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高通量测序分析褐飞虱circRNAs表达谱及其潜在功能

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昆虫学报 2024年 1-12页

作者：于鑫滢赵哲奇闸雯俊武汉大学生命科学学院农业农村部作物分子育种重点实验室(武汉) 湖北洪山实验室湖北省农业科学院粮食作物研究所粮食作物种质创新与遗传改良湖北省重点实验室

[目的]探究褐飞虱Nilaparvata lugens如何适应抗性水稻品种YHY15,并为研究环状RNA(circular RNA,circRNA)在褐飞虱对抗性水稻适应机制中的作用奠定基础。[方法]利用高通量测序技术鉴定生物型1和生物型Y褐飞虱的circRNA,并统计其类型和... 详细信息

[目的]探究褐飞虱Nilaparvata lugens如何适应抗性水稻品种YHY15,并为研究环状RNA(circular RNA,circRNA)在褐飞虱对抗性水稻适应机制中的作用奠定基础。[方法]利用高通量测序技术鉴定生物型1和生物型Y褐飞虱的circRNA,并统计其类型和分布。分析生物型1和生物型Y褐飞虱间circRNA表达差异,并对circ RNA来源基因进行GO功能注释和KEGG富集分析。[结果]生物型1和生物型Y褐飞虱共鉴定到19个circRNA,分布在9条染色体上,其中17个circRNA由剪接位点之间的外显子构成,2个circRNA由剪接位点之间的所有碱基构成,17个circRNA长度在200～800 bp。生物型Y褐飞虱的circRNA表达丰度与表达量比生物型1褐飞虱的更高。分析结果表明,在生物型1褐飞虱克服抗性水稻YHY15形成新的生物型Y的过程中,在自然选择压力下,circRNA的表达出现变化,推测这种变化影响了褐飞虱新生物型的形成。KEGG分析结果表明,鉴定到的生物型1和生物型Y褐飞虱circRNA来源基因主要富集到自噬相关通路上。[结论]褐飞虱长期取食抗性水稻,导致褐飞虱消化、解毒、代谢能力进化,能降解抗性水稻为抵御褐飞虱而产生的次生代谢物。鉴定到的生物型1和生物型Y褐飞虱的circRNA来源基因与细胞自噬相关,表明褐飞虱通过细胞自噬过程应答抗虫水稻,这种应答反应促进褐飞虱适应抗虫水稻,致害性增强和生物型形成。

关键词：褐飞虱 circRNA 细胞自噬抗虫水稻高通量测序

基于玉米CSSLs群体的苗期抗旱性QTL定位

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分子植物育种 2024年

作者：李召锋后斌桑志勤潘振远贺正华张士龙贾海涛石河子大学农学院绿洲生态农业兵团重点实验室新疆农垦科学院湖北省农业科学院粮食作物研究所粮食作物种质创新与遗传改良湖北省重点实验室

干旱是影响中国作物生产的最大的非生物胁迫，严重的限制着玉米产业发展，因此提高玉米的抗旱性是实现节水生产重要目标之一。为了明确调控玉米抗旱性的遗传学基础，本研究以抗逆性较好的优异玉米种质‘白马牙’为供体亲本，以玉米自交... 详细信息

干旱是影响中国作物生产的最大的非生物胁迫，严重的限制着玉米产业发展，因此提高玉米的抗旱性是实现节水生产重要目标之一。为了明确调控玉米抗旱性的遗传学基础，本研究以抗逆性较好的优异玉米种质‘白马牙’为供体亲本，以玉米自交系‘B73’轮回亲本，构建了一个包含318个家系的染色体片段代换系(chromosomal segment substitution lines， CSSLs)群体。为了鉴定该群体的苗期抗旱性，在两个环境中进行了苗期自然干旱处理及复水试验，并统计其存活率，结果表明，该性状存在较为广泛的遗传变异，且在不同环境中保持一定的稳定性。利用10K玉米SNP芯片对该群体进行基因型鉴定，最终筛选了2 859对高质量SNP标记，并构建了总长4 467.48 cM的遗传连锁图谱，相邻的两个标记的平均遗传距离为1.56 cM。基于311个CSSLs在两个环境苗期干旱处理复水后的存活率表型、BLUP数据及基因型数据，进行玉米苗期抗旱性数量性状位点(quantitative trait locus， QTL)定位研究，共检测到2个与玉米苗期抗旱有关QTL位点，qSR1和qSR9，分别位于第1和第9染色体上，并且qSR1在两个环境及BLUP数据都能被重复检测到，表明qSR1是控制玉米苗期耐旱性一个可靠主效QTL位点。本研究结果为培育玉米抗旱新品种提供新的基因资源和理论指导。

