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动物体细胞核移植胚胎重编程的表观遗传学机理

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农业生物技术学报 2024年第7期32卷 1669-1680页

作者：纪雨晨李怡涵王美娟郑睿智余彤苏建民西北农林科技大学动物医学院家畜生物学重点实验室西北农林科技大学动物科技学院家畜生物学重点实验室

体细胞核移植(somatic cell nuclear transfer, SCNT)技术可用于扩繁顶级家畜、基因编辑动物生产等方面。到目前为止，人类已经成功克隆了20多种动物，但通过体细胞核移植技术获得克隆动物的效率较低，大部分体细胞核移植胚胎在附植前... 详细信息

体细胞核移植(somatic cell nuclear transfer, SCNT)技术可用于扩繁顶级家畜、基因编辑动物生产等方面。到目前为止，人类已经成功克隆了20多种动物，但通过体细胞核移植技术获得克隆动物的效率较低，大部分体细胞核移植胚胎在附植前死亡。在核移植后，供体细胞核将发生一系列的重编程事件以获得胚胎发育的全能性，体细胞核移植胚胎的异常重编程是导致体细胞核移植效率低的主要原因。本文从染色质重塑、DNA甲基化、组蛋白的变体与修饰、精子小RNA等方面分析体细胞核移植胚胎的异常重编程机理，以期为体细胞核移植胚胎的重编程研究提供参考。

关键词：体细胞核移植(SCNT) 胚胎发育表观遗传染色质重塑组蛋白变体 DNA甲基化组蛋白修饰精子携带小RNA缺失重编程效率

基于时间序列植被指数的小麦条锈病抗性等级鉴定方法

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农业工程学报 2024年第4期40卷 155-165页

作者：苏宝峰刘砥柱陈启帆韩德俊吴建辉西北农林科技大学机械与电子工程学院杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室杨凌712100 陕西省农业信息感知与智能服务重点实验室杨凌712100 西北农林科技大学农学院杨凌712100 西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室杨凌712100

条锈病严重影响小麦产量,培育抗条锈病的小麦品种至关重要。针对传统育种中抗性鉴定手段单一、效率低的问题,该研究提出了一种通过小麦冠层植被指数的时间序列实现对条锈病不同抗性等级的高效鉴定方法。该方法利用无人机采集自然发病的... 详细信息

条锈病严重影响小麦产量,培育抗条锈病的小麦品种至关重要。针对传统育种中抗性鉴定手段单一、效率低的问题,该研究提出了一种通过小麦冠层植被指数的时间序列实现对条锈病不同抗性等级的高效鉴定方法。该方法利用无人机采集自然发病的育种群体小麦(共600个样本,516个基因型)冠层多时相的光谱图像,使用随机蛙跳算法和ReliefF算法筛选出6个条锈病病害严重度的敏感特征:归一化色素叶绿素指数(normalized pigment chlorophyll index,NPCI)、沃尔贝克指数(woebbecke index,WI)、叶绿素红边指数(chlorophyll index rededge,CIrededge)、绿大气抵抗植被指数(green atmospherically resistant index,GARI)、归一化差分植被指数(normalized difference vi,NDVI)、叶绿素绿指数(chlorophyll index green,CIgreen),这些敏感特征在试验群体中的时间序列符合条锈病的发病规律,验证了其作为条锈病发病严重度敏感特征的有效性;基于支持向量机(support vector machine,SVM)算法使用上述敏感特征建立条锈病病害严重度等级分类模型,在测试集的表现中,与使用未经过筛选的原始特征所建立的模型相比在精度、平均准确率、平均召回率和F1分数上分别仅下降6.2%、3.3%、2.7%、4.0%,证明了所筛选敏感特征的有效性;针对一般机器学习算法难以捕捉不同抗性等级样本之间较小的特征变化差异的问题,提出了一种从植被指数时间序列转化生成的二维图像中提取特征实现条锈病抗性等级分类的方法。将敏感特征中能够较好区分不同抗病等级的4个时间序列植被指数(NPCI、GARI、NDVI、WI),通过格拉姆角场方法生成格拉姆角和场图像,并制作成数据集,使用DenseNet121网络进行训练,以实现不同条锈病抗病等级的分类。建立的条锈病抗性等级分类模型中,由NPCI时间序列图像建立的分类模型测试效果最佳,其准确率为0.837,召回率为0.834,F1分数可达0.833,能够较好地实现对群体小麦不同品种(系)的条锈病抗性等级差异的区分,表明基于光谱植被指数时间序列的小麦条锈病抗性等级识别方法可以用于小麦抗病育种中抗性等级的鉴定,并可为其他作物的病害抗性等级鉴定提供一定的参考。

