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玉米大斑病菌转录调节因子StFlo8互作蛋白的筛选与鉴定

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农业生物技术学报 2024年第6期32卷 1385-1392页

作者：孙贺贺王程泽贾京哲申珅郝志敏董金皋河北农业大学华北作物改良与调控国家重点实验室/河北省农业微生物生物信息利用技术创新中心/河北省植物生理与分子病理学重点实验室

Flo8 (flocculation 8)基因是cAMP途径下游的关键转录调控因子，在真菌生长发育调控中发挥重要作用。本课题组前期初步明确了玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica) StFlo8基因参与调控其附着胞发育及侵染丝形成。本研究利用大肠杆菌(Esch... 详细信息

Flo8 (flocculation 8)基因是cAMP途径下游的关键转录调控因子，在真菌生长发育调控中发挥重要作用。本课题组前期初步明确了玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica) StFlo8基因参与调控其附着胞发育及侵染丝形成。本研究利用大肠杆菌(Escherichia coli)表达系统对该基因与谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferase, GST)标签进行异源表达，进一步通过GST融合蛋白沉降技术(GST pull-down)从玉米大斑病菌菌丝蛋白中筛选可能与StFlo8有互作关系的蛋白，并通过酵母双杂交对其中部分蛋白进行互作关系的验证。结果表明，原核表达获得大小为116 kD的目标产物，与GST-StFlo8大小一致。将成功纯化的表达产物经GST pull-down，共获得41种和StFlo8可能有互作关系的蛋白。挑选其中部分蛋白进行酵母双杂交验证，发现Flo8与FAD依赖性氧化还原酶(FAD-dependent oxidoreductase)(GenBank No.165285)有互作关系。本研究初步明确了StFlo8的互作蛋白，为进一步解析玉米大斑病菌StFlo8活性调控分子机制提供了有效参考。

关键词：玉米大斑病菌 Flocculation 8 (Flo8) 谷胱甘肽-S-转移酶融合蛋白沉降技术互作蛋白

不同品种玉米根-冠生长对土壤紧实胁迫的差异性响应特征

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作物学报 2024年第8期50卷 2053-2066页

作者：梁璐周宝元高卓晗王瑞王新兵赵明李从锋中国农业科学院作物科学研究所/农业农村部作物生理生态重点实验室北京100081 内蒙古农业大学农学院内蒙古呼和浩特010019 河北科技师范学院农学与生物科技学院/河北省作物逆境生物学重点实验室河北秦皇岛066004

黄淮海地区农业集约化和机械化发展导致土壤紧实问题日益加重,限制玉米产量的进一步提升。明确不同品种玉米根系和地上部生长对土壤紧实胁迫的差异性响应特征,可为该区玉米高产栽培提供理论依据。本研究选用3个玉米品种,采用机械碾压的... 详细信息

黄淮海地区农业集约化和机械化发展导致土壤紧实问题日益加重,限制玉米产量的进一步提升。明确不同品种玉米根系和地上部生长对土壤紧实胁迫的差异性响应特征,可为该区玉米高产栽培提供理论依据。本研究选用3个玉米品种,采用机械碾压的方法在同一田块模拟无紧实胁迫(NC:no compaction stress,容重1.0~1.3 g cm^(-3))、中度紧实胁迫(MC:moderate compaction stress,容重1.4~1.5 g cm^(-3))和重度紧实胁迫(HC:heavy compaction stress,容重>1.6 g cm^(-3))3个紧实程度处理,定量解析不同程度土壤紧实胁迫下不同品种玉米根冠生长各指标及产量的变化规律。结果表明,与NC相比,MC和HC处理导致玉米减产3.8%~10.3%和12.5%~33.3%。玉米根冠生长及产量形成对土壤紧实胁迫的响应存在基因型差异。MC处理下,DK517的根长、根干重及根冠比较ZD958和DH605分别提高6.0%和14.0%、15.7%和29.6%、18.8%和24.8%,但最大叶面积指数、植株总干物重和产量无显著差异;HC处理下,DK517的根长和根干重较ZD958和DH605分别提高8.4%和22.5%、29.6%和57.8%,且最大叶面积指数、植株总干物重和根冠比分别提高4.6%和15.5%、3.7%和20.9%、28.0%和32.1%,因此产量分别增加7.5%和27.2%。相关分析表明,土壤容重和贯穿阻力与玉米根冠生长各指标和产量呈显著负相关关系(P玉米根系和地上部生长而造成减产,但不同品种玉米根冠生长对不同程度土壤紧实胁迫的响应存在着差异,重度土壤紧实胁迫下根冠生长均具有优势的品种能够维持较高的产量,研究结果可为玉米品种改良和土壤紧实下耕作措施优化提供理论依据。

