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小麦TaCLC-e-3AL基因功能分析及互作蛋白鉴定

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植物营养与肥料学报 2024年第5期30卷 835-847页

作者：宋腾钊毛培钧杨瑞鹏李冰冰刘腾飞谢玉民李妍珂袁梦营程西永许海霞神农种业实验室/河南农业大学农学院/省部共建小麦玉米作物学国家重点实验室河南郑州450002

【目的】分析小麦氯离子通道TaCLC-e-3AL基因功能并鉴定其互作蛋白,以解析TaCLC-e-3AL参与小麦响应低氮胁迫的作用机制。【方法】以拟南芥AtCLC-e氨基酸序列为参考序列,通过BlastP对小麦基因组数据库进行比对,获得TaCLC-e-3AL(TraesCS3A... 详细信息

【目的】分析小麦氯离子通道TaCLC-e-3AL基因功能并鉴定其互作蛋白,以解析TaCLC-e-3AL参与小麦响应低氮胁迫的作用机制。【方法】以拟南芥AtCLC-e氨基酸序列为参考序列,通过BlastP对小麦基因组数据库进行比对,获得TaCLC-e-3AL(TraesCS3A02G253600)、TaCLC-e-3B(TraesCS3B02G285500)和TaCLC-e-3DL(TraesCS3D02G254500)3个基因,分析其基因结构和系统进化关系。将TaCLC-e-3AL-p1300-GFP融合蛋白表达载体转化至小麦原生质体中,分析TaCLC-e-3AL的亚细胞定位特征;采用转基因拟南芥进行异源功能验证,利用酵母双杂交筛选与TaCLC-e-3AL相互作用的蛋白。【结果】生物信息学分析表明,TaCLC-e-3AL编码的蛋白含有11个跨膜结构域,与乌拉尔图小麦TuCLC-e同源性最高。组织表达量预测分析表明,TaCLC-e-3AL基因在小麦的叶片和茎部表达量较高。顺式作用元件分析表明,其可能响应光、激素以及逆境胁迫等信号。亚细胞定位显示,TaCLC-e-3AL蛋白经内质网分选后定位于叶绿体内。过表达TaCLC-e-3AL转基因拟南芥植株在低氮胁迫条件下可以储存更多的NO_(3)^(-),并能够维持植株体内NO_(3)^(-)/Cl^(-)的稳态,不引起植株根长和鲜重的显著变化。酵母双杂交文库筛选显示TaCLC-e-3AL与水通道、叶绿体a/b结合蛋白和电压依赖性阴离子通道3个蛋白互作,表明TaCLC-e-3AL可能与它们协同参与干旱胁迫响应、光合作用、信号传导等生物过程。【结论】小麦氯离子通道蛋白TaCLC-e-3AL位于叶绿体内。TaCLC-e-3AL基因转化至拟南芥中过表达,在低氮胁迫条件下较野生型可以在植株体内储存更多的NO_(3)^(-),并维持NO_(3)^(-)/Cl^(-)的值,表明TaCLC-e-3AL可能调控Cl^(-)和NO_(3)^(-)的协同运输。TaCLC-e-3AL通过与水通道蛋白、叶绿体a/b结合蛋白、电压依赖性阴离子通道蛋白互作,参与小麦的干旱胁迫、光合作用和离子胁迫应答。

关键词：小麦氯离子通道蛋白 TaCLC-e-3AL 功能分析互作蛋白

基于物候与极端气候信息的耕地土壤有机碳空间分布预测研究

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土壤学报 2024年第3期61卷 648-661页

作者：周琪清赵小敏郭熙周洋江西农业大学国土资源与环境学院南昌330045 农业农村部鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室(江西农业大学) 南昌330045

土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)作为陆地生态系统中最大的碳库,在农田土壤质量和作物产量方面发挥着重要作用。准确预测耕地SOC的空间分布对于制定农业管理措施至关重要。在数字土壤制图(Digital Soil Mapping,DSM)框架下,选择有... 详细信息

