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基于混池测序及遗传图谱定位玉米雄穗分枝数基因

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南方农业学报 2024年

作者：周步进韦绍丽何静丹覃嘉明郑加兴黄安霞时成俏王兵伟广西农业科学院玉米研究所

【目的】构建玉米雄穗分枝数极端混池和分子遗传图谱，对雄穗分枝数进行QTL定位，为研究玉米雄穗分枝数的发育机制及选育雄穗分枝数少的品种提供理论参考。【方法】首先以一个雄穗分枝少的自交系SNM131与一个雄穗分枝多的自交系HY813组... 详细信息

【目的】构建玉米雄穗分枝数极端混池和分子遗传图谱，对雄穗分枝数进行QTL定位，为研究玉米雄穗分枝数的发育机制及选育雄穗分枝数少的品种提供理论参考。【方法】首先以一个雄穗分枝少的自交系SNM131与一个雄穗分枝多的自交系HY813组配F2代群体，统计群体各单株的雄穗分枝数，分析其遗传模式；其次在F2代群体中分别挑选33个雄穗分株少的单株及38个雄穗分枝多的单株构建混池，对2个亲本和2个子代混池分别展开30×、17×和28×覆盖度的全基因组重测序，对产生的测序数据进行关联分析，获得雄穗分枝数性状的定位区间；再次用10K芯片对F2代群体276个单株进行SNP标记分型，所得数据用于构建遗传连锁图谱并结合雄穗分枝数表型数据进行QTL定位；最后根据定位区间对应的B73参考基因组的物理区段上的基因注释信息，预测控制雄穗分枝数的候选基因。【结果】F2群体雄穗分枝数平均7.6个，F2代群体在雄穗分枝数性状上偏向母本SNM131，以少雄穗分枝为主。全基因组重测序共获得1812886个单核苷酸多态性(SNPs)标记和24714个插入缺失标记(InDels)标记并用于雄穗分枝数性状BSA(Bulked segregant analysis)分析，最终共获得6个显著关联区间，分布于玉米5、8、10号染色体。其中，10号染色体上一个峰值最高的关联区间(物理位置127.61～129.46 Mb)，推测为控制雄穗分枝数性状的主效位点。其次，构建了一个遗传图谱，包含2944个SNP标记，总图距3684.3 cM。利用全基因组复合区间作图法(GCIM)共定位到了5个QTL，分别分布于1、4、6、10号染色体，单个QTL可解释1.9%～9.9%的表型变异。主效QTL被定位在10号染色体约0.56 Mb的物理区间(127.81～128.37 Mb)，关联区间包含有15个有中、高功能变异位点的候选基因，其中TBN-S基因与雄穗分枝数发育有关。【结论】通过田间表型鉴定、图谱构建、分子标记定位将控制玉米雄穗分枝数主效基因定位在10号染色体短臂约0.56 Mb的范围内，共包含15个基因，预测TBN-S基因为候选基因。

关键词：玉米雄穗分枝数混池测序 QTL定位候选基因

基于注意力机制的轻量化VGG玉米籽粒图像识别模型

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中国粮油学报 2024年第1期39卷 189-195页

作者：孙孟研王佳马睿代东南刘起穆春华马德新青岛农业大学青岛266109 山东省农业科学院玉米研究所济南250100

玉米是重要的生产资料,为实现对玉米种子的识别与保护,实验采集了5个玉米品种,经处理后共获得1778张玉米籽粒图像,建立胚面与胚乳面混合的数据集。按7∶2∶1的比例划分训练集、验证集和测试集。首先基于迁移学习选取DenseNet121、Mobile... 详细信息

玉米是重要的生产资料,为实现对玉米种子的识别与保护,实验采集了5个玉米品种,经处理后共获得1778张玉米籽粒图像,建立胚面与胚乳面混合的数据集。按7∶2∶1的比例划分训练集、验证集和测试集。首先基于迁移学习选取DenseNet121、MobileNetV2、VGG16和GoogLeNet对玉米籽粒图像进行识别,在测试集上的准确率分别是94.32%、93.18%、95.45%和92.61%,由于在VGG16上的准确率最高,所以选择对VGG16进行改进,在对模型进行轻量化处理的同时引入通道注意力SE模块,构建一个新的网络模型L-SE-VGG,并与未预训练的VGG16、迁移学习的VGG16和不加SE模块的L-VGG进行对比,最终在L-SE-VGG上的识别准确率高达98.86%。研究为深度学习技术在玉米籽粒品种识别中的应用提供了新的有效策略和实验方法,为玉米籽粒品种的识别和检测提供了参考。