关键词：玉米染色体片段代换系苗期抗旱 QTL

高通量测序分析褐飞虱circRNA表达谱及其潜在功能

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昆虫学报 2024年第3期67卷 431-442页

作者：于鑫滢赵哲奇闸雯俊湖北省农业科学院粮食作物研究所粮食作物种质创新与遗传改良湖北省重点实验室武汉430064 湖北洪山实验室武汉430070 武汉大学生命科学学院武汉430072 农业农村部作物分子育种重点实验室武汉430070

【目的】探究褐飞虱Nilaparvata lugens如何适应抗性水稻品种YHY15,并为研究环状RNA(circular RNA, circRNA)在褐飞虱对抗性水稻适应机制中的作用奠定基础。【方法】利用高通量测序技术鉴定生物型1和生物型Y(能致害抗性水稻YHY15的生物... 详细信息

【目的】探究褐飞虱Nilaparvata lugens如何适应抗性水稻品种YHY15,并为研究环状RNA(circular RNA, circRNA)在褐飞虱对抗性水稻适应机制中的作用奠定基础。【方法】利用高通量测序技术鉴定生物型1和生物型Y(能致害抗性水稻YHY15的生物型)褐飞虱的circRNA,并统计其类型和分布。分析生物型1和生物型Y褐飞虱间circRNA表达差异,并对circRNA来源基因进行GO功能注释和KEGG富集分析。【结果】生物型1和生物型Y褐飞虱共鉴定到19个circRNA,分布在9条染色体上,其中17个circRNA由剪接位点之间的外显子构成,2个circRNA由剪接位点之间的所有碱基构成,17个circRNA长度在200~800 bp。生物型Y褐飞虱的circRNA表达丰度与表达量比生物型1褐飞虱的更高。分析结果表明,在生物型1褐飞虱克服抗性水稻YHY15形成新的生物型Y的过程中,在自然选择压力下,circRNA的表达出现变化,推测这种变化影响了褐飞虱新生物型的形成。KEGG分析结果表明,鉴定到的生物型1和生物型Y褐飞虱circRNA来源基因主要富集到自噬相关通路上。【结论】褐飞虱长期取食抗性水稻,导致褐飞虱消化、解毒和代谢能力进化,能降解抗性水稻为抵御褐飞虱而产生的次生代谢物。鉴定到的生物型1和生物型Y褐飞虱的circRNA来源基因与细胞自噬相关,表明褐飞虱通过细胞自噬过程应答抗虫水稻,这种应答反应促进褐飞虱适应抗虫水稻,致害性增强和生物型形成。

关键词：褐飞虱 circRNA 细胞自噬抗虫水稻高通量测序

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不同镉胁迫下施用纳米硅和活性硅对水稻的降镉效应

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中国稻米 2024年

作者：宋平原刘君权杨健周亚胡兵王小伟汪本福张枝盛程建平长江大学湖北省农业科学院粮食作物研究所/粮食作物种质创新与遗传改良湖北省重点实验室武穴市农业农村局中农普罗丰禾湖北科技有限公司

为明确施用纳米硅和活性硅在不同镉污染条件下的降镉效应,选取轻度污染的稻田土壤,盆栽设置双因素试验,即设3个镉水平(Cd1,不添加镉,低镉;Cd2,添加5 mg/kg镉,中镉;Cd3,添加10 mg/kg镉,高镉)和3个硅肥水平(Si0,不施硅肥;Si1,叶片喷施纳米... 详细信息

为明确施用纳米硅和活性硅在不同镉污染条件下的降镉效应,选取轻度污染的稻田土壤,盆栽设置双因素试验,即设3个镉水平(Cd1,不添加镉,低镉;Cd2,添加5 mg/kg镉,中镉;Cd3,添加10 mg/kg镉,高镉)和3个硅肥水平(Si0,不施硅肥;Si1,叶片喷施纳米硅20 mg/pot;Si2,叶喷纳米硅20 mg/pot+土施活性硅120 mg/kg)共9个处理。结果表明,随着土壤镉浓度的增加,水稻根系和茎叶生物量降低,有效穗数减少,产量显著下降,与Cd1处理相比,Cd2和Cd3处理水稻产量分别降低7.1%和20.0%;施用硅肥能够降低根系和茎叶镉含量,促进根系和地上部分干物质积累,提高有效穗数,进而增加水稻产量,与Si0处理相比,Si1和Si2处理水稻产量分别增加12.3%和15.4%;与Si0处理相比,Si1和Si2处理还能够降低镉从颖壳向糙米和精米转运,糙米镉含量分别降低26.0%和42.3%,精米镉含量分别降低25.2%和42.0%,Si2处理的降镉效果要优于Si1处理。综上,在中镉和高镉胁迫下,水稻叶片喷纳米硅+土壤施活性硅的处理增产和降镉效果显著,可以作为镉污染稻田降镉的有效措施进一步研究。