土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)作为陆地生态系统中最大的碳库,在农田土壤质量和作物产量方面发挥着重要作用。准确预测耕地SOC的空间分布对于制定农业管理措施至关重要。在数字土壤制图(Digital Soil Mapping,DSM)框架下,选择有效的环境协变量是提高SOC空间预测精度的重要方法。以往遥感指数和气候变量通常使用某个时段或时点的(平均)值作为输入变量,而很少有研究将时间特性和事件用于土壤有机碳预测。因此,引入物候变量、极端气候变量弥补部分损失的地物信息和气候特征,探讨其对研究区耕地SOC空间变异的响应特性及预测SOC空间分布的可行性。以江西省上高县为研究区域,采用随机森林模型,选取遥感数据、DEM衍生变量、物候参数、气候特征因子等作为环境协变量引入模型中,并用普通克里格(Ordinary Kriging,OK)对模型结果进行残差修正,最后对比不同类型变量组合下模型的预测效果及预测精度。结果表明,时序变量、物候变量及极端气候变量能够改善模型的预测性能,并且残差作为误差项还能进一步提升模型的精度。结合时序变量、物候变量、极端气候变量、地形变量和残差的组合拥有最高的预测精度,相较于地形变量、遥感变量和气候变量的组合,将R2、MAE和RMSE提升了90.00%、58.95%和57.14%。变量贡献率分析显示,SU、a3和TXx是影响研究区耕地SOC分布的重要变量。因此,物候变量和极端气候变量具有较好的应用前景,未来还需验证极端气候变量作为环境变量在不同土地利用、大尺度研究区下预测土壤属性的有效性。

关键词：土壤有机碳数字土壤制图随机森林残差克里格物候极端气候

陆地棉CLE基因家族的鉴定及GhCLE13参与调控棉花抗旱性的功能分析

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作物学报 2024年

作者：戎宇轩惠留洋王沛琦孙思敏张献龙袁道军杨细燕华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室/湖北洪山实验室

CLAVATA3/Embryo surrounding region-related (CLE)小肽家族是植物中最大的小肽激素家族，在植物中广泛存在，且参与植物多个重要的生命活动。本研究对陆地棉CLE基因家族进行了鉴定，并对GhCLE基因家族成员进行基因结构、启动子顺式作... 详细信息

CLAVATA3/Embryo surrounding region-related (CLE)小肽家族是植物中最大的小肽激素家族，在植物中广泛存在，且参与植物多个重要的生命活动。本研究对陆地棉CLE基因家族进行了鉴定，并对GhCLE基因家族成员进行基因结构、启动子顺式作用元件、蛋白质理化性质、系统发育的分析；通过RNA-seq数据构建了GhCLE基因家族成员在陆地棉各组织的表达谱及干旱处理下的表达模式，并筛选在棉花根系特异表达且受干旱诱导的CLE基因；最后通过VIGS技术对筛选出的GhCLE基因进行了抗旱功能的验证。结果显示，在陆地棉全基因组共鉴定出40个GhCLE基因，GhCLE基因结构较为简单，32个GhCLE基因没有内含子，所有基因编码的蛋白序列均包含12 aa长度的CLE结构域；GhCLE基因启动子区域包含多种光诱导响应、胁迫响应、激素响应和发育相关的顺式作用元件；GhCLE基因在陆地棉多个组织均有表达，筛选出了1个根系特异表达且受干旱诱导的GhCLE13-D-2基因。通过VIGS技术和MDA含量的测定和比较验证了GhCLE13-D-2基因提高棉花的抗旱性的功能。本研究为CLE小肽在植物抗逆方面的深入研究以及棉花种质创新提供了新的理论依据。

关键词：陆地棉 CLE小肽基因家族根系特异表达抗旱 GhCLE13-D-2

植物染色体重排在作物遗传改良中的应用研究进展

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广东农业科学 2024年第3期51卷 1-13页

作者：薛皦朱庆锋陈沛冯彦钊于洋广东省农业科学院农业生物基因研究中心/广东省农作物种质资源保存与利用重点实验室广东广州510640

染色体重排是一种可能导致DNA片段丢失、重复、易位和倒位的机制,从而改变基因组结构,为创造新的变异性状提供可能。植物染色体重排事件的准确鉴定有助于更深入地理解植物基因组的结构、功能及它们在植物演化和作物育种中的作用。该文... 详细信息