关键词：玉米根-冠生长土壤紧实胁迫响应特征

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长期不同施氮量下微生物残体氮对土壤氮库稳定性和玉米氮素吸收的影响

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中国生态农业学报（中英文） 2024年第5期32卷 766-779页

作者：韩建张玉铭何红波李俊娣胡春胜李晓欣董文旭刘秀萍张丽娟河北农业大学资源与环境科学学院保定071001 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心/河北省土壤生态学重点实验室/中国科学院农业水资源重点实验室石家庄050022 中国科学院沈阳应用生态研究所沈阳110016 河北省食品安全重点实验室石家庄050227

在农田生态系统中,化肥氮的施用是保障粮食高产稳产并维持土壤氮库稳定的重要管理措施,土壤微生物既是土壤氮素矿化的驱动者,也是土壤氮素固持的贡献者,在氮素保蓄和供应方面发挥着积极作用,直接影响作物的氮素吸收利用。本研究依托中... 详细信息

在农田生态系统中,化肥氮的施用是保障粮食高产稳产并维持土壤氮库稳定的重要管理措施,土壤微生物既是土壤氮素矿化的驱动者,也是土壤氮素固持的贡献者,在氮素保蓄和供应方面发挥着积极作用,直接影响作物的氮素吸收利用。本研究依托中国科学院栾城农业生态系统试验站小麦-玉米轮作农田14年长期不同施氮水平定位试验,选取玉米季施氮量150 kg(N)·hm^(-2)(N150)、200 kg(N)·hm^(-2)(N200)和300 kg(N)·hm^(-2)(N300)3个典型处理,通过微区施用15N标记氮肥,在收获期测定玉米产量、地上部总吸氮量和肥料氮吸收量,分析0~20 cm土层土壤全氮(TN)、微生物残体氮[MRN,包括真菌残体氮(FRN)和细菌残体氮(BRN)]、固定态铵(FN)、矿质氮(NH_4^(+)-N+NO_(3)^(-)-N,MN)和其他有机氮(ON)含量及不同氮库对^(15)N的截获,并通过多元回归分析和路径分析建立各形态氮库与玉米氮素吸收的相关关系,研究土壤“老氮”和肥料“新氮”在土壤氮库中的分配及其对作物吸收利用的影响,为研究区氮肥高效利用和地力培肥提供理论支撑。结果表明,玉米产量和氮素吸收以及土壤TN含量均以N200最高,此施氮量有利于作物高产和土壤氮库培育。N300的肥料氮吸收和残留量高于N200,表明N300的土壤氮“激发效应”强于N200,会诱导土壤“老氮”的更多矿化和损失,其土壤TN库稳定性差、更新程度较大。总氮库中,MRN占主导,N200显著高于其他处理,对TN的贡献均在50%以上,且FRN主导了MRN的累积。N200的土壤FRN∶BRN比值显著高于N150和N300,表明适宜施氮可显著提升真菌在氮素积累中的贡献,提升土壤氮库的稳定性;施氮不足(N150)或过量施氮(N300)提升了细菌在氮素积累中的贡献,不利于稳定土壤氮库。N300的MN和FN含量显著高于其他处理,表明过量施肥更多提升的是活性氮库。由此可见,适宜施氮可优化土壤氮库分配,促进更多的氮进入微生物残体氮库,显著提高土壤微生物途径对氮的固持作用,促进土壤对氮素的保蓄与供应良性运行,保障了玉米氮素吸收与产量形成,为指导华北平原农田地力培肥与氮肥减施提供了科学依据。

