过刊目录

2024年, 第23卷, 第10期
刊出日期：2024-10-20 上一期   

---

全全选选:

导出引用 EndNote Ris BibTeX

隐藏/显示图片

Select

陆地棉多水平纤维品质性状多效性位点的遗传解析和起源分析 Hongge Li, Shurong Tang, Zhen Peng, Guoyong Fu, Yinhua Jia, Shoujun Wei, Baojun Chen, Muhammad Shahid Iqbal, Shoupu He, Xiongming Du 2024, 23(10): 3250-3263.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.07.030 摘要 ( )   PDF   棉花纤维品质决定着种植效益和棉纺织品的质量，因此受到人们的持续关注。 然而，纤维品质检测仪器的局限性阻碍了对一些重要纤维特性（如纤维成熟度、细度和棉结）的准确评价，进而影响了对棉花纤维的遗传改良和工业化利用。本研究使用高级纤维信息系统仪(AFIS)对383个陆地棉 (Gossypium hirsutum L.) 品种的12个单纤维品质性状进行了检测。 此外，还通过高容量仪器 (HVI) 检测了8种传统纤维品质性状。为了发掘纤维品质性状优异位点及其候选基因，我们相继开展了全基因组关联研究（GWAS）、连锁不平衡（LD）区块基因分型和功能鉴定。结果显示，控制纤维长度相关性状的多效性位点FL_D11在本研究中再次被鉴定到。更重要的是，基于AFIS性状我们鉴定到了调节纤维成熟度、细度和棉结的三个新的多效性位点（FM_A03、FF_A05、FN_A07）。联合 RNA-seq和qRT-PCR 分析，我们筛选出多个纤维品质候选基因，包括已经报道的纤维长度基因GhKRP6、新鉴定的成熟度候选基因GhMAP8 和细度候选基因GhDFR。多效性位点的起源和进化分析表明，随着育种时期的临近，FL_D11、FM_A03和FF_A05的选择压力将增大，而FM_A03和FF_A05可能来源于棉花地方品种。本文研究结果不仅揭示了纤维品质的遗传基础，而且为陆地棉纤维品质的遗传改良和纺织利用提供了新的视角。

Select

锦葵科植物果胶酸裂解酶（PEL）基因家族的全基因组鉴定及其对棉花纤维品质的影响 Qian Deng, Zeyu Dong, Zequan Chen, Zhuolin Shi, Ting Zhao, Xueying Guan, Yan Hu, Lei Fang 2024, 23(10): 3264-3282.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.06.011 摘要 ( )   PDF   果胶是植物细胞壁的主要组成成分之一。果胶酸裂解酶通过 β-消除作用随机切割 α 1,4-糖苷键，产生不饱和的4,5-低聚半乳糖醛酸，导致同聚半乳糖醛酸解聚。然而，有关锦葵科植物中果胶酸裂解酶基因家族的进化与比较分析的研究十分有限。本研究从10个锦葵科植物中鉴定到了597个非冗余的PEL基因家族成员。系统发育树和保守基序分析结果显示，PEL基因家族可分为六个亚家族，分别是：Clade I、II、III、IV、Va和Vb。其中，亚家族Clade I和II中的成员数量最多，分别为237和222个成员。Clade Va和Vb亚家族的PEL基因只包含四到五个Motif，比其他亚家族要少得多。棉花中PEL家族成员主要通过片段复制事件进行扩增。陆地棉和海岛棉中，Clade I、IV、Va和Vb亚家族成员在棉纤维伸长阶段具有较高的表达水平，Clade II和III亚家族中几乎所有PEL成员在本研究中检测的所有纤维发育阶段都没有表达量。在陆地棉和海岛棉群体中通过单基因关联分析，鉴定到14个与纤维长度和强度性状显著相关的GbPELs，而在陆地棉群体中，仅鉴定到8个GhPEL基因与纤维品质性状显著关联。本研究对PEL基因进行全基因组鉴定和比较分析，为该基因在棉纤维品质改良中的潜在利用价值提供了重要支撑。

Select

毛棉衣分有利等位基因qLPA01.1的图谱克隆 Wenwen Wang, Lei Chen, Yan Wu, Xin Guo, Jinming Yang, Dexin Liu, Xueying Liu, Kai Guo, Dajun Liu, Zhonghua Teng, Yuehua Xiao, Zhengsheng Zhang 2024, 23(10): 3283-3293.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.02.011 摘要 ( )   PDF   棉花是世界上重要的天然纤维作物，在我们的日常生活中起着至关重要的作用。提高棉花产量一直是棉花育种的一个重要目标。衣分是决定棉花纤维产量的重要因素之一。在前期研究中，我们利用毛棉染色体片段代换系在A01染色体上初步定位到一个控制衣分的稳定QTL，qLPA01.1。为了精细定位qLPA01.1，本研究通过将毛棉染色体片段代换系HT_390与陆地棉栽培品种CCRI35杂交，建立了一个包含986个单株的F2群体。在QTL区域构建了一张包含47个位点、全长为56.98-cM的高密度遗传图谱，并将qLPA01.1定位到A01染色体上约80kb的区间内，该区间包含6个注释基因。结合转录组和序列分析结果表明， qLPA01.1的目标基因是硫-酰基转移酶蛋白24 (GoPAT24)。这些结果有助于通过标记辅助选择(MAS)提高棉纤维产量，同时也有利于棉花纤维发育机制的解析。

