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缺钾胁迫下谷子转录组分析及相关基因挖掘

中国农业科技导报 2024年第6期26卷 30-44页

作者：鲁一薇夏雪岩赵宇崔纪菡刘猛黄玫红褚程刘建军李顺国河北省农林科学院谷子研究所国家谷子改良中心农业农村部特色杂粮遗传改良与利用重点实验室(部省共建)河北省杂粮研究实验室石家庄050035 河北省杂粮产业技术研究院河北邯郸056000

钾是作物生长不可缺少的元素,挖掘提高作物钾吸收能力的基因,增强作物对缺钾的耐受性具有重要的意义。以‘冀谷45’为供试材料,幼苗长至6叶期时进行缺钾胁迫7 d,通过农艺指标及转录组分析挖掘缺钾胁迫的相关基因。结果表明,缺钾胁迫影... 详细信息

钾是作物生长不可缺少的元素,挖掘提高作物钾吸收能力的基因,增强作物对缺钾的耐受性具有重要的意义。以‘冀谷45’为供试材料,幼苗长至6叶期时进行缺钾胁迫7 d,通过农艺指标及转录组分析挖掘缺钾胁迫的相关基因。结果表明,缺钾胁迫影响谷子的生长发育,株高、叶宽、叶长、茎粗、苗期地上部干重及叶绿素含量低于CK,而根长、根表面积显著增加。转录组分析显示,缺钾胁迫后217个基因表达上调,38个基因表达下调。GO功能富集发现,差异表达基因主要富集于核糖体的结构成分、有机氮化合物代谢过程、蛋白质代谢过程、细胞蛋白质代谢过程、无膜细胞器等类别。KEGG功能富集结果表明,差异表达基因主要富集于核糖体、植物激素信号转导、谷胱甘肽代谢等19个通路。进而筛选出35个与激素表达显著相关的基因,19个氧化应激相关差异表达基因,10个转录因子家族及11个与转导信号相关的基因,1个与氨基酸及核苷酸的糖代谢相关的基因。候选基因Seita.9G193900属于CYP45084A亚家族,调控S型木质素合成的关键酶;Seita.5G365500属于WRKY家族,调控抗病响应基因PAD3等基因的表达;Seita.3G216900是RNA聚合酶Ⅱ转录亚基37E相关介质——HSPA1s辅助蛋白;Seita.4G286000为几丁内质内切酶基因CHIB,调控糖的合成与酵解。以上结果初步揭示了谷子缺钾胁迫相关基因的转录调控,为谷子耐缺钾相关基因的克隆与功能验证奠定基础。

关键词：谷子缺钾差异表达基因转录组

粟负泥虫成虫触角转录组及气味结合蛋白基因家族分析

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基因组学与应用生物学 2024年

作者：刘佳曹艺轩白辉王永芳马继芳刘磊董志平李志勇河北北方学院河北省农林科学院谷子研究所，农业农村部特色杂粮遗传改良与利用重点实验室(部省共建)，河北省杂粮研究重点实验室

粟负泥虫（Oulema tristis）是谷子上的重要害虫，对谷子的产量和品质均构成了严重威胁。气味结合蛋白（odorant binding proteins，OBPs）作为昆虫嗅觉识别系统中与气味分子结合的重要气味结合蛋白，在成虫定位寄主植物及交配行为中发... 详细信息

粟负泥虫（Oulema tristis）是谷子上的重要害虫，对谷子的产量和品质均构成了严重威胁。气味结合蛋白（odorant binding proteins，OBPs）作为昆虫嗅觉识别系统中与气味分子结合的重要气味结合蛋白，在成虫定位寄主植物及交配行为中发挥着重要作用。本研究通过转录组测序，构建了粟负泥虫成虫触角转录组数据库，挖掘粟负泥虫成虫触角中潜在的OBPs家族基因，并对其理化性质、保守基序、系统发育及表达量进行了分析。结果表明，得到了一个准确性高、拼接完整度好、且功能注释较好的高质量的触角转录组数据库。共鉴定出32个OBPs，其编码92～184个氨基酸，蛋白分子的质量为10.07～21.19 kDa。不同分支上OBPs的Motif组成有所差异，但位于同一个分支上的OBPs具有相同的Motif组成。32个OBPs在整个进化树上分布，且相对集中，与光肩星天牛（Anoplophora glabripennis）、灭字脊虎天牛（Xylotrechus quadripes）和苹果小吉丁（Agrilus mali）存在多个直系同源基因对。筛选到了12个在成虫触角中高表达的基因，其中，OtriOBP9基因的相对表达量最高，在雄虫触角中表达量显著高于雌虫，可能与雄虫寻找配偶有关，实时定量PCR（real time quantitative PCR，RT-qPCR）的结果与转录组数据一致。本研究为进一步探究粟负泥虫OBPs的功能奠定了基础，同时也为后续开发基于嗅觉行为调控的绿色防控技术提供了重要的理论依据。

