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玉米穗粗一般配合力多位点全基因组关联分析和基因组预测

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作物杂志 2024年第1期 31-39页

作者：马娟黄璐宇婷郭国俊朱卫红刘京宝河南省农业科学院粮食作物研究所河南郑州450002

穗粗是一个重要的穗部性状,一般配合力(GCA)是杂交育种中衡量亲本组配能力的一个重要指标。以NCII遗传交配设计组配的537个F1杂交组合为材料,利用7种多位点全基因组关联分析方法(MGWAS)对河南新乡、周口和综合环境穗粗GCA开展定位分析,... 详细信息

穗粗是一个重要的穗部性状,一般配合力(GCA)是杂交育种中衡量亲本组配能力的一个重要指标。以NCII遗传交配设计组配的537个F1杂交组合为材料,利用7种多位点全基因组关联分析方法(MGWAS)对河南新乡、周口和综合环境穗粗GCA开展定位分析,并研究MGWAS方法挖掘的显著关联位点作为固定效应对穗粗GCA预测准确性的影响,为穗粗GCA关键位点的基因组选择(GS)育种利用提供指导。结果表明,共检测到18个穗粗GCA显著关联SNP(P<8.52E-07),其中6个位点利用2~5种MGWAS方法同时检测到,3个位点在2个环境中均检测到。5种GS随机效应模型对3个环境穗粗GCA预测准确性均较低,为0.32~0.44。3个环境中,显著位点作为固定效应加入预测模型中均能有效地提高穗粗GCA基因组预测能力,可将预测精度提高到0.38~0.64。

关键词：玉米穗粗一般配合力多位点全基因组关联分析基因组选择固定效应模型

玉米花粉高温胁迫相关miRNA的筛选及其靶基因分析

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河南农业科学 2024年第2期53卷 1-16页

作者：李川张盼盼张美微牛军穆蔚林郭涵潇乔江方河南省农业科学院粮食作物研究所河南郑州450002

以高耐热玉米品种郑单958、低耐热玉米品种先玉335为材料,以正常生长条件为对照,在花期进行高温胁迫,通过miRNA高通量测序筛选玉米花粉中的差异表达miRNA,然后预测其靶基因,并对靶基因的本体特征和代谢通路进行富集分析。结果表明,共筛... 详细信息

以高耐热玉米品种郑单958、低耐热玉米品种先玉335为材料,以正常生长条件为对照,在花期进行高温胁迫,通过miRNA高通量测序筛选玉米花粉中的差异表达miRNA,然后预测其靶基因,并对靶基因的本体特征和代谢通路进行富集分析。结果表明,共筛选到818个miRNA前体序列。在郑单958高温胁迫花粉与对照花粉对比组(HT958 vs CK958)中共筛选到19个显著差异表达miRNA序列,其中15个miRNA序列上调表达,4个下调表达,3个miRNA序列达到极显著水平(P<0.01)。对这19个显著差异表达miRNA的靶基因进行预测,共获得了503个基因转录本,其富集较多的GO生物学过程条目分别为转录调控DNA-模板、微管生物学过程、磷酸化作用、RNA聚合酶Ⅱ正向调控转录过程、甲基化作用等,KEGG富集较显著的代谢通路分别是谷胱甘肽代谢、碳代谢、花生四烯酸代谢、糖酵解/糖异生、叶酸生物合成等。在先玉335高温胁迫花粉与对照花粉对比组(HT335 vs CK335)中共筛选到15个显著差异表达miRNA序列,其中7个miRNA序列上调表达,8个下调表达,1个miRNA序列达到了极显著水平(P<0.01)。对这15个显著差异表达miRNA的靶基因进行预测,共获得了454个基因转录本,其富集较多的GO生物学过程条目分别为转录调控DNA-模板、磷酸化作用、蛋白质磷酸化作用、蛋白质水解、DNA修复等,富集较显著的KEGG代谢通路分别是其他多糖降解、亚油酸代谢、代谢通路、硫胺素代谢、内质网内蛋白质加工过程等。在郑单958高温胁迫花粉与先玉335高温胁迫花粉对比组(HT985 vs HT335)中共筛选到85个显著差异表达miRNA序列,其中35个miRNA序列为上调表达,50个为下调表达,24个miRNA序列达到了极显著水平(P<0.01)。对这85个显著差异表达miRNA的靶基因进行预测,共获得了2 286个基因转录本,其富集较多的GO生物学过程条目分别为转录调控DNA-模板、磷酸化作用、蛋白质磷酸化、蛋白质水解、跨膜转运等,富集较显著的代谢通路分别是鞘脂类代谢、淀粉和蔗糖代谢、其他多糖降解、代谢通路、半胱氨酸及甲硫氨酸代谢等。在HT958 vs CK958与HT335 vs CK335对比组中共筛选到94个显著差异表达miRNA序列,其中(预测全新)PC-3p-10069_1143、(预测全新)PC-3p-18335_646、(玉米)zma-miR164f-5p等28个miRNA序列达到了极显著水平(P<0.01)。对这94个显著差异表达miRNA的靶基因进行预测,共获得了4 569个基因转录本,其富集较多的GO生物学过程条目分别为转录调控DNA-模板、磷酸化作用、蛋白质磷酸化、蛋白质转运、蛋白质水解等,其富集较显著的KEGG代谢通路分别是内质网内蛋白质加工过程、真核生物核糖体生物合成、剪接体、鞘脂类代谢、内吞作用等。