Select

陆地棉R2R3-MYB基因家族表达分析及GhMYB3D5基因在调控黄萎病抗性中的功能研究 Jie Liu, Zhicheng Wang, Bin Chen, Guoning Wang, Huifeng Ke, Jin Zhang, Mengjia Jiao, Yan Wang, Meixia Xie, Yanbin Li, Dongmei Zhang, Xingyi Wang, Qishen Gu, Zhengwen Sun, Liqiang Wu, Xingfen Wang, Zhiying Ma, Yan Zhang 2024, 23(10): 3294-3310.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.07.040 摘要 ( )   PDF   黄萎病（Verticillium wilt, VW）可导致棉花产量大幅下降，提高植物对黄萎病的抗性是一个世界性难题。在作物生长过程中，需要有效地分配有限的能量资源以平衡生长和防御。目前，鲜有特异性对大丽轮枝菌作出响应的转录因子及其分子机制被报道。本研究发现，与其他类型的MYB转录因子相比，棉花中大部分R2R3型MYB转录因子在受到V. dahliae侵染后发生显著的表达变化。其中，一种新的R2R3-MYB转录因子GhMYB3D5特异性响应V. dahliae的侵染。在没有V. dahliae存在的情况下，GhMYB3D5在15种棉花组织中均不表达；在植株被V. dahliae侵染下，该基因被显著诱导表达。本研究明确了GhMYB3D5正向调控棉花黄萎病的功能及其抗性机制：在植株感染V. dahliae后，上调表达的GhMYB3D5转录因子结合GhADH1基因的启动子，并激活GhADH1基因的表达；并且GhMYB3D5转录因子与GhADH1蛋白可发生物理相互作用，从而进一步增强了GhMYB3D5对其靶基因GhADH1的转录激活强度。进一步发现转录调控模块GhMYB3D5-GhADH1通过提高植株木质素生物合成相关基因（GhPAL、GhC4H、Gh4CL和GhPOD/ GhLAC）的转录水平促进木质素积累，从而增强植株对VW的抗性。综上所述，本研究结果表明GhMYB3D5促进了防御诱导的木质素的积累，该调控方式认为是协调植物免疫和生长的有效方式。

Select

提高富甘氨酸蛋白编码基因GhGRPL的表达可以通过促进次生壁的发育增强植物对非生物和生物胁迫的抗性 Wanting Yu, Yonglu Dai, Junmin Chen, Aimin Liang, Yiping Wu, Qingwei Suo, Zhong Chen, Xingying Yan, Chuannan Wang, Hanyan Lai, Fanlong Wang, Jingyi Zhang, Qinzhao Liu, Yi Wang, Yaohua Li, Lingfang Ran, Jie Xiang, Zhiwu Pei, Yuehua Xiao, Jianyan Zeng 2024, 23(10): 3311-3327.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.05.025 摘要 ( )   PDF   非生物和生物胁迫因子均对植物的生存、生物量生成和作物产量产生不利影响。随着全球可耕地的减少和全球变暖影响的加剧，这些胁迫因子对农业生产力的冲击将会日益严重。目前，全面增强植物对非生物和生物胁迫因子的抗性仍然充满挑战。次生壁在增强植物的抗胁迫能力中起着至关重要的作用。为了通过遗传操纵次生壁增加植物的抗胁迫能力，我们从棉花纤维中克隆了一个名为类富甘氨酸蛋白（GhGRPL）的细胞壁蛋白，该蛋白在纤维细胞次生壁合成期间特异性表达。值得注意的是，该蛋白质与其拟南芥同源蛋白AtGRP不同，其富甘氨酸结构域缺失部分甘氨酸残基。GhGRPL参与次生壁的沉积，上调GhGRPL的表达可以促进木质素的积累，从而增加次生壁的厚度，进而增强植物对包括干旱和盐胁迫在内的非生物胁迫因子以及包括大丽轮枝菌（V. dahliae）侵染在内的生物胁迫的抵抗力。相反，干扰棉花中GhGRPL的表达会减少木质素的积累并削弱这种抗性。总之，我们的研究结果揭示了GhGRPL在调控次生壁发育中的作用，特别是通过影响木质素的沉积，从而增强细胞壁的坚固性和不透水性方面。这些发现突显了将来利用GhGRPL在提高植物应对非生物和生物胁迫抗性中的前景。

Select

棉花乙烯转录因子GhERF91参与黄萎病菌的防御反应 Nurimanguli Aini, Yuanlong Wu, Zhenyuan Pan, Yizan Ma, Qiushuang An, Guangling Shui, Panxia Shao, Dingyi Yang, Hairong Lin, Binghui Tang, Xin Wei, Chunyuan You, Longfu Zhu, Dawei Zhang, Zhongxu Lin, Xinhui Nie 2024, 23(10): 3328-3342.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.07.022 摘要 ( )   PDF   棉花黄萎病使棉花生产受到重大损失。为了揭示棉花响应黄萎病的防御机制，本研究利用棉花品系M138（抗黄萎病）和P2（感黄萎病）进行了转录组分析。结果显示，在M138和P2中分别有11076个和6640个差异表达基因响应黄萎病菌的侵染。利用加权基因共表达网络分析方法对4633个差异表达转录因子进行共表达分析发现，一个与黄萎病菌的抗性反应密切相关的“MEblue”模块，该模块包含654个转录因子。并在这些差异表达转录因子中，发现了参与黄萎病防御反应的关键基因乙烯转录因子GhERF91。进一步，通过病毒诱导的基因沉默实验和外源乙烯利处理分析发现，GhERF91受乙烯诱导表达，并正调控棉花对黄萎病菌的响应。本研究提供了棉花响应黄萎病侵染的转录组数据，同时鉴定了与黄萎病抗性相关的关键基因GhERF91，为选育抗黄萎病的棉花品种提供了的遗传资源。