关键词： VGG16 SE模块图像识别深度学习玉米籽粒

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大豆种质抗旱性评价及抗旱候选基因的挖掘

中国农业科学 2024年第10期57卷 1857-1869页

作者：李盛有王昌陵闫春娟张立军孙旭刚曹永强王文斌宋书宏辽宁省农业科学院作物研究所

【目的】综合运用不同抗旱评价指标，筛选大豆优异抗旱种质，发掘重要抗旱基因，为大豆抗旱分子育种提供理论基础。【方法】利用188份大豆种质资源，于2018、2019、2020和2021年测定正常供水和干旱胁迫下的单株荚数、单株生物量和单株... 详细信息

【目的】综合运用不同抗旱评价指标，筛选大豆优异抗旱种质，发掘重要抗旱基因，为大豆抗旱分子育种提供理论基础。【方法】利用188份大豆种质资源，于2018、2019、2020和2021年测定正常供水和干旱胁迫下的单株荚数、单株生物量和单株产量，利用抗旱指数、改进抗旱指数、加权抗旱系数和加权抗旱指数等参数鉴定大豆种质的抗旱性，通过全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）检测与大豆抗旱参数显著相关的SNP(single nucleotide polymorphisms)标记，并结合干旱胁迫下大豆幼苗叶片基因表达谱分析，筛选抗旱候选基因。【结果】188份大豆种质资源的抗旱指数、改进抗旱指数、加权抗旱系数和加权抗旱指数存在广泛变异，分别利用逐级分类法将供试材料划分为5个等级。其中，辽豆15、辽豆69、辽豆14、金杖子黄豆、中黄606、科新3号、Koreane 4等7份种质在不同评价方法中均被鉴定为一级抗旱。对抗旱指数、改进抗旱指数、加权抗旱系数和加权抗旱指数进行GWAS分析，共定位到15个显著关联的SNP位点能够在多环境下稳定表达，这些位点对表型变异的贡献率为12.46%—25.60%。在显著SNP位点上、下游各200 kb区间内共有注释基因226个。通过对抗旱品种辽豆14和干旱敏感型品种辽豆21在干旱胁迫下进行转录组测序和实时荧光定量PCR分析，鉴定出32个注释基因受干旱胁迫诱导显著差异表达。其中，Glyma.02G182900、Glyma.04G012400、Glyma.06G258900、Glyma.15G100900、Glyma.01G172600、Glyma.04G012300、Glyma.01G172200和Glyma.04G010300等8个候选基因分别编码钙依赖性蛋白激酶、通用应激蛋白A、G型凝集素S受体样丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、蛋白磷酸酶2C、异黄酮还原酶、异黄酮还原酶同源物、生长素蛋白和b ZIP转录因子。【结论】综合运用不同抗旱参数，在188份大豆种质资源中筛选出7份抗旱种质资源，鉴定了15个与抗旱参数显著关联的SNP位点，并鉴定出抗旱候选基因8个。

关键词：大豆种质资源抗旱性评价全基因组关联分析候选基因

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中国机收再生稻研究现状与展望

应用生态学报 2024年第3期35卷 827-836页

作者：林文雄翁佩莹林文芳邵彩虹郭春林李忠陈鸿飞陈婷福建农林大学农业生态研究所福州350002 江西农业科学院土壤肥料与资源环境研究所南昌330200 安徽农业科学院水稻研究所合肥230031

随着水稻育种方法的不断改善和栽培技术的持续创新,再生稻的种植面积及比重在中国水稻生产系统中逐渐增大,已发展成为生产成效显著的水稻种植模式之一。本文结合作者多年来的研究与实践,从作物生理生态学的视角,紧紧围绕再生稻适宜品种... 详细信息