关键词：无人机遥感机器学习深度学习小麦条锈病多光谱成像 DenseNet121

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山羊睾丸类器官的培养与鉴定

农业生物技术学报 2024年第9期32卷 2173-2180页

作者：徐文静吴文萍杨玉梅李娜华进联西北农林科技大学动物医学院/陕西省干细胞工程技术中心西北农林科技大学家畜生物学重点实验室

类器官是一种在结构和功能上与机体原器官相似的组织替代品。目前一些类器官培养体系已经比较完善，但睾丸类器官培养尚处于探索阶段。本研究无菌采取莎能奶山羊(Capra hircus)睾丸组织，用混合酶消化法分离培养睾丸细胞。用含低熔点琼... 详细信息

类器官是一种在结构和功能上与机体原器官相似的组织替代品。目前一些类器官培养体系已经比较完善，但睾丸类器官培养尚处于探索阶段。本研究无菌采取莎能奶山羊(Capra hircus)睾丸组织，用混合酶消化法分离培养睾丸细胞。用含低熔点琼脂糖的混合培养基在三维环境中培养睾丸细胞。采用光学显微镜和免疫荧光检测技术对形成的类器官进行记录和评价，比较不同来源的睾丸细胞、不同数量的睾丸细胞和不同浓度的低熔点琼脂糖对睾丸类器官的培养效果。进一步通过脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)感染验证睾丸类器官的模型功能。结果表明1%低熔点琼脂糖、含量为2×10～5～3×10～5的细胞更有利于山羊睾丸类器官的形成。形成的类器官具有生精小管样结构，并且精原干细胞和支持细胞均匀分布其中。LPS感染的睾丸类器官较正常的类器官小，并有细胞碎片，同时伴有炎性因子的显著增加，表明该类器官能够响应外界刺激，一定程度上模拟真实器官的免疫反应，可作为体外研究睾丸疾病的模型。本研究不仅推动了睾丸类器官培养技术的发展，而且为生殖生物学、疾病模型建立、药物筛选、再生医学以及个性化医疗等多个领域提供了重要的科学依据和实验平台。

关键词：睾丸类器官低熔点琼脂糖胶山羊

生物钟基因BMAL1过表达对山羊子宫内膜上皮细胞凋亡的影响

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农业生物技术学报 2024年第6期32卷 1329-1341页

作者：李超徐皓东郭怡莹刘薇王逸群肖要要杨王浩靳亚平陈华涛西北农林科技大学动物医学院/农业农村部动物生物技术重点实验室

生物钟作为一种内源性计时系统，在调控哺乳动物行为活动与生理功能等方面发挥重要作用。为探究核心生物钟基因脑肌类芳香烃受体核转位蛋白1 (brain and muscle arnt-like protein 1, BMAL1)在山羊子宫内膜上皮细胞(goat endometrial ep... 详细信息

生物钟作为一种内源性计时系统，在调控哺乳动物行为活动与生理功能等方面发挥重要作用。为探究核心生物钟基因脑肌类芳香烃受体核转位蛋白1 (brain and muscle arnt-like protein 1, BMAL1)在山羊子宫内膜上皮细胞(goat endometrial epithelial cells, GEECs)凋亡过程中的作用，本研究以24月龄山羊子宫组织为材料克隆BMAL1基因的CDS序列，通过生物信息学方法分析、预测该基因及其编码蛋白的理化性质，利用qPCR技术检测其在山羊不同组织以及同步化后的GEECs中的表达变化；应用流式细胞术、qPCR与Western blot技术检测BMAL1基因过表达对GEECs凋亡的影响。结果显示，BMAL1基因的表达在各种组织以及不同时间点呈现显著的昼夜差异。山羊BMAL1基因的CDS全长1 881 bp，在哺乳动物中保守性较高，其编码蛋白可以通过与昼夜运动输出周期蛋白(circadian locomotor output cycles kaput,CLOCK)、核受体亚家族1D成员1 (nuclear receptor subfamily 1, group D, member 1, NR1D1)和酪蛋白激酶1δ (casein kinase 1δ, CSNK1D)等蛋白互作参与调控多种生理功能。流式细胞术结果表明，BMAL1过表达显著抑制了GEECs的凋亡(P动物生物钟系统的分子调控机制和进一步探究山羊BMAL1基因的生物学功能提供了基础。