Select

GhWRKY75通过结合W-box TTGAC(C/T)正向调控GhPR6-5b基因表达和棉花黄萎病抗性反应 Qichao Chai, Meina Zheng, Yanli Li, Mingwei Gao, Yongcui Wang, Xiuli Wang, Chao Zhang, Hui Jiang, Ying Chen, Jiabao Wang, Junsheng Zhao 2024, 23(10): 3343-3357.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.05.017 摘要 ( )   PDF   黄萎病是棉花生产中的主要真菌病害，严重影响了棉花产量和品质，因此挖掘棉花黄萎病抗性关键基因具有重要的理论意义和生产应用价值。蛋白酶和蛋白酶抑制剂在植物防卫反应中具有重要的作用，然而蛋白酶抑制剂PR6基因家族的功能和调节机制相关研究少有报道。本研究首先对棉花PR6基因家族进行了全基因组鉴定分析，该基因家族属于马铃薯蛋白酶抑制剂I家族，在亚洲棉、雷蒙德氏棉、海岛棉和陆地棉中共鉴定出39个PR6基因，系统发育分析将PR6基因分为4个组；通过黄萎病诱导表达分析和类病变突变体Ghlmm转录组数据分析，挖掘到了黄萎病抗性关键基因GhPR6-5b，并发现利用病毒诱导的基因沉默技术将PR6-5b沉默后，棉花对黄萎病菌V991更加敏感；进一步研究发现GhWRKY75通过结合GhPR6-5b启动子的W-box  TTGAC（T/C），正向调节基因表达和棉花黄萎病抗性反应。本研究为棉花抗黄萎病分子机制研究和遗传改良提供了基因资源和理论基础。

Select

寄主诱导的大丽轮枝菌硫胺素转运蛋白基因（VdThit）沉默增强棉花对黄萎病的抗性 Qi Wang, Guoqiang Pan, Xingfen Wang, Zhengwen Sun, Huiming Guo, Xiaofeng Su, Hongmei Cheng 2024, 23(10): 3358-3369.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.03.024 摘要 ( )   PDF   黄萎病是由土传真菌大丽轮枝菌引起的，并且对多种作物都会构成极大威胁。利用分子育种技术创制高抗黄萎病的棉花品种是防治棉花黄萎病最有效的措施之一。在本研究中，我们利用寄主诱导的基因沉默技术，通过向棉花体内导入靶向大丽轮枝菌硫胺素转运蛋白基因（VdThit）的双链RNA，获得了两个稳定遗传的棉花转基因株系VdThit-RNAi-1和VdThit-RNAi-2。Southern印迹杂交的结果显示其均为单拷贝插入。对大丽轮枝菌Vd-mCherry侵染后的棉花根部进行显微观察，与野生型相比，转VdThit-RNAi基因植株根部病原菌的定殖显著减少，并且病情指数和真菌生物量也明显降低。实时定量PCR结果表明，在VdThit-RNAi棉花中，随着接种时间的延长，VdThit基因的表达受到显著抑制。小RNA测序结果进一步揭示了转VdThit-RNAi基因棉花中产生了大量靶向沉默VdThit基因的特异siRNA。此外，siVdThit靶向沉默VdThit基因会导致大丽轮枝菌中参与硫胺素生物合成途径的多个关键基因表达量显著升高。在田间条件下，转VdThit-RNAi基因棉花的抗病性和产量显著高于野生型植株。综上所述，我们的研究成果表明：利用寄主诱导的基因沉默技术靶向沉默VdThit基因，可抑制大丽轮枝菌在棉花中的致病力，为通过分子育种方法创制高抗黄萎病棉花新材料提供了新的策略和思路。

Select

非典型蛋白激酶基因GhABC1K2-A05和GhABC1K12-A07的敲低使棉花对盐和PEG胁迫更敏感 Caixiang Wang, Meili Li, Dingguo Zhang, Xueli Zhang, Juanjuan Liu, Junji Su 2024, 23(10): 3370-3386.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.01.035 摘要 ( )   PDF   bc1复合体激酶（ABC1K）是一种非典型蛋白激酶(aPK)，在植物线粒体或质体胁迫反应中起着至关重要的作用，但ABC1Ks在棉花（Gossypium spp.）中对胁迫的反应知之甚少。我们在陆地棉（Gossypium hirsutum L.）中验证了40个ABC1K基因，发现GhABC1K基因不均匀地分布在17条染色体上。GhABC1K家族成员包含35对同源基因，并通过片段复制进行扩增，其启动子序列包含多种与激素或应激反应相关的顺式调控元件。qRT-PCR结果显示，暴露于不同的胁迫下，大多数GhABC1K基因上调表达。至少三种胁迫处理上调了GhABC1K2-A05和GhABC1K12-A07的表达。通过病毒诱导的基因沉默（VIGS）进一步对这些基因进行了功能分析。与对照相比，在NaCl和PEG胁迫下，GhABC1K2-A05-和GhABC1K12-A07沉默棉花植株的丙二醛（MDA）含量升高，过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）活性降低，叶绿素和可溶性糖含量降低。此外，胁迫后应激标记基因（GhDREB2A、GhSOS1、GhCIPK6、GhSOS2、GhWRKY33和GhRD29A）在GhABC1K2-A05-和GhABC1K12-A07沉默植株中的表达显著下调。结果表明，GhABC1K2-A05和GhABC1K12-A07基因的敲低使棉花对盐和PEG胁迫更加敏感。这些发现可以为深入研究GhABC1K基因在棉花对非生物胁迫的响应和抗性中的作用提供有价值的信息。