关键词：玉米花粉花期高温胁迫 miRNA测序差异表达miRNA 靶基因

等带宽间作模式下不同玉米花生行比对花生光合特性和系统产量的影响

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四川农业大学学报 2024年第1期42卷 39-45页

作者：梁满沈一刘永惠沈悦张旭尧陈志德江苏省农业科学院经济作物研究所南京210014

【目的】明确相同带宽条件下不同玉米花生种植行比对花生光合特性和系统产量的影响,为构建适宜行比的玉米花生带状间作模式提供理论参考和技术支持。【方法】以玉米花生带状间作系统为对象,设置玉米单作,花生单作,玉米花生间作(3.6 m的... 详细信息

【目的】明确相同带宽条件下不同玉米花生种植行比对花生光合特性和系统产量的影响,为构建适宜行比的玉米花生带状间作模式提供理论参考和技术支持。【方法】以玉米花生带状间作系统为对象,设置玉米单作,花生单作,玉米花生间作(3.6 m的总带宽,行比分别为2∶6、4∶4、6∶2),研究不同行比对间作花生干物质积累、叶面积指数、叶片光合参数、产量构成和玉米花生系统产量的影响。【结果】3种间作模式的干物质量和叶面积指数均小于单作,其中2∶6种植模式在花生生育后期的叶面积指数较4∶4和6∶2分别提高30.07%和44.19%,等带宽间作体系下相对较少的玉米行比可以增加间作花生的叶绿素含量和光合速率,保持花生叶片较高的光合能力,从而获得产量优势。间作显著降低了玉米的穗数、穗粒数和百粒重以及花生的单株饱果数和百果重,系统产量以2行玉米6行花生的种植模式最高,为13749.9 kg/hm^(2),3种间作模式的土地当量比均大于1,且综合产量均显著高于单作玉米和单作花生。【结论】在玉米花生等带宽间作模式下,花生行比的增加缓解了玉米的荫蔽效应,改善了花生的光合能力,同时提高土地利用率,实现稳粮增油、均衡生产。

关键词：间作花生行比光合特性系统产量

21份湖北省小麦品种(系)抗病基因鉴定及抗秆锈性分析

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麦类作物学报 2024年

作者：孙会言侯凌晓王子叶刘东军张功俊宋维富刘易科李天亚沈阳农业大学植物保护学院黑龙江省农业科学院作物资源研究所湖北省农业科学院粮食作物研究所

由禾柄锈菌(Puccinina graminis f.***.tritici)引起的小麦秆锈病是世界范围内最主要的小麦病害之一,培育和种植抗病品种是控制该病害最经济有效的方法,及时澄清品种抗性及所含抗病基因对持久抗病育种具有重要意义。湖北省曾作为中国小... 详细信息