关键词：生物钟脑肌类芳香烃受体核转位蛋白1 (BMAL1) 山羊子宫内膜上皮细胞(GEECs) 细胞凋亡

小鼠Klf11基因真核表达载体的构建、结构功能预测与初步验证

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江西农业大学学报 2024年

作者：唐艳颖熊菊萍杨王浩赵泓淙王雪容高登科董士豪马白荣靳亚平陈华涛西北农林科技大学动物医学院农业农村部动物生物技术重点实验室

【目的】本研究旨在克隆小鼠Kruppel样转录因子家族成员11（KLF11）基因并构建其真核表达载体，在小鼠AML12肝实质细胞系中过表达Klf11后探究其对脂代谢相关基因的调控作用。【方法】以小鼠肝脏组织cDNA为模板，通过PCR扩增小鼠Klf11基... 详细信息

【目的】本研究旨在克隆小鼠Kruppel样转录因子家族成员11（KLF11）基因并构建其真核表达载体，在小鼠AML12肝实质细胞系中过表达Klf11后探究其对脂代谢相关基因的调控作用。【方法】以小鼠肝脏组织cDNA为模板，通过PCR扩增小鼠Klf11基因的蛋白编码区（CDS），随后将其连接至pcDNA3.1-Puro-N-3HA载体，构建重组质粒。利用酶切、PCR及测序对重组质粒进行鉴定，将鉴定正确的质粒命名为pcDNA3.1-mKLF11。利用在线软件对Klf11序列及其编码蛋白进行生物信息学分析。使用免疫组化技术检测KLF11在小鼠肝脏组织中的表达。将pcDNA3.1-Puro-N-3HA与pcDNA3.1-mKLF11质粒分别转染至HEK293T和AML12细胞，利用实时荧光定量聚合酶链反应（qPCR）和蛋白质印迹技术（Western blotting）对小鼠Klf11基因的表达效果进行检测。最后通过qPCR和油红O染色，检测游离脂肪酸（FFA）处理后Klf11的过表达对AML12细胞脂质代谢的影响。【结果】PCR、酶切及测序结果显示，成功克隆了小鼠Klf11基因的CDS区片段并构建了pcDNA3.1-mKLF11重组质粒。生物信息学分析结果显示，小鼠Klf11基因的编码区序列与大鼠和人类的相似性较高。小鼠KLF11蛋白表现出亲水性特征，二级结构包括无规卷曲、α-螺旋、延伸链和β-转角，不存在信号肽，且不存在跨膜区；小鼠KLF11蛋白的三级结构与人类和大鼠的KLF11蛋白相比均存在显著差异。免疫组化结果表明，KLF11主要表达于小鼠肝细胞细胞核。qPCR和Westren blotting结果显示，在HEK293T和AML12细胞中，pcDNA3.1-mKLF11转染组Klf11基因的mRNA和蛋白表达水平均显著高于对照组。此外，在FFA处理的条件下，Klf11过表达后小鼠AML12细胞中脂代谢相关基因Fasn、Acaca和Plin2的表达量显著升高，并且过表达组中细胞内脂滴数量增加。【结论】本研究成功构建了小鼠Klf11基因的真核表达载体，对小鼠Klf11基因及其编码蛋白进行了生物信息学分析。免疫组化结果表明KLF11主要表达于小鼠肝细胞细胞核。此外，在AML12细胞中成功过表达KLF11蛋白，并证明Klf11的过表达显著促进了AML12细胞的脂质沉积。本研究为后续探究Klf11基因调控哺乳动物肝脏脂质代谢的作用机制提供了前期基础，为开发家畜脂质代谢障碍疾病防治的新药物提高新思路。

关键词： Klf11 载体构建肝脏脂代谢生物信息学分析

多不饱和脂肪酸对哺乳动物子宫内膜容受性调控作用及机制研究进展

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动物营养学报 2024年第7期36卷 4222-4232页

作者：汪小林秦雪史新娥庞卫军西北农林科技大学动物科技学院陕西省动物遗传育种与繁殖重点实验室杨凌712100

子宫内膜容受性是影响哺乳动物成功妊娠的关键因素。子宫内膜容受性受多种生物活性因子的调控,探究其调控作用及机制对提高母畜繁殖效率具有重要意义。多不饱和脂肪酸作为调控动物机体脂质代谢的重要生物活性因子,在哺乳动物妊娠前期发... 详细信息