Select

外源褪黑素通过促进根系发育和减少根系损伤提高干旱胁迫下棉花的产量 Lingxiao Zhu, Hongchun Sun, Ranran Wang, Congcong Guo, Liantao Liu, Yongjiang Zhang, Ke Zhang, Zhiying Bai, Anchang Li, Jiehua Zhu, Cundong Li 2024, 23(10): 3387-3405.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.04.011 摘要 ( )   PDF   灌根法施用外源褪黑素是提高作物抗旱能力的有效途径。然而，灌根法施用褪黑素的最佳浓度以及其诱导棉花（Gossypium hirsutum L.）耐旱性的生理机制仍不清楚。本研究旨在确定灌根法施用褪黑素的最佳浓度，并探讨褪黑素对棉花根系的保护作用。结果表明，50 μmol·L-1的褪黑素效果最佳，能显著减轻干旱对棉花幼苗生长的抑制作用。外源褪黑素显著增加棉花根系的长度、投影面积、表面积、体积、直径和生物量，从而促进干旱胁迫下棉花根系的发育。褪黑激素还可以提高干旱胁迫下的光合能力，并通过调节激素合成基因的表达调控内源激素含量。褪黑素提高了干旱胁迫下抗氧化酶的活力和非酶抗氧化物的含量，降低活性氧和丙二醛的积累，从而减少了干旱胁迫对棉花根系的损害（如线粒体损伤）。此外，褪黑激素缓解了干旱胁迫造成的产量和纤维长度的下降。总之，上述结果阐明了灌根施用外源褪黑素通过促进根系发育和减少干旱胁迫造成的根系损伤来提高棉花产量。综上所述，本研究为通过灌根法在大田中应用褪黑素提供了基础。

Select

全基因组关联分析挖掘陆地棉苗期根系形态相关性状优异位点和候选基因 Huaxiang Wu, Xiaohui Song, Muhammad Waqas-Amjid, Chuan Chen, Dayong Zhang, Wangzhen Guo 2024, 23(10): 3406-3418.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.03.037 摘要 ( )   PDF   根系结构在植物获取水分和养分方面发挥着至关重要的作用，同时在植物适应各种环境胁迫方面扮演关键的角色。本研究利用242份陆地棉材料，研究了棉花幼苗期的6个根系形态特征，包括主根长（MRL）、根系鲜重（RFW）、总根长（TRL）、根表面积（RSA）、根体积（RV）和根平均直径（AvgD）。相关性分析表明，TRL与RSA、RV与RSA和AvgD呈正相关，而TRL与AvgD呈显著负相关。利用实验室前期鉴定的该套材料含56，010个单核苷酸多态性（SNPs）位点的基因型数据，结合根表型数据进行了全基因组关联分析（GWAS）。共鉴定出41个数量性状位点（QTLs），其中与MRL相关的QTL 9个、RFW 6个、TRL 9个、RSA 12个、RV 12个、AvgD 2个。有8个QTLs在两个或多个性状上被重复检测到。结合转录组数据分析，在这些QTLs区间筛选到17个在根组织中高表达（TPM值≥ 30）的候选基因。进一步对一个编码包含WPP结构域、具有调节根系发育功能的候选基因GH_D05G2106进行了功能验证，病毒诱导基因沉默（VIGS）试验表明，降低GH_D05G2106的表达显著抑制棉花根系发育，表明其在根系形态建成中具有正调节作用。研究结果为棉花根系发育生物学和根系相关育种研究提供了理论依据和候选基因。

Select

优化棉花Bt蛋白浓度：外源氨基酸和EDTA协同调节降低铃叶Bt毒素的时空差异 2024, 23(10): 3419-3436.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.03.029 摘要 ( )   PDF   结铃期棉铃杀虫蛋白表达量最低、不同器官抗虫性的显著差异给防治棉铃虫带来了挑战。为此，2020-2021年棉花生长期，设计了蛋白质合成增强和降解减弱的协同调节试验研究。以两个陆地棉品种（Bt棉抗虫杂交种泗抗3号和常规种泗抗1号）为试验材料，设置了于盛花期喷施的3个处理：CK（对照，清水）、T1（氨基酸）和T2（氨基酸和EDTA）。结果表明，与CK相比，T1和T2处理显著增加了棉铃及其对位叶Bt蛋白含量，棉铃最大增幅达67.5%，叶片达21.7%。此外，棉铃与其对位叶间Bt蛋白含量差异减少了31.2%。相关分析推断与蛋白质合成提高、蛋白质分解减弱从而增强Bt蛋白含量的主要生理机制与Bt基因表达水平无关。逐步回归和通径分析揭示了：提高的可溶性蛋白含量和转氨酶活性、降低的蛋白质分解酶活性是Bt蛋白含量提高的主要原因。因此，氨基酸和EDTA的协同应用可成为能够提高Bt棉花整株抗虫性并降低棉铃和叶片间Bt毒素表达时空差异的一种调节手段。