关键词：粟负泥虫触角转录组测序气味结合蛋白生物信息学分析

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新疆和田玉子料表皮次生矿物谱学研究

光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 169-175页

作者：刘淑红王露丝王礼胜康志娟王磊徐麟刘爱琴河北省地质实验测试中心河北保定071051 河北省矿产资源与生态环境重点实验室河北保定071051 河北地质大学国际翡翠研究院河北石家庄050031

和田玉子料是经过长期的河流冲刷、搬运、沉积而成的和田玉次生矿石,因独特的皮色特征深受消费者喜爱。一段时期以来,和田玉子料价格不断上涨导致市场上出现不少人工制作的和田玉仿子料。对和田玉子料与仿子料的鉴别成为了消费者、从业... 详细信息

和田玉子料是经过长期的河流冲刷、搬运、沉积而成的和田玉次生矿石,因独特的皮色特征深受消费者喜爱。一段时期以来,和田玉子料价格不断上涨导致市场上出现不少人工制作的和田玉仿子料。对和田玉子料与仿子料的鉴别成为了消费者、从业者乃至鉴定实验室经常面临的难题。选用一组具有代表性的新疆和田玉子料样品开展研究,这些样品来源可靠并根据形态学和皮色分布特征进行了子料属性的确认,在此基础上通过宝石显微镜观察、激光拉曼光谱测试、红外光谱测试、 X射线粉晶衍射光谱测试和紫外-可见光漫反射光谱测试对和田玉子料表皮的次生矿物进行了研究。宝石显微镜观察结果表明,和田玉子料表皮除了可见红-黄色皮及棕褐色树枝状矿物集合体外,可见裂隙内存在平行排列的片状矿物集合体,表皮凹坑内存在纤维状矿物、具极完全解理面矿物和不均匀薄膜状分布矿物等次生矿物。拉曼光谱测试表明,和田玉子料表皮基础矿物与其内部主要矿物一样仍为透闪石。和田玉子料表皮拉曼光谱的荧光强度和被测试区域的风化程度有关,强烈风化作用产物的荧光不仅使次生矿物的拉曼谱峰被掩盖,甚至使表皮原生矿物透闪石的次要谱峰也被弱化。红外光谱和X射线粉晶衍射测试显示,和田玉子料样品裂隙内、凹坑内等表皮部位存在的片状集合体、纤维状、具极完全解理以及呈薄膜状分布的次生矿物均为斜绿泥石。红、黄色皮紫外-可见光漫反射光谱的一阶导数谱图具430 nm附近和520~541 nm附近的谱峰,部分样品有575 nm附近的谱峰,指示着致色矿物为针铁矿和赤铁矿。子料的表皮次生矿物谱学研究表明,子料在大气、水等地质营力的长期作用下经历了一系列表生地质作用,形成了斜绿泥石、针铁矿等次生矿物,为子料和仿子料的鉴别提供了科学依据。

关键词：和田玉子料次生矿物光谱学研究斜绿泥石针铁矿赤铁矿

保护性耕作条件下小麦茎基腐病菌周年侵染循环规律

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中国植保导刊 2024年第2期44卷 27-34页

作者：王永芳董志平陈立涛王孟泉刘佳齐永志勾建军李秀芹崔彦河北省农林科学院谷子研究所/农业农村部特色杂粮遗传改良与利用重点实验室/河北省杂粮研究实验室/河北省杂粮研究重点实验室河北石家庄050035 河北省馆陶县农业农村局河北馆陶057750 河北省平乡县植保植检站河北平乡0054500 河北农业大学河北保定071001 河北省植保植检总站河北石家庄050035