子宫内膜容受性是影响哺乳动物成功妊娠的关键因素。子宫内膜容受性受多种生物活性因子的调控,探究其调控作用及机制对提高母畜繁殖效率具有重要意义。多不饱和脂肪酸作为调控动物机体脂质代谢的重要生物活性因子,在哺乳动物妊娠前期发挥重要作用,如调节子宫内膜容受性和蜕膜化等。本文从多不饱和脂肪酸调控前列腺素与类固醇激素合成及子宫内膜炎症反应等多方面综述其对子宫内膜容受性的作用,以期为探究多不饱和脂肪酸对哺乳动物子宫内膜容受性的调控机制及其在动物生产中的应用提供参考。

关键词：子宫内膜容受性多不饱和脂肪酸前列腺素类固醇激素炎症反应哺乳动物

小球藻粉替代鱼粉下复方中草药对大口黑鲈肌肉品质的影响

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水生生物学报 2024年第7期48卷 1245-1257页

作者：徐庆来周继术朱子琳王艾张念锟贺花西北农林科技大学动物科技学院水产动物营养与饲料科学实验室杨凌712100 西北农林科技大学动物医学院杨凌712100

研究探讨了小球藻替代鱼粉下,不同剂量的复方中草药(Chinese Herbal Medicine Compound,CHMC)对大口黑鲈(Micropterus salmoides)肌肉品质的影响。实验在大口黑鲈基础饲料配方中,以小球藻粉完全替代其中的鱼粉,并随后以2%、4%和6%水平... 详细信息

研究探讨了小球藻替代鱼粉下,不同剂量的复方中草药(Chinese Herbal Medicine Compound,CHMC)对大口黑鲈(Micropterus salmoides)肌肉品质的影响。实验在大口黑鲈基础饲料配方中,以小球藻粉完全替代其中的鱼粉,并随后以2%、4%和6%水平分别添加复方中草药汤剂于小球藻粉替代组中,制作成等氮(CP:52%)等脂(CL:10%)的五组实验饲料,分别记为FM、CM、CMH2、CMH4和CMH6组。将健康的大口黑鲈225尾[均重(100.20±0.29)g]随机分为5组,每组3个重复,每个重复15尾,分别投喂以上5种实验饲料,饲养时间80d。结果表明:(1)CMH2、CMH4和CMH6组大口黑鲈侧线部皮肤亮度值(L*)均显著高于FM与CM组(P0.05)。(3)CMH6组大口黑鲈肌肉风味氨基酸含量、必需氨基酸含量和总氨基酸含量均显著高于FM组和CM组(P0.05)。(4)鱼体肌肉内聚性、弹性及滴水损失在各组间均无显著差异(P>0.05),但随复方中草药添加量的上升,鱼体肌肉硬度、黏附性、胶黏性、咀嚼性、剪切力及pH均显著升高(P0.05),但MSTN肌肉生长抑制素基因的相对表达量在CMH6组显著降低(P<0.05)。综上表明,在饲料中添加4%—6%复方中草药改善了小球藻替代鱼粉下大口黑鲈体色与肉色,提高了鱼体肌肉营养成分含量及其肌肉质构,该结果可能与复方中草药抑制了MSTN基因表达从而促进了肌纤维的生长有关。

关键词：复方中草药肌肉质构肌肉营养价值鱼粉小球藻粉大口黑鲈

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我国主要麦区小麦籽粒和面粉铁含量的影响因素

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植物营养与肥料学报 2024年第4期30卷 627-640页

作者：孙蕊卿党海燕佘文婷王星舒褚宏欣王涛丁玉兰徐隽峰王朝辉西北农林科技大学资源环境学院/农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室陕西杨凌712100 西北农林科技大学/旱区作物逆境生物学国家重点实验室陕西杨凌712100

[目的]明确主要麦区小麦籽粒铁含量,查明影响籽粒铁向面粉分配的主要因素,为提升我国小麦铁营养提供科学依据。[方法]于2020-2021和2021-2022年两个小麦生长季,在我国17个小麦主产省/区采集424份小麦植株和土壤样品,研究小麦籽粒、面粉... 详细信息