Select

EPSPS通过打破棉花中木质素和类黄酮生物合成的平衡来调节细胞伸长 Qingdi Yan, Wei Hu, Chenxu Gao, Lan Yang, Jiaxian Yang, Renju Liu, Masum Billah, Yongjun Lin, Ji Liu, Pengfei Miao, Zhaoen Yang, Fuguang Li, Wenqiang Qin 2024, 23(10): 3437-3456.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.11.002 摘要 ( )   PDF   EPSPS是莽草酸合成途径中的关键基因，已被广泛用于培育抗除草剂作物。然而，它在调节细胞伸长中的作用却知之甚少。通过过表达EPSPS基因，我们产生了对草甘膦有抗性的品系，表现出意想不到的矮化表型。代表性品系DHR1在其整个生长期表现出稳定的矮化表型。除株高外，DHR1的其他农艺性状与其转基因外植体ZM24相似。石蜡切片实验表明，由于节间细胞的伸长和分裂减少，导致DHR1节间缩短。外源激素恢复实验证实DHR1不是典型的BR或GA相关的矮化突变体。杂交分析和精细定位证实了EPSPS基因是矮化的因果基因，并且该表型可以在不同的基因型中遗传。转录组和代谢组分析显示，与ZM24相比，苯丙烷合成途径相关的基因在DHR1中富集。类黄酮代谢物在DHR1中富集，而木质素代谢物减少。黄酮类化合物的增加可能导致生长素信号通路基因的差异表达，并改变生长素反应，从而影响细胞伸长。这项研究提供了一种新的矮化策略，并将加速棉花栽培的轻型化和机械化收获的改进。

Select

GbLMI1过表达促进棉花地上部营养生长 Zhili Chong, Yunxiao Wei, Kaili Li, Muhammad Aneeq Ur Rahman, Chengzhen Liang, Zhigang Meng, Yuan Wang, Sandui Guo, Liangrong He, Rui Zhang 2024, 23(10): 3457-3467.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.05.037 摘要 ( )   PDF   棉花叶片是光合作用和有机物质合成的主要场所。叶形对光合效率和冠层形成具有重要影响，进而影响棉花产量。研究表明LMI1是调控叶形的关键基因。本研究利用35S启动子构建LMI1基因过表达载体，转化至棉花并获得了LMI1过表达植株。对过表达T1和T2代植株田间性状统计分析，发现过表达植株叶片显著增大、茎变粗和干重显著增加。叶脉和叶柄的徒手切片观察发现过表达植株细胞数量显著增加。此外，转录组分析发现赤霉素合成通路和NAC基因家族相关的基因差异表达，推测LMI1参与了细胞壁形成和细胞增殖，进而促进了茎变粗。GO富集分析在钙离子结合条目，KEGG富集分析在脂肪酸降解、磷脂酰肌醇信号转导系统和cAMP信号途径通路。结果表明，LMI1过表达植株响应赤霉素信号，通过第二信使信号（cAMP，CA2+），进而增强功能，促进植物营养生长。本研究为探究LMI1促进棉花营养生长，进而提高产量提供理论基础。

Select

利用CRISPR/Cas9系统敲除GhPDCT基因以提高棉籽油中的油酸含量 Tingwan Li, Lu Long, Yingchao Tang, Zhongping Xu, Guanying Wang, Man Jiang, Shuangxia Jin, Wei Gao 2024, 23(10): 3468-3471.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.07.030 摘要 ( )   PDF   棉花不仅是重要的天然纺织纤维作物，也是一种重要的食用油来源。棉籽油中约含14%的油酸和59%的亚油酸。提高油酸含量有助于增强棉籽油的氧化稳定性和营养价值。磷脂酰胆碱:二酰基甘油胆碱磷酸转移酶(PDCT)是调控磷脂酰胆碱与二酰基甘油转化的关键酶。本研究克隆了四个棉花PDCT同源基因，分别命名为GhPDCT1-4。发现GhPDCT3和GhPDCT4几乎不表达，而GhPDCT1在棉籽油分积累时期显著上调。利用CRISPR/Cas9系统同时敲除序列高度相似的GhPDCT1和GhPDCT2基因后，ghpdct突变体种子中油酸含量从野生型的14.46%增加到16.49%，而亚油酸含量从59.98%减少到52.83%。此外，ghpdct种子中的棕榈酸和硬脂酸含量也有所增加。本研究获得了油酸含量提高的新型棉籽油种质，有望提升棉花作为油料作物的经济和营养价值，推动棉花产业的升级。