由禾柄锈菌(Puccinina graminis f.***.tritici)引起的小麦秆锈病是世界范围内最主要的小麦病害之一,培育和种植抗病品种是控制该病害最经济有效的方法,及时澄清品种抗性及所含抗病基因对持久抗病育种具有重要意义。湖北省曾作为中国小麦秆锈病过渡越冬区,在小麦秆锈病大区传播和流行中具有至关重要的作用。为了明确湖北地区品种抗秆锈性及品种所含抗病基因,本研究选用小麦秆锈菌优势小种34MKGQM和21C3CTHQM,对从该区域征集的21份小麦品种进行了苗期和成株期抗秆锈性评价,并利用与抗秆锈病基因Sr25、Sr26、Sr31和Sr38等紧密连锁的分子标记进行了检测。结果表明,在苗期对34MKGQM和21C3CTHQM表现抗病的分别有9和3份,分别占42.86%和14.29%;连续2年的田间成株期抗性评价中未发现对34MKGQM和21C3CTHQM表现免疫的品种,仅有在苗期对这2个小种表现抗病的3个小麦品种表现为中度抗病-抗病,其余18个品种对供试小种表现为中度感病-感病;分子检测结果表明,在21份小麦品种中仅有2份小麦品种含有Sr31,未检测到含有Sr25、Sr26和Sr38的品种。由此可见,供试的小麦品种对当前中国2个小麦秆锈菌抗性较差,且品种中所含的抗病基因相对较少。研究结果为抗病品种的合理布局和开展可预见性的持久抗病育种提供理论参考。

关键词：禾柄锈菌苗期抗性成株期抗性分子检测抗病基因

玉米苯丙氨酸解氨酶（PAL）家族基因分析及ZmPAL5的功能研究

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中国农业科学 2024年第12期57卷 2265-2281页

作者：曹丽茹叶飞宇库丽霞马晨晨庞芸芸梁小菡张新鲁晓民河南省农业科学院粮食作物研究所/神农种业实验室河南农业大学农学院

【目的】挖掘玉米抗旱关键基因、揭示其抗旱分子机制，为培育抗旱玉米新品种提供基因资源和理论指导。【方法】采用转录组数据结合加权基因共表达网络（weighted gene co-expression network,WGCNA）与抗旱性生理生化指标的筛选方法，... 详细信息

【目的】挖掘玉米抗旱关键基因、揭示其抗旱分子机制，为培育抗旱玉米新品种提供基因资源和理论指导。【方法】采用转录组数据结合加权基因共表达网络（weighted gene co-expression network,WGCNA）与抗旱性生理生化指标的筛选方法，鉴定与抗旱和复水相关的ZmPAL基因。利用生物信息学方法对编码PAL的基因进行全基因组分析。运用实时荧光定量PCR(quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)检测ZmPAL基因在干旱处理条件下的表达情况，以及ZmPAL5在不同自交系间的表达特性和在不同组织中的表达模式。最后，利用遗传转化分析ZmPAL5在玉米中的抗旱功能，并借助CRISPR/Cas9技术对PAL5同源基因进行缺失型拟南芥突变体的抗旱性分析。【结果】鉴定了19个玉米ZmPAL基因，其中6个基因聚集在第5染色体上，其编码蛋白多为亲水性酸性蛋白，且PAL家族基因的进化相对保守。ZmPAL基因启动子区域含有大量与激素和非生物应激响应相关的顺式作用元件。确定了6个核心基因，其中4个基因在干旱处理后显著上调表达。尤其是ZmPAL5在干旱胁迫后表达量增加了8.57倍。在干旱胁迫和复水处理条件下，发现抗旱自交系郑8713中ZmPAL5的表达水平显著高于旱敏感自交系B73。同时，ZmPAL5是一个组成型表达基因，在幼茎中表现出高水平的表达。过表达ZmPAL5玉米在干旱胁迫下生长良好，其相对含水量、木质素、叶绿素、可溶性蛋白、脯氨酸含量，以及超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶的活性分别是野生型的1.52、1.49、1.47、1.43、1.44、1.41、1.53、1.41和1.35倍，但丙二醛含量是野生型的0.65倍。PAL5缺失型拟南芥突变体对干旱敏感。在干旱胁迫下，其生理生化指标与过表达ZmPAL5玉米的指标变化趋势相反。【结论】筛选出6个响应干旱胁迫的核心基因（ZmPAL3、ZmPAL5、ZmPAL6、ZmPAL8、ZmPAL11和ZmPAL13），其中，ZmPAL5的表达量与抗旱性呈正相关。ZmPAL5通过影响渗透调节物质含量和抗氧化酶活性正向调节植物的抗旱性和恢复能力。