关键词：玉米施氮量 ^(15)N标记吸氮量土壤氮库微生物残体氮

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冀北坝上大豆结瘤相关性状全基因组关联分析

中国农业科学 2024年第11期57卷 2102-2113页

作者：寿鑫月刘智陈玥含李晨辉孙宾成孙如建韩德志鹿文成申永辉王晓波闫龙安徽农业大学农学院河北省农林科学院粮油作物研究所/国家大豆改良中心石家庄分中心/农业农村部黄淮海大豆生物学与遗传育种重点实验室/河北省遗传育种重点实验室呼伦贝尔市农牧科学研究所黑龙江省农业科学院黑河分院正定县农业农村局

【目的】挖掘适应坝上生态条件的高效结瘤大豆种质，鉴定调控大豆-根瘤菌共生结瘤的遗传位点和候选基因，提高大豆共生固氮效率。【方法】以包含260份大豆种质的自然群体为研究对象，在河北坝上室外盆栽条件下接种根瘤菌菌株USDA110。... 详细信息

【目的】挖掘适应坝上生态条件的高效结瘤大豆种质，鉴定调控大豆-根瘤菌共生结瘤的遗传位点和候选基因，提高大豆共生固氮效率。【方法】以包含260份大豆种质的自然群体为研究对象，在河北坝上室外盆栽条件下接种根瘤菌菌株USDA110。以单株根瘤数量、单株根瘤干重数值作为表型数据，结合大豆260份种质基因型数据，对其进行全基因组关联分析，挖掘大豆共生结瘤相关基因。【结果】共检测到18个与大豆根瘤数量显著关联的SNP，分别位于第2、7、8、13、18和19染色体上。其中，位于第2染色体上的显著关联位点BARC＿2.01＿Chr02＿43161654＿A＿G是控制大豆根瘤数量的主效位点（LOD=3.89），对该位点上下游共200 kb区间进行连锁不平衡分析，在包含BARC＿2.01＿Chr02＿43161654＿A＿G的连锁区间内，共获得10个调控大豆根瘤数量候选基因，通过单倍型分析发现，Glyma.02G243200不同单倍型所对应的材料之间的根瘤数量具有显著差异（P<0.05），在SoyBase数据库中查询该基因的表达模式发现，Glyma.02G243200在根毛中表达。该基因可能是影响大豆根瘤数量的关键基因。共检测到6个与大豆根瘤干重显著关联的SNP，分别位于第6、18和20染色体上。其中，位于第6染色体上的显著关联位点BARC＿2.01＿Chr06＿6069381＿G＿A和BARC＿2.01＿Chr06＿6192925＿T＿C是控制大豆根瘤干重的主效位点（LOD=3.49和LOD=3.35），对BARC＿2.01＿Chr06＿6069381＿G＿A上游100 kb和BARC＿2.01＿Chr06＿6192925＿T＿C下游100 kb区间进行连锁不平衡分析，获得14个调控大豆根瘤干重候选基因，并进行单倍型分析。其中，Glyma.06G079600和Glyma.06G079900不同单倍型所对应的材料之间的根瘤干重具有显著差异（P<0.01,P<0.001），在SoyBase数据库中查询这两个基因的表达模式发现，Glyma.06G079600和Glyma.06G079900在根中表达。这两个基因可能是影响大豆根瘤干重的关键基因。【结论】在第2染色体上发现一个与根瘤数量显著相关的候选基因，在第6染色体上发现2个与根瘤干重显著相关的候选基因。

关键词：大豆根瘤菌全基因组关联分析根瘤数量根瘤干重

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土壤中硫磺氧化的影响因素

中国土壤与肥料 2024年第5期 206-211页

作者：刘俊杰祝园园鲁振亚黄成东王芳刘文彪中国农业大学资源与环境学院绿色智能肥料创新农业农村部重点实验室植物-土壤相互作用教育部重点实验室养分资源高效利用全国重点实验室国家农业绿色发展研究院北京100193 云南云天化股份有限公司研发中心云南昆明650228