Select

基于BSA-seq和QTL定位挖掘棉花早熟相关性状候选基因 Liang Ma, Tingli Hu, Meng Kang, Xiaokang Fu, Pengyun Chen, Fei Wei, Hongliang Jian, Xiaoyan Lü, Meng Zhang, Yonglin Yang 2024, 23(10): 3472-3486.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.04.024 摘要 ( )   PDF   培育早熟棉品种是提高我国复种指数、缓解粮棉争地矛盾的有效途径。本研究旨在挖掘与棉花早熟性状相关的数量性状位点（QTL）和候选基因，包括全生育期（WGP）、开花时间（FT）、第一结果枝节位（NFFB）、第一果枝节位高度（HNFFB）和株高（PH）。以早熟棉品种中棉所50和晚熟棉品种国欣棉11为亲本分别在2020年和2021年构建得到两个F2分离群体，用于BSA-seq和QTL定位。在2020年，基于F2分离群体的表型数据，构建极端混池进行BSA-seq测序，分析发现早熟相关性状的候选区间位于D03染色体上。为进一步缩小候选区间，我们开发得到22个多态性InDel标记，在2020年和2021年群体中分别检测到5个和4个早熟性状相关的QTL位点，这些QTL位于两个候选区域内（InDel_G286-InDel_G144和InDel_G24-InDel_G43）。两个候选区间内，三个基因（GH_D03G0451、GH_D03GO649和GH_D03G1180）的外显子在两个亲本中存在非同义突变，一个基因（GH_D03G0450）的上游序列在两个亲本中存在SNP变异。上述四个基因在花器官中均具有较高的表达。在花芽分化阶段，GH_D03G0451、GH_D03GO649和GH_D03G1180在中棉所50中的表达量显著高于国欣棉11，而GH_D03G0450则表现出相反的趋势。对GH_D03G0451的进一步功能验证显示沉默GH_D03GO451的植株表现出开花延迟。本研究将为棉花早熟分子改良提供理论支撑和基因资源。

Select

棉花和拟南芥中的果胶甲基酯酶抑制因子GhPMEI53和AtPMEI19通过调节细胞壁可塑性促进种子萌发 Yayue Pei, Yakong Wang, Zhenzhen Wei, Ji Liu, Yonghui Li, Shuya Ma, Ye Wang, Fuguang Li, Jun Peng, Zhi Wang 2024, 23(10): 3487-3505.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.03.036 摘要 ( )   PDF   果胶甲酯酶(PME)和果胶甲酯酶抑制子(PMEI)通过拮抗方式调控果胶甲酯化程度，在种子萌发中发挥了重要作用，但其中的具体调控机制尚不明晰。我们的研究表明，棉花GhPMEI53的过表达导致PME活性降低，果胶甲酯化程度增加，进而使种子细胞壁软化，最终促进了种子的萌发。GhPMEI53在拟南芥中的同源基因AtPMEI19在种子萌发过程中具有相似的作用，这说明PMEI在种子萌发中的功能和调控机制具有一定的保守性。进一步研究表明GhPMEI53和AtPMEI19促使细胞壁变软，降低其机械强度，从而直接促进胚根突破和种子萌发。通过转录组测序发现，转基因材料中ABA和GA的信号通路发生了显著变化，表明GhPMEI53和AtPMEI19介导的果胶甲酯化过程影响了种子萌发中的激素信号转导。综上所述，GhPMEI53及其同源基因AtPMEI19不仅通过调控果胶甲酯化程度改变细胞壁的力学特性影响胚根突破胚乳和种皮的过程，还通过调控激素信号通路(如ABA, GA)影响种子萌发。这些结果丰富了我们对果胶甲酯化在植物细胞形态动力学和激素信号转导中的认识，也有助于对植物PME/PMEI超基因家族作用机制的全面了解。

Select

西瓜乙烯响应因子Enhancer of Shoot Regeneration 2 (ESR2)调控西瓜花粉成熟和活力 Hu Wang, Lihong Cao, Yalu Guo, Zheng Li, Huanhuan Niu 2024, 23(10): 3506-3521.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.05.032 摘要 ( )   PDF   西瓜（Citrullus lanatus）作为一种具有高经济价值和营养价值的水果，在全球的水果生产和消费中具有重要意义。探索西瓜雄性生殖发育的调控网络，对开发雄性不育材料和促进西瓜杂交育种具有重要意义。虽然西瓜雄性生殖发育的调控机制对于研究西瓜雄性不育具有重要意义，但目前的相关研究仍较为缺乏。在本研究中，我们确定了APETALA2/乙烯响应因子(AP2/ERF)超家族中VIIIb亚类成员ClESR2是花粉后期发育的关键因子。RNA原位杂交证实，ClESR2在花药发育后期的绒毡层和未成熟的花粉中有显著的表达。进一步的研究发现ClESR2转基因植株的花粉在发育后期表现出形态和活力上的重大缺陷。RNA-seq和蛋白互作分析证实，ClESR2通过在转录和蛋白水平上对绒粘层降解和花粉成熟的相关通路和因子进行调控，影响花粉形态和育性。总之，本研究证实西瓜ClESR2在维持西瓜花粉成熟和活力中起到重要作用。本研究有助于进一步解析西瓜雄性生殖发育过程，为开发西瓜雄性不育材料提供理论依据。