关键词：玉米苯丙氨酸解氨酶 ZmPAL5 抗旱性生理生化

基于靶向测序技术的菜豆SNP液相芯片开发及验证

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园艺学报 2024年第5期51卷 1017-1032页

作者：袁娜徐勤圆徐照龙周玲刘晓庆陈新杜建厂江苏省农业科学院种质资源与生物技术研究所南京210014 江苏省农业科学院经济作物研究所江苏省高效园艺作物遗传改良重点实验南京210014

根据公开发表的菜豆基因组和重测序数据,利用生物信息学的方法筛选出61950个高质量SNP位点,通过对目标位点进行探针设计评估,最终设计开发出分别包含40352、20855和10486个SNP位点的40K、20K和10K液相芯片。利用10K液相芯片,对89份菜豆... 详细信息

根据公开发表的菜豆基因组和重测序数据,利用生物信息学的方法筛选出61950个高质量SNP位点,通过对目标位点进行探针设计评估,最终设计开发出分别包含40352、20855和10486个SNP位点的40K、20K和10K液相芯片。利用10K液相芯片,对89份菜豆品种进行靶向测序基因分型检测,结果显示菜豆的平均多态性信息含量值和基因多样性值分别为0.35和0.29。STRUCTURE和聚类分析将89份菜豆划分为2个品种群,该分类结果显示同一地域的菜豆品种遗传背景和果实性状大都较为相似。基于选择信号分析,共鉴定到103个处于强烈选择状态的区域,这些区域中的位点可为后续功能基因研究提供候选。

关键词：菜豆单核苷酸多态性靶向测序遗传多样性

不同连作年限设施草莓土壤微生物群落结构分析

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中国土壤与肥料 2024年

作者：田春丽姚丽娟鲁晓民杜君王立河河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所河南农业职业学院河南省农业科学院粮食作物研究所

为探索不同连作年限设施草莓土壤细菌和真菌群落结构变化及其与土壤环境因子的关系，通过高通量测序对新茬（S1）、连作5年（S5）和连作8年（S8）的设施草莓土壤样品进行测序分析，并测定土壤的理化性质以及土壤酶活性。结果显示，随着... 详细信息

为探索不同连作年限设施草莓土壤细菌和真菌群落结构变化及其与土壤环境因子的关系，通过高通量测序对新茬（S1）、连作5年（S5）和连作8年（S8）的设施草莓土壤样品进行测序分析，并测定土壤的理化性质以及土壤酶活性。结果显示，随着设施草莓连作年限的增加，土壤的pH和电导率极显著升高，硝态氮含量极显著降低，有效磷及速效钾的含量先显著降低后显著增高，碱式磷酸酶和脲酶活性呈显著上升后显著降低趋势。随着设施草莓连作年限的增加，土壤细菌ACE指数、ChaoI指数、Simpson指数及Shannon指数皆显著增加，而土壤真菌的Alpha多样性指数的变化不显著。土壤中细菌和真菌优势菌群组成发生改变，随着设施草莓连作年限增加，土壤细菌变形菌门、酸酐菌门、硝化螺旋菌门和Latescibacteria相对丰度显著增加，厚壁菌门、放线菌门和拟杆菌门的相对丰度显著降低；在属水平上，设施草莓土壤硝化螺菌属相对丰度显著增加，RB41和芽孢杆菌属相对丰度显著降低，鞘氨醇单胞菌属相对丰度呈先显著增高后显著降低趋势。设施草莓连作土壤优势真菌在门水平无显著变化，在属水平上，土壤真菌占比最高优势菌由毛葡孢属转变为镰刀菌属，草莓土壤病原菌镰刀菌属、曲霉属、枝孢属相对丰度显著增加，乌氏霉属、链格孢属整体增加。相关性分析显示，影响土壤微生物群落的主要因素有土壤pH、电导率、有机质、硝态氮、有效磷和速效钾，微生物群落结构的变化对碱式磷酸酶活性影响较大。

关键词：设施连作草莓高通量测序技术土壤理化性质土壤酶活性

无人机多光谱影像的小麦倒伏信息多特征融合检测研究

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光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 197-206页

作者：朱文静冯展康戴世元张平平嵇文王爱臣魏新华江苏大学农业工程学院江苏镇江212013 江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室江苏镇江212013 江苏省农业科学院粮食作物研究所江苏南京210014 江苏省洪泽湖农场集团有限公司农业科技研究所江苏宿迁223900