2018—2022年利用我国小麦茎基腐病优势病原假禾谷镰刀菌,研究了保护性耕作条件下病菌周年侵染循环规律。利用室内分层接种技术,明确了小麦播种层及以上的病菌能侵染小麦胚芽、地中茎、根茎结合处、芽鞘或叶鞘,但不侵染根系,病菌在种子5... 详细信息

2018—2022年利用我国小麦茎基腐病优势病原假禾谷镰刀菌,研究了保护性耕作条件下病菌周年侵染循环规律。利用室内分层接种技术,明确了小麦播种层及以上的病菌能侵染小麦胚芽、地中茎、根茎结合处、芽鞘或叶鞘,但不侵染根系,病菌在种子5 cm以下不侵染小麦,为深翻有效压低菌源基数提供了依据。采用田间接种发现,苗期感病严重的可造成死苗,或分蘖减少;成株期茎秆枯死或白穗,分蘖更易发病,白穗呈零散分布,分散在小麦的不同高度。小麦收获后贴茬播种玉米,麦茬上携带的病菌能在玉米田生态环境中继续繁衍;玉米收获后,病菌随麦茬与玉米秸秆同时粉碎并旋耕,使病菌在田间得到扩散,进而再次侵染下茬小麦。据此揭示了黄淮海小麦秸秆还田、玉米(谷子等夏播作物)免耕播种等保护性耕作条件下小麦茎基腐病逐渐成为严重影响小麦产量的重要病害。同时,研究结果表明假禾谷镰刀菌是当地菌源,经逐年优选和积累成为了优势病原,提出了以生态调控为核心的茎基腐病绿色防控策略。

关键词：秸秆还田免耕播种保护性耕作小麦茎基腐病病菌侵染周年发生规律

谷子抗锈病反应相关MAPKK家族成员的鉴定与分析

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华北农学报 2024年第5期39卷 193-203页

作者：龚珂珂张梦雅李志勇刘佳马继芳董志平贾小平白辉河南科技大学农学院河南洛阳471023 河北省农林科学院谷子研究所农业农村部特色杂粮遗传改良与利用重点实验室(部省共建)河北省杂粮研究重点实验室河北石家庄050035

丝裂原活化蛋白激酶(MAPKK或MKK)在植物的生长发育与胁迫响应等过程中发挥着重要作用。为了鉴定谷子抗锈病相关的MAPKK基因,为谷子抗锈病机理研究和抗病分子育种提供候选基因,运用生物信息学方法在全基因组水平上鉴定与分析谷子MAPKK基... 详细信息

丝裂原活化蛋白激酶(MAPKK或MKK)在植物的生长发育与胁迫响应等过程中发挥着重要作用。为了鉴定谷子抗锈病相关的MAPKK基因,为谷子抗锈病机理研究和抗病分子育种提供候选基因,运用生物信息学方法在全基因组水平上鉴定与分析谷子MAPKK基因家族成员(SiMKKs);利用Real-time PCR技术,检测谷子SiMKKs基因在不同组织部位、谷锈菌胁迫与外源激素处理下的表达水平;利用Excel、MEGA、DnaSP分析70份重测序谷子品种中抗锈病相关SiMKKs基因的变异位点和单倍型,结合表型鉴定抗锈病优异单倍型。结果表明,共鉴定到10个谷子SiMKKs成员,分布于5条染色体上,外显子数1~11个不等,编码蛋白质含有331~523个氨基酸;谷子MAPKK基因家族成员分为4组,A和B组包含S/T-X 5-S/T基序,C和D组的SiMKKs不具有该基序,保守基序Motif 1~Motif 6存在于所有SiMKKs蛋白中;每个SiMKK基因的启动子区均含有防御和胁迫响应、茉莉酸甲酯(MeJA)响应、水杨酸(SA)响应、激发子激活等1~3种生物胁迫相关顺式作用元件。除SiMKK10-1和SiMKK10-3未检测到表达信号外,其余8个SiMKKs基因在不同组织部位、谷锈菌侵染、SA和MeJA处理下均有不同程度的表达。SiMKK4、SiMKK5和SiMKK10-2在孕穗期的根中表达量较高,SiMKK6-1和SiMKK6-2在孕穗期茎中表达量较高;SiMKK4在接种后24 h的抗病反应中上调表达、感病反应中下调表达,其表达与抗病相关;SiMKK4在SA和MeJA激素处理后的16 h内上调表达,之后下调表达,且在SA处理过程中表现持续的表达变化,其余7个SiMKKs基因在SA和MeJA处理中的表达模式也基本一致。SiMKK4基因编码区共分为7个单倍型,Hap_1为优势单倍型,未发现抗病关键变异位点。综上所述,谷子SiMKK4的表达与抗锈病相关,其可能通过SA和MeJA信号途径参与谷子的早期抗病反应。