[目的]明确主要麦区小麦籽粒铁含量,查明影响籽粒铁向面粉分配的主要因素,为提升我国小麦铁营养提供科学依据。[方法]于2020-2021和2021-2022年两个小麦生长季,在我国17个小麦主产省/区采集424份小麦植株和土壤样品,研究小麦籽粒、面粉和麸皮铁含量与小麦产量和产量构成、土壤pH以及土壤有机质、有效磷、速效钾和有效态微量元素含量的关系。[结果]我国小麦籽粒、面粉和麸皮铁含量平均分别为38.8、13.9和86.7 mg/kg,其中90.3%的籽粒和93.9%的面粉样本铁含量未达到分别为50和21 mg/kg的推荐含量。春麦区,较高的土壤有机质(37.4 g/kg)和全氮(1.90 g/kg)含量提高了土壤铁的有效性,促进了小麦对铁的吸收和铁向籽粒的转移,使得小麦籽粒和面粉铁含量相对较高,分别为41.5和15.4 mg/kg;铁含量适中组小麦收获指数、穗粒数和千粒重分别比低铁组减少13.1个百分点、32.2%和31.3%。旱作区的土壤有机质(19.7g/kg)和有效铁含量(8.9 mg/kg)在4个麦区中最低,不利于小麦对铁元素的吸收和累积,使得籽粒与面粉铁含量较低,分别为39.2和14.3 mg/kg。麦玉区(小麦–玉米区)的小麦产量显著高于其他麦区,受产量“稀释效应”的影响,籽粒和面粉铁含量最低,分别为36.7和12.7 mg/kg。稻麦区(水稻–小麦区),较高的土壤有效铁含量(133.4 mg/kg)和较低的pH值(6.6)使得小麦籽粒铁含量在4个麦区中最高,籽粒中的铁更易于向面粉转移和累积,籽粒与面粉铁含量分别为41.3和15.6 mg/kg;铁含量适中组的小麦穗粒数比低铁组增加了15.7%,千粒重降低了14.7%。[结论]适宜的土壤pH和较高的有机质、全氮及有效铁含量是小麦籽粒和面粉铁含量的关键影响因素。此外,还需通过管理措施优化穗数、穗粒数和千粒重,避免可能的稀释效应。

关键词：小麦籽粒面粉麸皮铁含量土壤pH 有效铁

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苹果霉心病不同光谱检测方式对比研究

光谱学与光谱分析 2024年第3期44卷 883-890页

作者：张仲雄刘昊灵魏子朝浦育歌张佐经赵娟胡瑾西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室陕西杨凌712100 陕西省农业信息感知与智能服务重点实验室陕西杨凌712100

苹果霉心病是一种对消费者健康产生威胁的水果内部病害,在苹果进入消费市场前实现霉心病的快速无损检测有助于提升苹果品质和保障消费者安全。近年来,可见/近红外光谱技术凭借其快速无损、操作简单、成本低和批量在线检测等优势,被广泛... 详细信息

苹果霉心病是一种对消费者健康产生威胁的水果内部病害,在苹果进入消费市场前实现霉心病的快速无损检测有助于提升苹果品质和保障消费者安全。近年来,可见/近红外光谱技术凭借其快速无损、操作简单、成本低和批量在线检测等优势,被广泛用于水果品质无损检测研究中,而根据实际检测需求进行光谱检测方式选择是开展水果光谱无损检测的关键步骤,为探寻苹果霉心病光谱无损检测中最佳的检测方式,首先基于实验室自主搭建的苹果漫反射、漫透射和透射光谱采集系统分别获取了243个苹果样本的三种光谱数据,然后采用一阶导数(FD)、归一化(NOR)、 S-G平滑(S-G)、多元散射校正(MSC)和标准正态变量变化(SNV)五种方法对光谱数据进行预处理,其次将局部线性嵌入(LLE)、多尺度分析(MDS)、分布邻域嵌入(SNE)和t分布邻域嵌入(t-SNE)四种流形学习方法用于光谱数据降维,并与传统的主成分分析(PCA)降维方法比较,最后基于降维后数据建立了最小二乘支持向量机(LS-SVM)算法的苹果霉心病分类模型。结果表明:在三种不同的光谱检测方式中,透射检测方式优于漫透射检测方式,漫透射检测优于漫反射检测方式。在五种不同的光谱降维方法中,基于SNE的降维方法在三种不同的光谱数据中都优于其他降维方法,最终以透射检测方式结合SNE降维方法构建了最优的苹果霉心病判别模型,其校正集和测试集的准确率分别为99.52%和97.14%。该研究对苹果霉心病光谱无损检测研究中的实验平台搭建和检测装备研发提供了指导。

关键词：苹果霉心病可见/近红外光谱检测方式光谱降维流行学习