星米勒菌携带新型多重耐药质粒中blaPER-4 和blaOXA-10共存 Xueliang Zhao, Yongqiang Miao, Hongmei Chen, Honghu Shan, Juan Wang, Yang Wang, Jianzhong Shen, Zengqi Yang 2024, 23(9): 3238-3242.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.03.040 摘要 ( )   PDF   威斯康星米勒菌（Moellerella wisconsensis，M. wisconsensis）是一种新发现的潜在人畜共患致病菌，偶尔从人和动物中分离出来。为了解该菌的耐药表型及耐基因特征，本研究从中国西北地区575份羊肛门拭子样本中分离出一株产ESBLs广泛耐药（Extensively drug-resistant, XDR）的威斯康星米勒菌，命名为NX2019MW，采用琼脂平板稀释法进行最低抑菌浓度（Minimal inhibitory concentration, MIC）测定，并且对该菌进行全基因组测序。结果显示，该菌株对磺胺异噁唑、大观霉素、氨苄西林、四环素、氟苯尼考、头孢唑肟、头孢吡肟、头孢噻呋、头孢曲松、头孢克肟、博来霉素和恩诺沙星耐药，仅对美罗培南敏感。基因组分析表明，该菌株含有一条染色体和三个质粒，其中新型质粒pNX2019-MW1大小为219302 bp，且携带blaPER-4 和 blaOXA-10耐药基因。进一步分析表明，ISCR1可以介导全基因组测序（WGS）分析表明，NX2019MW的染色体长度为3437288 bp，含有三个环状质粒。其中，pNX2019-MW1属于新型质粒，长度为219 302 bp（GC含量为47.55%），携带aadB、catB8、blaOXA-10、acc(6´)-Ib、qacEdelta、blaPER-4、sul1和 mph(E)等8个耐药基因。pNX2019-MW1（219 kb）是由质粒 p99101（CP028385.1）和pPROV013-PER（OK500122.1）同源重组而来形成新的质粒。blaPER-4的核心基因结构仍保留在ISEcp1-blaPER-4-gst的保守序列中，通过反向PCR发现，ISCR1可形成环状中间体介导blaPER-4水平传播。结合试验表明，携带ESBLs耐药基因的质粒pNX2019-MW1可在M. wisconsensis和受体菌株J53之间进行水平转移。因此，应加强对羊、人类和环境的中产ESBLs的M. wisconsensis监测，以防止耐药基因沿全链条进行传播。