通过综述影响硫磺氧化的土壤性质、肥料性质两部分内容,为进一步解决硫磺在土壤中氧化率低的问题,同时也为高效硫肥的研制提供理论依据。植物对于硫的需求日益增高,硫是作物必须的营养元素,被用来合成许多蛋白质和氨基酸,对植物的产量... 详细信息

通过综述影响硫磺氧化的土壤性质、肥料性质两部分内容,为进一步解决硫磺在土壤中氧化率低的问题,同时也为高效硫肥的研制提供理论依据。植物对于硫的需求日益增高,硫是作物必须的营养元素,被用来合成许多蛋白质和氨基酸,对植物的产量和品质有极大的影响,同时也在防治害虫、改良土壤性质方面发挥着巨大的作用。由于大气沉降、径流损失以及大量元素肥的过量施用导致硫元素附带输入减少和作物移除量的增加,土壤中硫含量供需不平衡,因此,硫肥添加成为未来的主流趋势。现有硫肥里的硫主要由两种形态组成,分别为单质态的硫磺和化合态的硫酸盐。硫磺廉价易得,在氧化过程中可以产生酸,改良碱性土壤pH,为更加科学地进行硫肥的研发设计,现需对硫磺在土壤里的主要氧化因素(微生物、pH、温度、湿度、粒径)进行系统的梳理。得到以下主要结论:微生物活性对硫磺的氧化作用要远大于数量,因此,影响微生物活性的土壤pH、温度、湿度等是极为重要的因素,微生物的种类在其中发挥的作用比重尚无绝对的定论。大多数研究表明,硫磺的氧化速率随土壤pH的降低而降低,在30~40℃且土壤含水量接近田间持水量时硫磺氧化速率最快。而硫磺粒径与氧化速率呈反比是确定的,其本质是微生物定殖于肥料颗粒的表面积起主导作用,并且受在土壤里的扩散影响,粉状硫磺相对于颗粒状硫磺更易于氧化。

关键词：单质硫微生物 pH 温度湿度粒径

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大豆转录因子NAC1耐低磷胁迫的功能研究

中国农业科学 2024年第3期57卷 442-453页

作者：熊楚雯郭智滨周强华程艳波马启彬蔡占东年海华南农业大学农学院/国家大豆改良中心广东分中心

【目的】磷含量偏低是影响酸性土壤作物产量的重要因素。大豆（Glycine max）是重要的粮食和油料作物，也为喜磷作物，缺磷则影响其产量与品质。NAC(NAM,ATAF1/2,CUC2)转录因子家族参与多种植物对生物胁迫和非生物胁迫响应的调控，是否... 详细信息

【目的】磷含量偏低是影响酸性土壤作物产量的重要因素。大豆（Glycine max）是重要的粮食和油料作物，也为喜磷作物，缺磷则影响其产量与品质。NAC(NAM,ATAF1/2,CUC2)转录因子家族参与多种植物对生物胁迫和非生物胁迫响应的调控，是否参与大豆低磷胁迫响应尚未深入研究。以耐低磷野生大豆BW69为材料，克隆获得耐低磷基因GsNAC1并对其表达特性及功能进行分析，为深入解析GsNAC1调控大豆低磷胁迫及其机制奠定基础。【方法】从野生大豆BW69克隆GsNAC1的全长序列，并通过生物信息学分析探究其编码氨基酸序列的特征。随后，利用实时荧光定量PCR技术（qRT-PCR）对其组织表达模式进行分析，并通过激光共聚焦显微镜观察其编码蛋白的亚细胞定位。此外，通过大豆遗传转化试验，获得转基因株系并进行表型分析。最后，通过转录组联合分析来鉴定转基因植株中与低磷胁迫相关的差异表达基因（differentially expressed genes,DEGs）。【结果】成功克隆获得GsNAC1，编码区全长876 bp，通过构建系统发育树发现GsNAC1与AtATAF1的序列相似性为62.46%，与Williams 82参考基因组的GmNAC1序列没有差异；进一步的亚细胞定位结果显示，GsNAC1定位于细胞核；基于qRT-PCR技术，发现GsNAC1在大豆的根、茎、叶、顶端、花和豆荚均有表达，在根部的相对表达量最高，且受到低pH和低磷诱导表达显著上调。通过水培法和土培法进行表型试验，在低磷处理下，与野生型（WT）相比，转基因株系鲜重根冠比、总根长、根表面积、根体积和磷含量均显著高于WT。结合转录组测序数据进行分析，发现GsNAC1可能通过促进GmALMT6、GmALMT27、GmPAP27和GmWRKY21等基因表达增强其对低磷胁迫的耐受性。【结论】GsNAC1受低pH和低磷诱导表达上调，过量表达GsNAC1可以显著增强大豆对低磷胁迫的耐受性，在低磷胁迫反应中起促进作用。GsNAC1可能通过调控下游基因表达增强大豆对酸性低磷胁迫的耐受性。