染色体重排是一种可能导致DNA片段丢失、重复、易位和倒位的机制,从而改变基因组结构,为创造新的变异性状提供可能。植物染色体重排事件的准确鉴定有助于更深入地理解植物基因组的结构、功能及它们在植物演化和作物育种中的作用。该文深入探讨了植物染色体重排的基本概念,介绍了植物染色体重排的自然发生和人工诱导的技术方法,阐述了植物染色体重排的细胞生物学、分子遗传学和高通量测序鉴定方法。同时,系统总结了植物染色体重排技术在作物遗传育种中的应用,结合具体实践,着重强调了染色体重排技术在提高农作物的遗传多样性、改良农作物的重要性状、增强农作物的环境适应性等方面极具优越性。然而,目前染色体重排的发生概率较低,技术上仍存在挑战,需要更多精准的工具和策略来实现染色体片段的精准定位和重排。通过全面了解染色体重排及其相关技术,研究人员和育种家可以更好地利用植物基因组,为全球粮食安全和环境可持续发展提供创新解决方案。相关研究不仅为深入认识植物基因组提供新途径,也为未来创新作物育种奠定坚实基础。通过挖掘植物基因组的多样性和可塑性,染色体重排技术有望为培育高产、优质、多抗的农作物新品种提供更多可能性,对解决全球日益严峻的粮食安全和气候适应性问题具有重要意义。

关键词：染色体重排作物育种基因编辑遗传多样性遗传改良

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我国耕地质量主控因素及提升策略

植物营养与肥料学报 2024年第8期30卷 1580-1594页

作者：丁文成宋大利周卫中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室/农业农村部植物营养与肥料重点实验室北京100081

我国耕地质量总体偏低,严重威胁国家粮食安全和生态环境安全。目前我国耕地质量的主控因素尚缺乏系统研究,不同类型障碍耕地的质量提升技术策略也不明晰。因此,本文在全面阐述我国耕地质量现状的同时,重点调研揭示了东北黑土地、北方旱... 详细信息

我国耕地质量总体偏低,严重威胁国家粮食安全和生态环境安全。目前我国耕地质量的主控因素尚缺乏系统研究,不同类型障碍耕地的质量提升技术策略也不明晰。因此,本文在全面阐述我国耕地质量现状的同时,重点调研揭示了东北黑土地、北方旱地、南方水田、南方旱地、设施农地和盐碱耕地6类典型耕地的突出问题,深入分析了耕地质量问题的主控因素和耕地质量下降的驱动机制。以耕地保护与合理利用为核心,从耕地监测、改良、培肥、利用4个方面,提出维持和提升耕地质量的核心策略,明确耕地科技创新的主要方向。阐明农田工程、保护性耕作、科学施肥、水资源高效利用、耐逆适生作物品种选育等关键耕地质量提升技术途径的适用性。旨在梳理全面综合提升耕地质量的科技需求,为耕地保护相关政策的制定提供重要参考,支撑耕地的农业生产和生态服务功能提升,实现藏粮于地、藏粮于技和农业绿色可持续发展的战略目标。

关键词：耕地质量障碍土壤耕地监测耕地改良耕地培肥耕地利用

种衣剂对于新疆地区玉米茎腐病优势致病菌拟轮枝镰孢菌的室内毒力测定与田间防效评价

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新疆农业科学 2024年

作者：高国文王小武付开赟贾尊尊孙健博吐尔逊·阿合买提李克梅丁新华郭文超新疆农业大学农学院新疆农业科学院植物保护研究所/农业农村部西北荒漠绿洲作物有害生物综合治理重点实验室/新疆农业生物安全重点实验室

【目的】针对新疆玉米茎腐病优势致病菌株拟轮枝镰刀菌（***），筛选出高效的种衣剂种类及其最佳施药量，为生产上该病害的科学防控提供指导。【方法】采用菌丝生长速率法结合田间小区试验系统评价了5种种衣剂对拟轮枝镰孢菌的室内抑菌... 详细信息