随着水稻育种方法的不断改善和栽培技术的持续创新,再生稻的种植面积及比重在中国水稻生产系统中逐渐增大,已发展成为生产成效显著的水稻种植模式之一。本文结合作者多年来的研究与实践,从作物生理生态学的视角,紧紧围绕再生稻适宜品种筛选及类型划分、机收再生稻的适宜留桩高度与水肥调控、再生稻干物质生产与分配特性及其与产量形成的关系、再生稻根系和再生活力及其与根际微生态特性的关系4个方面,综述了再生稻高产形成及其生理生态机制的研究现状与展望。在推广低留桩再生稻栽培技术时,应重视根际系统的合理调控,促进根际营养供给和腋芽适时萌发及分蘖再生协调发展,实现高再生系数、高再生穗数、高收获指数、高产优质、低碳安全可持续的“四高一低”目标,促进再生稻产业可持续发展。

关键词：再生稻机械化留桩高度再生力腋芽萌发固碳减排

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马铃薯StDof5的克隆及表达分析

生物技术通报 2024年第3期40卷 181-192页

作者：梅显军宋慧洋李京昊梅超宋倩娜冯瑞云陈喜明山西农业大学玉米研究所忻州034000 山西农业大学农学院太谷030800 山西省农业科学院作物科学研究所太原030031

【目的】DNA binding with one finger(Dof)基因家族是植物特有的转录因子在植物生长发育和胁迫响应中发挥重要作用。研究Dof转录因子在马铃薯响应逆境胁迫特别是盐胁迫中的功能与机制,为获得抗盐逆境胁迫新品种提供一定的理论和技术基... 详细信息

【目的】DNA binding with one finger(Dof)基因家族是植物特有的转录因子在植物生长发育和胁迫响应中发挥重要作用。研究Dof转录因子在马铃薯响应逆境胁迫特别是盐胁迫中的功能与机制,为获得抗盐逆境胁迫新品种提供一定的理论和技术基础。【方法】克隆StDof5,并对其进行生物信息学分析,通过同源重组的方法构建StDof5过表达载体,转化马铃薯得到阳性植株,并对其表达进行分析。【结果】StDof5的CDS全长498 bp,编码165个氨基酸,分子式为C800H1236N242O246S9,StDof5原子个数2533个,相对分子量为18468.63 kD,等电点是8.47,脂肪族指数为51.45,不稳定系数为45.16,预测该蛋白为不稳定蛋白。预测得到的跨膜螺旋个数为0,其属于非跨膜蛋白。StDof5蛋白亲水性平均值为-0.876,预测该蛋白属于亲水性蛋白。StDof5蛋白二级结构预测结果显示α螺旋占20%,β转角占0,延长链占9.7%,无规卷曲占66.06%。盐胁迫表型试验表明,过表达植株(OPs)比野生型(DES)的株高、鲜重均有明显程度上升,但根长、根数和叶片数差异不大。【结论】过表达植株(OPs)能够抵御盐胁迫,对盐胁迫呈现脱敏感表型。该基因对盐胁迫响应明显,且存在组织特异性。

关键词：马铃薯 StDof5 载体构建遗传转化

休耕对抚仙湖周边农田土壤剖面和浅层地下水中氮累积的影响

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环境科学 2024年第6期45卷 3225-3233页

作者：叶远行陈安强李林闵金恒王炽闫辉张丹云南农业大学资源与环境学院昆明650201 云南省农业科学院农业环境资源研究所昆明650201

减少外源氮投入能有效降低农田土壤氮累积和地下水氮污染,休耕是减少外源氮投入的重要措施之一.为探讨农田休耕对土壤剖面和浅层地下水中氮累积的影响,以抚仙湖周边农田土壤剖面和浅层地下水为研究对象,分析了休耕前(2017年12月)和休耕... 详细信息