关键词：野生大豆耐低磷 GsNAC1 根系构型 RNA-seq

普通菜豆PvIQD基因家族鉴定及其非生物胁迫下的表达分析

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农业生物技术学报 2024年第11期 2511-2525页

作者：董雪赵敏李佳邱傅懿王燕赵建栋畅建武郝晓鹏山西农业大学农业基因资源研究中心/杂粮种质资源发掘与遗传改良山西省重点实验室山西农业大学农学院

IQ67结构域(IQ67 domain, IQD)基因编码一类含有IQ67保守结构域的钙调蛋白结合蛋白，在调控植物器官形态和响应逆境胁迫中发挥重要作用。本研究通过生物信息学分析在普通菜豆(Phaseolus vulgaris)基因组中鉴定出34个PvIQD基因，对其理... 详细信息

IQ67结构域(IQ67 domain, IQD)基因编码一类含有IQ67保守结构域的钙调蛋白结合蛋白，在调控植物器官形态和响应逆境胁迫中发挥重要作用。本研究通过生物信息学分析在普通菜豆(Phaseolus vulgaris)基因组中鉴定出34个PvIQD基因，对其理化性质、基因复制、系统进化、基因结构和表达模式等进行相关分析。结果表明，PvIQD基因不均匀地分布在11条染色体上，存在2个片段重复基因对，没有串联重复基因对。Ka/Ks比值均小于1，表明PvIQD基因在进化中受到纯化选择。系统进化分析显示，PvIQD基因家族成员被分为4个亚家族(Ⅰ～Ⅳ)，28个PvIQD基因与大豆(Glycine max)的GmIQD基因有一对二的聚类关系。基因结构分析显示，PvIQD基因包含2～6个外显子，大部分PvIQD蛋白序列含有motif1和motif7，同一亚家族具有相似的基因结构和保守基序，IQ基序中的Gln7、Arg11、Gly12、Leu14和Arg16是高度保守氨基酸。共线性分析发现，普通菜豆与双子叶植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)和大豆比与单子叶植物水稻(Oryza sativa)和玉米(Zea mays)有更加密切的亲缘关系，与大豆的亲缘关系最为密切。RNA-seq数据分析显示，6个PvIQD基因在不同发育阶段的多个组织中均有高表达，组织特异表达基因PvIQD2和PvIQD19分别在绿色成熟豆荚和根瘤中表达量最高。qRT-PCR结果表明，8个PvIQD基因能够响应干旱和盐胁迫，表现出不同的表达调控模式。本研究为探索PvIQD基因抵御非生物胁迫的调控作用机制提供了参考。

关键词：普通菜豆 IQ67结构域(IQD) 系统进化分析共线性分析非生物胁迫

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玉米高温胁迫研究热点及前沿探究

中国生态农业学报(中英文) 2024年

作者：钟苑宁王慧丽高碧玮乔匀周马玉诏李永鹏董宝娣中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心/中国科学院农业水资源重点实验室/河北省节水农业重点实验室中国科学院大学