【目的】针对新疆玉米茎腐病优势致病菌株拟轮枝镰刀菌（***），筛选出高效的种衣剂种类及其最佳施药量，为生产上该病害的科学防控提供指导。【方法】采用菌丝生长速率法结合田间小区试验系统评价了5种种衣剂对拟轮枝镰孢菌的室内抑菌效果和田间实际防效。【结果】5种供试种衣剂对该菌株具有较好的抑菌效果，其EC50范围为0.1852 ～9.3584 mg/L。35g/L洛菌·精甲霜FS 175mL/100kg种子包衣处理防效最高，为84.96%。其次依次是18%噻灵·咯·精甲FS 250mL/100kg种子、30%嘧·咪·噻虫嗪FS 750mL/100kg种子、35g/L洛菌·精甲霜FS 150 mL/100kg种子、18%噻灵·咯·精甲FS 200mL/100kg种子，防效在74.11%～84.72%。【结论】用于新疆玉米镰孢茎腐病田间防治的种衣剂及其推荐施药量为35g/L洛菌·精甲霜FS 125～175mL/100kg种子、18%噻灵·咯·精甲FS 150～250mL/100kg种子、4%精甲·咯菌腈FS 120～150mL/100kg种子、30%嘧·咪·噻虫嗪FS 600～750mL/100kg种子。

关键词：玉米茎腐病拟轮枝镰刀菌室内毒力化学防治

橡胶树HbTRXh5基因在酵母中的表达及抗逆性分析

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生物技术通报 2024年

作者：吴双逯锐琳冯成天袁坤王真辉刘进平刘辉海南大学热带农林学院中国热带农业科学院橡胶研究所农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地-海南省热带作物栽培生理学重点实验室

【目的】克隆橡胶树硫氧还蛋白基因HbTRXh5，分析其表达特性，探究其在非生物胁迫中的功能，为橡胶树抗逆性遗传改良提供基因资源。【方法】采用RT-PCR方法克隆橡胶树HbTRXh5基因，利用生物信息学方法分析其序列特性和系统进化关系。采... 详细信息

【目的】克隆橡胶树硫氧还蛋白基因HbTRXh5，分析其表达特性，探究其在非生物胁迫中的功能，为橡胶树抗逆性遗传改良提供基因资源。【方法】采用RT-PCR方法克隆橡胶树HbTRXh5基因，利用生物信息学方法分析其序列特性和系统进化关系。采用实时荧光定量PCR分析HbTRXh5基因在橡胶树各组织以及非生物胁迫下的表达。构建HbTRXh5基因酵母表达载体并转入酵母，比较转基因酵母和对照酵母在低温、盐和氧化胁迫处理后的存活差异。【结果】HbTRXh5基因编码区长354 bp，编码117个氨基酸。HbTRXh5含有硫氧还蛋白保守结构域和CGPC活性位点，属于h型硫氧还蛋白第I亚组。HbTRXh5在橡胶树各组织中均有表达，以胶乳中的表达量最高。低温、盐以及H2O2和甲基紫精诱导的氧化胁迫处理均能诱导HbTRXh5的表达。成功将HbTRXh5基因转入酿酒酵母INVSc1菌株中并诱导表达。同转pYES2空载体对照酵母相比，转HbTRXh5基因酵母在H2O2处理后具有更高的存活率。相反，在低温和盐胁迫处理后，转HbTRXh5基因酵母的存活率较对照酵母明显降低。【结论】橡胶树HbTRXh5的表达受低温、盐和氧化胁迫调控，酵母中表达HbTRXh5提高了重组酵母对氧化胁迫的抗性，但降低了对低温和盐胁迫的抗性。

关键词：橡胶树硫氧还蛋白酵母表达系统非生物胁迫氧化胁迫抗寒性

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玉米-大豆带状套作对土壤肥力的影响

四川农业大学学报 2024年第5期42卷 1028-1035页

作者：马智鸣潘增柔杨欢宿雅涵李建政汪扬媚赵静杨文钰吴雨珊四川农业大学农学院/农业农村部西南作物生理生态与耕作重点实验室/四川省作物带状复合种植工程技术研究中心中国农业科学院农业信息研究所/农业农村部农业监测预警技术重点实验室凉山彝族自治州农业科学院禹城市农业农村局

【目的】明确玉米大豆带状套作对土壤肥力、酶活性、团聚体含量的影响以及作物产量的变化。【方法】以“登海605”为供试玉米品种，以“南豆12”为供试大豆品种，设置玉米-大豆带状套作、玉米单作和大豆单作3个处理，系统研究不同处理... 详细信息