减少外源氮投入能有效降低农田土壤氮累积和地下水氮污染,休耕是减少外源氮投入的重要措施之一.为探讨农田休耕对土壤剖面和浅层地下水中氮累积的影响,以抚仙湖周边农田土壤剖面和浅层地下水为研究对象,分析了休耕前(2017年12月)和休耕后(2020年8月和2021年4月)农田0~100 cm土壤剖面氮累积和浅层地下水中氮浓度的变化及其两者的关系.结果表明:休耕显著降低了土壤剖面氮含量和储量,休耕后0~30、30~60和60~100 cm土壤剖面TN、ON、DTN、NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N含量分别降低18.4%~36.5%、16.1%~26.8%、54.0%~130.2%、59.5%~90.8%和60.1%~110.6%.休耕前0~100 cm土壤TN、ON、DTN、NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N储量分别为(17.20±0.97)t·hm^(-2)、(15.50±1.23)t·hm^(-2)、(0.68±0.06)t·hm^(-2)、(266.8±31.17)kg·hm^(-2)和(18.7±3.04)kg·hm^(-2),休耕后各形态氮储量分别下降了25.5%、23.3%、44.7%、80.1%和59.9%.休耕也改变了浅层地下水中氮浓度和形态构成,休耕后地下水中TN、ON、NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N浓度分别下降了88.4%、82.7%、92.1%、65.8%,ON/TN和NH_(4)^(+)-N/TN从休耕前的26%和6%升高至休耕后的39%和17%,而NO_(3)^(-)-N/TN从休耕前的61%降至休耕后的41%.地下水氮浓度和形态变化与休耕前后土壤中DTN、NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N和地下水中p H、ORP、DO等因素密切相关.可见,休耕有效降低了农田土壤剖面氮累积,缓解了浅层地下水氮污染,有利于防止高原湖泊的水质恶化.

关键词：休耕氮储量浅层地下水土壤剖面抚仙湖

糜子种质资源直链淀粉含量与Waxy基因等位变异分析

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植物遗传资源学报 2024年

作者：王红梅董孔军何继红白斌刘天鹏任瑞玉刘新星甘肃省农业科学院小麦研究所甘肃省农业科学院作物研究所甘肃省农业科学院生物技术研究所

本研究测定了100份糜子种质资源的直链淀粉和支链淀粉含量，采用分子标记对胚乳直链淀粉合成调控基因Waxy进行基因分型，并选取不同直链淀粉含量代表种质资源进行基因测序和差异位点分析。结果表明，100份糜子种质资源直链淀粉含量变化... 详细信息

本研究测定了100份糜子种质资源的直链淀粉和支链淀粉含量，采用分子标记对胚乳直链淀粉合成调控基因Waxy进行基因分型，并选取不同直链淀粉含量代表种质资源进行基因测序和差异位点分析。结果表明，100份糜子种质资源直链淀粉含量变化幅度为0～22.78%，平均6.07%，直链淀粉含量低于3.7%的糯性材料占36%，完全糯性材料占24%；支链淀粉含量变化幅度为4.55%～56.73%，平均15.3%。分子标记M5/R11扩增产物能有效区分S0、S-15和S0S-15基因型；标记int5Lf/R3和M12/R12的PCR产物利用内切酶 ACCⅠ和EcoNⅠ剪切，可鉴别出LC、LY、LF基因型。100份糜子种质共发现9种基因型，其中S0/Lc数量最多占33%，S-15/LF占25%，杂合型S0/S-15/LF、S0/S-15/LC、S0/S-15/LY/LF各占2%。通过Waxy基因序列比对，从地方品种甘谷黑蝉背、黑糜子、庆阳饿死牛，育成品种晋黍9号、赤糜2号等种质资源中发现了大量新的SNPs位点，可用于基因功能和糜子育种材料创制研究。因此，本研究结果为糜子分子育种工作及品质改良提供了理论依据。

关键词：糜子直链淀粉含量，Waxy基因基因分型等位变异

甘肃省陇中地区小米游离氨基酸组成及综合评价

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食品工业科技 2024年第13期45卷 281-291页

作者：柳利龙张爱琴徐瑞郭斌王青甘肃省农业科学院畜草与绿色农业研究所甘肃兰州730070 甘肃省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所甘肃兰州730070

为探究甘肃省陇中地区小米游离氨基酸(free amino acid,FAA)的组成、含量及综合品质差异,以12份小米材料为研究对象,采用液相色谱-串联质谱法测定FAA种类和含量,利用主成分分析(principal component analysis,PCA)和聚类分析(hierarchic... 详细信息