Select

LRR-RLK基因启动子自然变异位点与甜瓜种子大小相关 Xiaoxue Liang, Jiyu Wang, Lei Cao, Xuanyu Du, Junhao Qiang, Wenlong Li, Panqiao Wang, Juan Hou, Xiang Li, Wenwen Mao, Huayu Zhu, Luming Yang, Qiong Li, Jianbin Hu 2024, 23(10): 3522-3536.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.07.012 摘要 ( )   PDF   种子大小是甜瓜中一个重要的农艺性状，直接影响种子萌发及幼苗生长。然而，关于甜瓜种子大小的遗传机制尚不清楚。在本研究中，我们采用BSA-seq方法在第6号染色体上鉴定到与种子大小相关的候选区域（约1.35 Mb）。该区域被三个不同环境下的F2群体的种子大小相关性状QTL定位所证实。QTL定位结果鉴定到9个QTL，将其在第6号染色体上的重叠区域命名为qSS6.1。在qSS6.1区段开发新的InDel标记并对大分离群体进行基因分型，最终将目标区段精细定位到68.35 kb区间内，该区间包含8个注释基因。对候选基因的序列进行分析发现，一个注释为富含亮氨酸重复序列型(LRR)类受体蛋白激酶（LRR-RLK）的MELO3C014002基因的启动子区域中存在一个C到T的碱基突变。该突变影响了MELO3C014002基因启动子活性，且能够准确区分大籽型材料（C等位基因）和小籽型材料（T等位基因）。qRT-PCR分析表明该候选基因在两个亲本不同组织中的表达量存在显著差异。该基因的预测蛋白具有典型的LRR-RLK家族结构域，系统发育分析表明它与不同物种的同源基因具有相似性。综上可知，多方面研究结果表明候选基因MELO3C014002可能参与调控甜瓜种子大小。本研究结果有助于理解甜瓜种子大小调控机制，为通过分子育种方法改良该性状奠定了基础。

Select

黄皮基因组揭示生物碱多样性和甲基转移酶基因家族进化特征 Yongzan Wei, Yi Wang, Fuchu Hu, Wei Wang, Changbin Wei, Bingqiang Xu, Liqin Liu, Huayang Li, Can Wang, Hongna Zhang, Zhenchang Liang, Jianghui Xie 2024, 23(10): 3537-3553.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.07.043 摘要 ( )   PDF   黄皮（Clausena lansium）是一种重要的常绿果树，原产于我国华南地区，其药用价值具有悠久的历史。本研究构建了黄皮（C. lansium）染色体水平基因组，其大小为282.9 Mb，scaffold N50达到30.75 Mb。组装后的基因组包含48.70%的重复元件和24,381个蛋白质编码基因。比较基因组分析表明：黄皮（C. lansium）在约1591 - 2495万年前从柑橘亚科（Aurantioideae）分化而来。在扩张和特有基因中，鉴定出一批与甲基转移酶活性和S-腺苷蛋氨酸依赖性甲基转移酶活性相关的基因。进一步分析表明，N-甲基转移酶（NMT）主要参与生物碱的合成，而O-甲基转移酶（OMT）则参与黄皮香豆素积累的调控，推测黄皮富含生物碱和香豆素的重要原因可能由于NMT和OMT的基因扩张所致，其中串联重复事件是NMT扩展的主要原因。因此，黄皮（C. lansium）参考基因组发布将推动黄皮资源药用化合物发掘及其生物合成通路解析

Select

基于KVA和GR-ARNet的香蕉叶病识别 Jinsheng Deng, Weiqi Huang, Guoxiong Zhou, Yahui Hu, Liujun Li, Yanfeng Wang 2024, 23(10): 3554-3575.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.11.037 摘要 ( )   PDF   据世界粮食及农业组织统计，香蕉是世界第二大水果作物，也是贸易量和消费量最大的水果之一，它们在热带和亚热带国家被广泛种植。香蕉叶斑病、香蕉灰纹病和香蕉拟盘多毛菌病等香蕉叶病有可能对香蕉生产造成严重影响。在香蕉叶病检测中，存在着香蕉叶图像噪声干扰和蕉叶疾病具有相似性等问题的干扰，利用机器视觉和神经网络识别香蕉叶病仍然具有挑战性。针对上述问题，本文提出了一种新的方法来识别香蕉叶病。首先，提出一种名为K-scale VisuShrinkd algorithm (KVA)的新型算法对香蕉叶片图像进行去噪，该算法在半软阈值和中程阈值的基础上引入新的分解尺度k，获得理想的阈值解，并用新建立的阈值函数进行替代，从而达到图像降噪的效果，得到噪声较小的香蕉叶片图像。然后，本文在Resnet50网络架构的基础上提出了一种香蕉叶病识别的新型网络，称为 Ghost ResNeSt-Attention RReLU-Swish Net (GR-ARNet)。其中，引入Ghost模块处理蕉叶病信息的冗余特征图，有利于网络对输入特征图信息全面理解，提高网络提取蕉叶病害深度特征信息的效率和识别速度；采用ResNeSt模块调整各通道的权重，增强蕉叶病有用特征信息的通道，抑制注意学习中噪声信息的通道，增强网络对深度特征的识别能力，提高蕉叶病特征提取能力，从而获取到详细的蕉叶病斑特征图，降低相似病害识别的错误率；利用RReLU和Swish的混合激活函数加快模型的训练速度，提高网络的泛化能力。本文提出的模型对13021张香蕉叶病图像的平均准确率为96.98%，精确率为89.31%，每秒内可以处理的香蕉叶图像为83张。实验结果表明，本文提出的模型具有较高的识别精度和识别速度，在农业病害防治中具有重要的应用价值。