【目的】明确玉米大豆带状套作对土壤肥力、酶活性、团聚体含量的影响以及作物产量的变化。【方法】以“登海605”为供试玉米品种，以“南豆12”为供试大豆品种，设置玉米-大豆带状套作、玉米单作和大豆单作3个处理，系统研究不同处理对土壤有机质、全氮、全磷和有效磷、全钾和速效钾含量，pH、容重，脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶、硝酸还原酶活性、团聚体含量和作物产量的影响。【结果】玉米-大豆带状套作显著提高了玉米和大豆带土壤的有机质、有效磷、速效钾等养分含量，其中玉米带增幅分别为18.1%、14.9%和21.8%，大豆带有机质和速效钾增幅分别为17.7%和34.9%，而有效磷增幅较小且不显著，并保持了全氮、全磷、全钾含量和pH的稳定。玉米带土壤容重显著下降3.3%，大豆带则显著增加4.7%。带状套作显著提高了土壤蔗糖酶和脲酶的活性，玉米带增幅为16.3%和20.5%，大豆带增幅为133.7%和66.2%，酸性磷酸酶和硝酸还原酶活性保持稳定。带状套作促进了大粒径团聚体的形成，套作玉米和大豆带>2 mm团聚体分别显著提高18.8%和22.2%，其他各粒级的小团聚体不同程度下降。带状套作玉米较单作千粒重、穗粒数、有效株数和产量均无显著差异。带状套作大豆有效株数、单株粒数分别较单作显著下降12.9%、26.5%，百粒重无显著差异，最终使大豆产量达到单作的60.9%。【结论】玉米-大豆套作模式提高了土壤肥力，显著增加了有机质、速效钾、有效磷等的含量，维持了土壤中全氮、全磷、全钾含量和pH的稳定，并显著提高了土壤脲酶和蔗糖酶的活性，从而有利于土壤养分转化和植物吸收利用。带状套作还促进微小团聚体向稳定的大团聚体转化，从而提高了土壤的通透性和保水保肥能力，一定程度上影响土壤的化学性质，满足了玉米和大豆生长需要。因此，玉米-大豆带状套作可以改善土壤的化学性质和物理性质，提高土壤肥力，保持与单作相当的玉米产量，并能额外收获相当于单作产量60.9%的大豆。

关键词：玉米-大豆带状套作土壤肥力土壤酶团聚体玉米和大豆产量

香蕉MaFLS1基因克隆、生物信息学分析及功能解析

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果树学报 2024年第2期41卷 229-240页

作者：肖伟军胡玉林汪乔英段雅婕胡会刚中国热带农业科学院南亚热带作物研究所·农业农村部热带果树生物学重点实验室·海南省热带园艺产品采后生理与保鲜重点实验室广东湛江524091 华中农业大学园艺林学学院武汉430070

【目的】初步探讨黄酮醇合成酶FLS基因在香蕉果实中生物学功能。【方法】采用RT-PCR和PCR法克隆香蕉MaFLS1基因,对其进行生物信息学分析。运用qRT-PCR的方法研究其表达模式,同源重组构建MaFLS1基因的过表达载体,通过农杆菌介导的叶盘法... 详细信息

【目的】初步探讨黄酮醇合成酶FLS基因在香蕉果实中生物学功能。【方法】采用RT-PCR和PCR法克隆香蕉MaFLS1基因,对其进行生物信息学分析。运用qRT-PCR的方法研究其表达模式,同源重组构建MaFLS1基因的过表达载体,通过农杆菌介导的叶盘法转化Micro-Tom番茄,测定T1代果实中总黄酮含量。【结果】香蕉MaFLS1基因开放阅读框含有1080对碱基,编码359个氨基酸,理论等电点为5.41,预测分子质量为39 436.94 Da,是一种稳定的亲水酸性蛋白,属于α-酮戊二酸依赖性双加酶家族。通过分析香蕉MaFLS1的氨基酸序列,发现其不含信号肽和跨膜结构。系统进化树分析表明,FLS在不同物种间具有高度的氨基酸序列保守性。MaFLS1基因在香蕉果实发育成熟后期高度表达,前期基本不表达。通过测定转基因番茄中总黄酮的含量发现其总黄酮含量极显著高于野生型果实。【结论】MaFLS1在果实成熟后期高度表达,且能够显著增加果实中总黄酮的含量。

关键词：香蕉 MaFLS1 生物信息学功能分析