关键词：谷子 MAPKK 锈病 Real-time PCR 单倍型分析

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谷子苗期氮高效转录组分析与基因挖掘

中国农业科技导报 2024年第10期26卷 41-57页

作者：夏雪岩崔纪菡黄玫红郭帅刘猛赵宇鲁一薇赵文庆王京新李顺国河北省农林科学院谷子研究所国家谷子改良中心农业农村部特色杂粮遗传改良与利用重点实验室(部省共建)河北省杂粮重点实验室石家庄050035

氮利用效率是影响谷子产量和品质的重要因素。筛选氮高效谷子品种、挖掘控制氮利用效率的重要基因及解析其作用机制对于提高谷子氮利用效率、减少肥料使用、保护环境和保障粮食安全具有重要意义。通过比较氮高效和氮低效谷子品种在不同... 详细信息

氮利用效率是影响谷子产量和品质的重要因素。筛选氮高效谷子品种、挖掘控制氮利用效率的重要基因及解析其作用机制对于提高谷子氮利用效率、减少肥料使用、保护环境和保障粮食安全具有重要意义。通过比较氮高效和氮低效谷子品种在不同氮水平条件下表型性状和氮吸收能力发现,氮高效品种比低效品种具有较高的铵态氮和硝态氮吸收能力。设置3个氮素水平(0、3和6 mmol·L^(-1)),在谷苗两叶一心期处理7 d后,运用转录组测序(RNA-seq)技术比较不同品种在各个处理之间的差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)。结果表明,以0 mmol·L^(-1)氮处理为对照,共获得16000个DEGs。通过GO和KEGG富集分析发现,氨基酸合成与代谢、防御相关代谢、乙醛酸和二羧酸代谢、光合生物的碳固定、丙酮酸代谢、卟啉与叶绿素代谢、MAPK信号通路-植物、氨基糖和核苷酸糖代谢在调控氮代谢生物反应过程中发挥重要作用。并预测到3348个转录因子,分属46个家族,其中预测转录因子数量最多的是MYB-related家族(189个),其次为bHLH家族(182个)、WRKY家族(158个)、MYB家族(156个)和HB-other家族(153个)。通过WGCNA分析筛选出KME值排名前30位的基因,其中有7个基因被注释到基因信息。RT-qPCR结果显示,Seita.9G488700、Seita.2G368800和Seita.5G063300表达趋势与RNA-seq结果一致,主要调控糖转运蛋白和碳水化合物运输与代谢过程。说明氨基酸合成与代谢、光合生物的碳固定、乙醛酸和二羧酸代谢途径等信号通路在谷子氮高效利用方面发挥重要作用。研究结果筛选到3个与氮高效利用相关的基因,完善了谷子氮高效基因组注释信息,为氮高效基因资源的挖掘利用提供理论指导。

关键词：谷子氮高效转录组学氮高效基因

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花生籽仁黄酮含量近红外分析检测方法

光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 1112-1116页

作者：李振侯名语崔顺立陈淼刘盈茹李秀坤陈焕英刘立峰华北作物改良与调控国家重点实验室华北作物种质资源研究与利用教育部重点实验室河北省作物种质资源实验室河北农业大学农学院河北保定071001

黄酮是影响花生籽仁营养价值的重要指标,常用的分光光度法及色谱法测定黄酮含量费时费力,不适于育种过程中大批量的检测。构建其近红外测定模型可为快速检测籽仁黄酮含量提供重要的技术保障。该研究以290份不同黄酮含量的花生种质为材料... 详细信息