Select

气候变化条件下马铃薯孢囊线虫分布北移的机器学习集成模型预测 Yitong He, Guanjin Wang, Yonglin Ren, Shan Gao, Dong Chu, Simon J. McKirdy 2024, 23(10): 3576-3591.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.08.001 摘要 ( )   PDF   马铃薯孢囊线虫（PCNs）是马铃薯生产的重大威胁，在许多国家造成了严重危害。鉴于气候变化对害虫入侵和分布模式的深远影响，预测PCNs在未来气候条件下的分布对于实施有效的生物安全战略至关重要。机器学习（ML），特别是集成模型，凭借其从复杂数据集中学习和预测的能力，已成为预测物种分布的强大工具。本研究旨在利用机器学习技术预测气候变化背景下的PCNs分布，为其入侵风险评估提供科学依据。为确保预测的准确性，我们首先利用全球气候模型生成一致的气候预测因子，以消除因预测因子差异带来的不确定性。然后，使用5个机器学习算法分别构建单算法集成模型（ESA）和多算法集成模型（EMA），并对模型进行训练和评价。模型评价结果表明：EMA模型并非总是优于ESA模型；人工神经网络算法构建的ESA模型在节约算力的同时，获得最优的预测效果。模型预测结果表明：热带地区PCNs的分布范围呈北移趋势，热带地区面积减少，北纬地区面积增加。尽管全球适生区域的总面积变化不大，约占陆地总面积的16-20%（目前为18%），但这一分布变化仍可能对马铃薯生产产生重大影响。因此，生产者和管理者需要密切关注这一趋势，并采取相应措施来应对潜在的生物安全挑战。本研究不仅为评估PCNs侵入新地区的风险提供了科学依据，还为跟踪其他入侵物种分布变化提供了参考模型。利用机器学习技术预测物种分布变化，可以更好地了解气候变化对物种分布的影响，从而制定更有效的生物安全控制计划，有助于应对未来气候变化带来的挑战。

Select

土壤微生物群落、养分供应和作物产量在小麦‒玉米轮作体系中对钾肥梯度的不同响应 Zeli Li, Fuli Fang, Liang Wu, Feng Gao, Mingyang Li, Benhang Li, Kaidi Wu, Xiaomin Hu, Shuo Wang, Zhanbo Wei, Qi Chen, Min Zhang, Zhiguang Liu 2024, 23(10): 3592-3609.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.01.031 摘要 ( )   PDF   土壤微生物在生态系统功能中起着重要的作用。然而，钾肥施肥量梯度对小麦‒玉米轮作体系中土壤微生物群落的相对影响尚不清楚。在这项长期田间定位试验中（2008-2019），我们研究了土壤中细菌和真菌的多样性、组成和群落组合，沿着钾肥施肥量梯度（小麦季：K0，K1，K2，K3；不施钾肥，45，90，135 kg ha−1 K2O；玉米季：K0，K1，K2，K3；不施钾肥，150，300，450 kg ha−1 K2O），利用细菌16S rRNA和真菌ITS测序分析。研究发现，年平均土壤温度和降水量、速效钾、铵态氮、硝态氮和有机质等环境变量对土壤细菌和真菌群落有影响，且其影响因施肥和作物种类不同而存在差异。此外，小麦季参与土壤养分转化的细菌（放线菌门和α变形菌门）的相对丰度较玉米季显著增加，最佳钾肥施肥量（K2处理）提高了小麦季土壤养分转化相关细菌（乳酸杆菌属）和土壤反硝化相关细菌（变形菌门）的相对丰度。玉米季中促进根系生长和养分吸收的土壤细菌群落（Herbaspirillum属）丰度较小麦季有所提高，K2处理提高了玉米季土壤养分转化相关（MND1属）和土壤氮循环相关（Nitrospira属）的细菌丰度。结果表明，小麦‒玉米轮作体系下细菌和真菌群落在钾肥施肥量梯度上表现出不同的敏感性和组装机制，其中土壤微生境对作物产量的影响最大，钾肥的施用使小麦和玉米产量分别提高了11.2-22.6%和9.2-23.8%。这些模式受不同气象因子和施钾量梯度下土壤养分变化的共同影响。

Select

综合农艺管理下夏玉米的水足迹和氮足迹分析 Ningning Yu, Bingshuo Wang, Baizhao Ren, Bin Zhao, Peng Liu, Jiwang Zhang 2024, 23(10): 3610-3621.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.03.061 摘要 ( )   PDF   水足迹和氮足迹（WF和NF）可全面的反映水分消耗和活性氮（Nr）损失的类型和数量。本试验以传统农户的管理方式（T1）为对照，设置了三个综合农艺管理处理（IAPM）：优化管理处理（T2）、超高产处理（T3）和土壤-作物综合管理处理（ISCM），研究综合农艺管理对夏玉米生产的水足迹、活性氮损失、水分利用效率（WUE）和氮素利用效率（NUE）的影响。研究结果表明，IAPM可优化土壤水分分布，促进夏玉米水分吸收与利用。在整个玉米生长期，虽然IAPM的蒸散量增加，但产量增加更多，导致WUE显著增加。与T1相比，T2、T3和ISCM的WUE分别显著增加19.8-21.5%、31.8-40.6%和34.4-44.6%。IAPM的WF降低，其中ISCM的WF最低，比T1降低31.0%。此外，IAPM还能优化土壤全氮（TN）的分布，显著增加耕作层的TN含量。然而，T3为获得高产施用过量的氮肥，导致氮素损失最高。相比之下，ISCM在部分牺牲粮食产量的基础上降低氮肥施用量，减少氮素损失，最终氮素利用效率和氮素回收率显著提高。与T1相比，ISCM的氮损失率降低34.8%，氮利用效率显著提高56.8-63.1%。因此，综合考虑产量、WUE、NUE、WF和NF，ISCM为更可持续和清洁的夏玉米可持续生产系统。