为探究多特征融合方法在作物倒伏领域快速精准识别中的适用性,利用无人机获取多田块冠层尺度的不同倒伏率麦田多光谱数据,对原始倒伏图像进行图像拼接、辐射校正、几何校正等预处理,并利用重归一化差值植被指数和阴影指数分别剔除土壤... 详细信息

为探究多特征融合方法在作物倒伏领域快速精准识别中的适用性,利用无人机获取多田块冠层尺度的不同倒伏率麦田多光谱数据,对原始倒伏图像进行图像拼接、辐射校正、几何校正等预处理,并利用重归一化差值植被指数和阴影指数分别剔除土壤和阴影背景,提取小麦倒伏DSM模型和植被指数分别与多光谱图像进行多特征图像主成分变换融合,筛选差异性较大的纹理特征,采用支持向量机(SVM)、人工神经网络(ANN)和最大似然法(MLC)监督分类模型对多光谱和DSM融合图像、多光谱和归一化植被指数(NDVI)融合图像、多光谱图像和纹理特征图像进行监督分类,并采用总体精度(OA)、 Kappa系数和提取误差综合评价各监督模型的分类性能和倒伏提取精度。分类结果表明:各监督分类方法在不同倒伏区域提取结果建模效果趋势一致,SVM和ANN整体提取精度高于MLC,在高倒伏区域,多光谱与NDVI融合图像的SVM监督模型(OA:92.63%, Kappa系数:0.85,提取误差:1.11%)提取效果最好;在中倒伏区域,多光谱与DSM融合图像的SVM监督模型(OA:90.35%, Kappa系数:0.79,提取误差:9.34%)提取效果最好;在低倒伏区域,均值纹理特征图像的ANN监督模型(OA:91.05%, Kappa系数:0.82,提取误差:8.20%)提取结果较好。本研究将DSM模型、植被指数、纹理特征与多光谱图像进行融合对比,并对多特征融合方法能否高精度有效提取小麦倒伏信息进行了探究,结果表明无人机多光谱遥感结合特征融合技术能有效提取小麦倒伏面积,提取效果优于单特征小麦倒伏图像。本研究结果可为助力小麦倒伏灾情调查数据的精确获取方法提供参考。

关键词：无人机遥感图像处理多光谱特征融合倒伏小麦

不同种植模式对玉米光合特性、产量及品质的影响

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干旱地区农业研究 2024年

作者：连晓荣何海军李永生周文期王晓娟杨彦忠刘忠祥张彦军周玉乾甘肃省农业科学院作物研究所

以6个不同熟期玉米品种为材料,于2020—2021年在河西走廊灌区不同地区开展试验,研究覆膜和露地两种种植模式对不同熟期玉米品种农艺性状、光合指标、产量和品质的影响。结果表明,不同地区两年参试品种在覆膜条件下的株高较露地种植提高3... 详细信息

以6个不同熟期玉米品种为材料,于2020—2021年在河西走廊灌区不同地区开展试验,研究覆膜和露地两种种植模式对不同熟期玉米品种农艺性状、光合指标、产量和品质的影响。结果表明,不同地区两年参试品种在覆膜条件下的株高较露地种植提高3.96%,轴粗降低6.87%,其他农艺性状两种种植模式间差异不显著;品种间净光合速率（P_n）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）有所不同,但覆膜与露地种植模式间差异不显著;覆膜和露地种植处理的平均产量分别为16 381.05 kg·hm-2和16 186.05 kg·hm-2,两模式间差异不显著;不同种植模式间的粗脂肪、粗蛋白、淀粉含量差异不显著。与露地种植模式相比,不同地区两个年份下早熟品种和中熟品种覆膜种植模式玉米产量分别平均降低5.30%和4.24%,晚熟品种玉米产量平均增加7.91%;与覆膜种植方式相比,露地种植早熟和中熟玉米品种的纯收入分别增加9.19%和6.99%,晚熟品种纯收入平均降低5.08%。综上所述,在河西走廊灌区,早熟和中熟玉米品种推荐选择露地种植,晚熟品种推荐采用覆膜种植。

关键词：种植模式玉米光合特性产量品质河西灌区