玉米作为全球第一大粮食作物，在维护全球粮食安全方面具有至关重要的地位。然而，全球气候变暖导致高温天气频发，对玉米的生长和产量造成了严重限制。因此，深入探究全球玉米高温胁迫领域的研究热点和前沿趋势，有助于应对气候... 详细信息

玉米作为全球第一大粮食作物，在维护全球粮食安全方面具有至关重要的地位。然而，全球气候变暖导致高温天气频发，对玉米的生长和产量造成了严重限制。因此，深入探究全球玉米高温胁迫领域的研究热点和前沿趋势，有助于应对气候变化带来的高温挑战，促进玉米产业的可持续发展。本文利用CiteSpace软件，对1990—2023年间Web of Science核心数据库收录的4255篇玉米高温胁迫的相关论文进行关键词共现、聚类和突现分析。结果表明，玉米高温胁迫领域的研究热点主要集中在4个方面: 玉米在高温胁迫下的生长与产量变化、生理响应、分子机制和应对策略。深入探索这4个方面的研究进展，发现不同生育期的高温胁迫对玉米构成不同程度的伤害，减产幅度由高到低表现为花期>灌浆期>穗期>苗期; 高温胁迫还会引起玉米多个生理生化特征的变化，包括光合作用受损、生物膜透性增加、活性氧过度积累和激素失衡等; 玉米响应高温胁迫的分子机制研究重点关注基因表达和热休克蛋白运作，但耐热机制仍未明晰; 通过综合运用农艺措施与育种技术，包括播期调整、科学水肥管理和生长调节剂的合理施用以及耐热品种的培育，可以有效缓解高温胁迫，促进玉米高产稳产。此外，玉米响应高温胁迫的转录调控机制是该领域的关键研究前沿，也将是未来较长时间内研究的热门课题。本文全面回顾了过去34年玉米高温胁迫领域的文献，为玉米耐高温研究及缓解措施的制定提供了有益参考。

关键词：玉米高温胁迫 CiteSpace 生长响应分子机制应对策略转录调控

气候变化背景下有限供水冬小麦的适宜播期研究

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中国生态农业学报(中英文) 2024年

作者：刘青姗刘娜邵立威陈素英张喜英中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心/中国科学院农业水资源重点实验室/河北省节水农业重点实验室中国科学院大学

自工业革命以来气候变化加剧导致华北平原中北部冬小麦-夏玉米生长条件发生改变，调整冬小麦播期为该地区实施“两早-两晚”技术具有重要意义。本试验基于中国科学院栾城农业生态系统试验站2016—2023年限水灌溉条件下冬小麦7个生育期... 详细信息

自工业革命以来气候变化加剧导致华北平原中北部冬小麦-夏玉米生长条件发生改变，调整冬小麦播期为该地区实施“两早-两晚”技术具有重要意义。本试验基于中国科学院栾城农业生态系统试验站2016—2023年限水灌溉条件下冬小麦7个生育期4个播期2个品种的试验数据，确定以稳产为前提的冬小麦适宜播期及满足适播的热量条件。四个播期分别为当地正常播期(播期1)、正常播期基础上每个播期推迟5～7天(播期2、3和4)。结果表明，冬小麦在播期2后产量明显下降，播期4与其他3个播期下的产量差异显著(P生物量增长速率与小麦群体动态变化同步，若冬末春初遇到高温能弥补前期生长进程过慢产生的差距。播期对产量三要素产生的影响为: 穗数降低、穗粒数增加和千粒重变化无统计学差异，晚播冬小麦收获指数高于早播，籽粒品质随播期推迟存在下降趋势，但不同品种间存在差异。通过本研究得到以下结论: 在温度升高的气候变化背景下，冬小麦适宜播种日期可推迟2.6 d，为夏玉米延长灌浆期晚收获创造了条件，以上为华北平原中北部实施“两早-两晚”技术的决策提供理论支撑，为农业发展适应气候变化减轻压力。

关键词：气候变化限水冬小麦播期稳产