为探究甘肃省陇中地区小米游离氨基酸(free amino acid,FAA)的组成、含量及综合品质差异,以12份小米材料为研究对象,采用液相色谱-串联质谱法测定FAA种类和含量,利用主成分分析(principal component analysis,PCA)和聚类分析(hierarchical cluster analysis,HCA)对小米FAA品质进行综合评价。结果表明:小米中FAA含量丰富,含有19~20种FAA,FAA总量范围在1046.80~1773.85 mg/kg,天冬酰胺(Asn)、天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)和甘氨酸(Gly)是小米中最主要的4种FAA。不同品种小米间FAA种类差异不明显,但FAA含量存在显著差异(P苦味氨基酸>甜味氨基酸>芳香族氨基酸;小米含9种药用氨基酸和3种支链氨基酸,其中药用氨基酸的平均含量为706.34 mg/kg,占FAA总量的比例为53.63%,具有潜在的药用价值;不同品种小米FAA间相关性显著,PCA共提取5个主成分,累计方差贡献率为86.20%,FAA综合评分排名前3的小米依次为陇谷23号、陇谷11号和豫谷18号;HCA将12份小米样品分为4个类群,第Ⅰ类(陇谷23号)和Ⅲ类(陇谷11号和豫谷18号)小米FAA综合品质表现最好,其FAA总量显著高于其他两个类群(P<0.05),而第Ⅱ类(会宁凉谷、陇谷18号、陇谷029号)小米FAA综合品质相对较差,与主成分分析的结果大体一致,可较好地反映不同品种小米间FAA品质的差异性。

关键词：小米游离氨基酸主成分分析聚类分析综合评价

转录组和蛋白质组关联分析解析巴西蕉幼苗响应低温的分子机制

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中国农业科学 2024年第8期57卷 1575-1591页

作者：林蔚吴水金李跃森福建省农业科学院亚热带农业研究所

【目的】低温是导致香蕉减产的主要自然灾害之一。基于转录组与蛋白质组关联分析参与香蕉抗寒的相关基因、蛋白及信号、代谢通路调控网络，探讨香蕉抗寒的分子机制。【方法】以巴西蕉为试材，在7℃低温下处理1 d(Cold1)和3 d(Cold3)，... 详细信息

【目的】低温是导致香蕉减产的主要自然灾害之一。基于转录组与蛋白质组关联分析参与香蕉抗寒的相关基因、蛋白及信号、代谢通路调控网络，探讨香蕉抗寒的分子机制。【方法】以巴西蕉为试材，在7℃低温下处理1 d(Cold1)和3 d(Cold3)，以28℃培养的巴西蕉为对照（CK），基于笔者课题组前期获得的蛋白质组数据，利用转录组测序技术检测巴西蕉在低温胁迫下基因调控网络的变化，同时与蛋白质组学数据进行关联分析，共同解析巴西蕉响应低温胁迫的分子机制。【结果】转录组分析结果显示，Cold1 vs CK、Cold3 vs CK和Cold1 vs Cold3三个对比组分别鉴定出11 370、15 460和9 619个差异表达基因，对这些基因的KEGG富集分析发现，差异表达基因在光合作用信号、谷胱甘肽代谢、α-亚麻酸代谢途径和苯丙素生物合成等多个低温胁迫关键信号代谢通路中富集。对部分差异表达基因进行实时荧光定量（qRT-PCR）分析，其中DREB、MAPK和MYB等低温调控关键基因的表达量在低温处理后显著上升，所选20个基因的表达变化趋势与RNA-seq基本相符，证实了RNA-seq的准确性。转录组与蛋白质组关联分析结果显示，共鉴定到6 211个与转录本相对应的蛋白，转录组与蛋白质呈现正相关关系，共有105个转录本及其对应的蛋白表达量共同上调，有218个转录本及其对应的蛋白表达量共同下调。GO富集分析显示，差异表达基因和蛋白在光响应、叶绿体、氧化还原酶活性等功能大量富集。此外，对差异表达基因和蛋白KEGG通路的关联分析发现，低温处理抑制了苯丙素生物合成和光合作用信号途径相关基因及蛋白的表达，促进了α-亚麻酸代谢和谷胱甘肽途径的表达。【结论】运用转录组结合蛋白质组学技术绘制了基因和蛋白质水平上的香蕉抗寒调控网络，并发现香蕉响应低温的信号通路主要涉及光合作用信号、谷胱甘肽代谢、α-亚麻酸代谢途径和苯丙素生物合成等途径。

关键词：香蕉低温胁迫转录组蛋白质组关联分析