黄酮是影响花生籽仁营养价值的重要指标,常用的分光光度法及色谱法测定黄酮含量费时费力,不适于育种过程中大批量的检测。构建其近红外测定模型可为快速检测籽仁黄酮含量提供重要的技术保障。该研究以290份不同黄酮含量的花生种质为材料,Al^(3+)显色法测定的黄酮含量在46.96~140.18 mgRT(RT:rutin)·(100 g)^(-1)之间。使用瑞典波通DA7250型号的近红外分析仪(950~1650 nm)扫描和采集花生籽仁的近红外光谱值,选用全波长光谱范围内偏最小二乘回归法(PLSR),对比单一和复合不同的预处理方法,比较不同模型的相关系数和误差来预测最佳模型,确定黄酮含量近红外光谱定标模型的最佳光谱预处理方法为“Savitzky-Golay Derivative+Baseline+De-trending”,校正集相关系数(R_(c))为0.884,标准误差(RMSEC)为4.998。模型构建过程中,采用含有Savitzky-Golay Derivative的组合光谱预处理方法可以显著提高模型预测的相关系数。利用50份花生样品对该模型进行外部验证,预测的相关系数R_(p)为0.904,而预测的均方根误差RMSEP为1.122。本研究所构建的近红外光谱模型能够无损、高效的测定花生籽仁中的黄酮含量,为选育高黄酮含量的花生品种奠定基础,并为μg·g^(-1)级物质含量的近红外模型构建提供借鉴。

关键词：花生近红外光谱分析黄酮含量偏最小二乘回归法(PLSR)

MMC结构的分布式光伏系统功率不平衡优化方案

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中国电机工程学报 2024年第9期44卷 3665-3678,I0028页

作者：孙孝峰刘鑫磊张㼆滕甲训刘玥良赵巍电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学) 河北省秦皇岛市066004

模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)由于其模块化结构,已成为大规模光伏(photovoltaic,PV)并网逆变器的研究热点。然而,在不同光照强度和温度下,PV组件之间发电功率不同,导致MMC内部出现桥臂、相间功率不均衡。因此... 详细信息

模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)由于其模块化结构,已成为大规模光伏(photovoltaic,PV)并网逆变器的研究热点。然而,在不同光照强度和温度下,PV组件之间发电功率不同,导致MMC内部出现桥臂、相间功率不均衡。因此,该文先分析MMC-PV系统在功率不均衡下的表现机理,后提出一种基于MMC结构的光储电能路由,其控制策略在满足交、直流端口功率需求的同时,实现桥臂间和相间的功率自均衡,提高PV利用率和系统稳定性。同时,受桥臂内子模块功率传输极限的影响,对PV和ESS的配置约束作详细分析,最后,通过仿真以及实验验证所提拓扑及控制策略的正确性和有效性。

关键词：模块化多电平变换器光伏储能系统功率不均衡功率限值

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双侧眼眶不同病理类型肿物1例

中国医学影像技术 2024年第2期40卷 316-317页

作者：路璐张驰付天英河北省眼科医院眼特检科河北省眼科学重点实验室河北省眼部疾病临床医学研究中心河北邢台054001 河北省眼科医院医学影像科河北省眼科学重点实验室河北省眼部疾病临床医学研究中心河北邢台054001 河北省眼科医院麻醉科河北省眼科学重点实验室河北省眼部疾病临床医学研究中心河北邢台054001

患者女,65岁,3天前因“头痛”于外院经CT检出双眼眶内肿物;既往高血压病史10年,双眼周边虹膜激光切除术后5年。查体:血压126/52 mmHg;专科检查:左、右眼视力均0.5;右眼球向前上方突出,下转受限,眶下间隙触及肿物前缘,边界不清;左眼球未... 详细信息

患者女,65岁,3天前因“头痛”于外院经CT检出双眼眶内肿物;既往高血压病史10年,双眼周边虹膜激光切除术后5年。查体:血压126/52 mmHg;专科检查:左、右眼视力均0.5;右眼球向前上方突出,下转受限,眶下间隙触及肿物前缘,边界不清;左眼球未见明显异常。实验室检查无特殊。

关键词：眼肿瘤诊断显像