关键词：水稻纳米硅活性硅镉

湖北省66份小麦品种(系)赤霉病抗性鉴定与分子检测

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麦类作物学报 2024年第4期44卷 432-441页

作者：徐晴郑丹许甫超秦丹丹董建辉葛双桃朱展望董静湖北省农业科学院粮食作物研究所/种质创新与遗传改良湖北省重点实验室湖北武汉430064 湖北省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所湖北武汉430064 湖北省农业科学院湖北武汉430064

赤霉病是由禾谷镰刀菌引起的小麦穗部病害,严重危害小麦生产,抗赤霉病品种选育是减轻其危害的重要途径之一。本研究以湖北省不同时期审定的59个小麦品种和选育的7份优异品系为材料,采用喷雾接种对其进行田间赤霉病抗性鉴定,并利用抗性基... 详细信息

赤霉病是由禾谷镰刀菌引起的小麦穗部病害,严重危害小麦生产,抗赤霉病品种选育是减轻其危害的重要途径之一。本研究以湖北省不同时期审定的59个小麦品种和选育的7份优异品系为材料,采用喷雾接种对其进行田间赤霉病抗性鉴定,并利用抗性基因Fhb1功能性分子标记和主效抗性基因(Fhb2、Fhb4、Fhb5和***-2DL)连锁分子标记对供试材料进行检测,分析其遗传分布和利用状况;同时分析湖北小麦品种(系)赤霉病抗性、株高和小穗密度等性状年代间的差异。结果表明,16份供试材料赤霉病抗性水平达到中抗,占比24.2%,以810619品系抗性最好,病情指数略低于苏麦3号;42份材料达到中感,占63.6%。分子检测结果显示,仅鄂T45048携带Fhb1;鄂麦11、鄂麦18和810619等29份材料(43.9%)可能携带Fhb5和***-2DL单个或2个抗性基因,说明这2个抗性基因在湖北小麦赤霉病抗性育种中得到了较多应用。赤霉病抗性与株高的相关性分析结果显示,近15年湖北小麦品种株高持续降低,但其与赤霉病抗性无显著相关。研究结果为明确湖北小麦品种赤霉病抗性水平和分子遗传基础提供了参考。

关键词：小麦赤霉病抗性鉴定分子检测株高

人工合成小麦和地方品种穗发芽抗性育种利用效率

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中国农业科学 2024年第7期57卷 1255-1266页

作者：刘泽厚王琴叶美金万洪深杨宁杨漫宇杨武云李俊四川省农业科学院作物研究所/农业农村部西南地区小麦生物学与遗传育种重点实验室/粮食作物绿色种质创新与遗传改良四川省重点实验室成都师范学院化学与生命科学学院

【目的】小麦穗发芽是影响小麦产量和品质的重要限制因子。具有抗穗发芽特性的人工合成小麦和地方品种是改良栽培小麦穗发芽抗性的重要基因资源，通过分子标记辅助选择转育人工合成小麦和地方品种穗发芽抗性位点，评价人工合成小麦和地... 详细信息

【目的】小麦穗发芽是影响小麦产量和品质的重要限制因子。具有抗穗发芽特性的人工合成小麦和地方品种是改良栽培小麦穗发芽抗性的重要基因资源，通过分子标记辅助选择转育人工合成小麦和地方品种穗发芽抗性位点，评价人工合成小麦和地方品种导入系抗穗发芽育种利用效率，筛选抗穗发芽小麦新材料，为小麦穗发芽抗性育种提供数据和材料支撑。【方法】以抗穗发芽的人工合成小麦SYN792和四川地方品种涪陵须须麦为母本，以穗发芽敏感品种川麦45为轮回亲本，构建2个BC1F7群体。2017年，通过整穗发芽鉴定法对2个BC1F7群体的1 796个株系进行穗发芽表型初筛，然后利用与人工合成小麦PHS-3D和地方品种PHS-A1穗发芽抗性位点连锁的SSR标记进行分子标记选择，筛选出整穗发芽率(SGR)小于35%且携带PHS-3D和PHS-A1抗性位点的导入系；2018和2019年，连续2年对初筛选出的PHS-3D和PHS-A1导入系进行整穗发芽率、籽粒发芽指数(GI)和产量相关性状鉴定，其中，籽粒发芽鉴定试验设置25℃(18GI)和32℃(19GI)2个发芽温度。通过不同环境下穗发芽抗性和产量数据，分析人工合成小麦和地方品种导入系抗穗发芽育种利用效率，筛选抗穗发芽且综合性状好的优异导入系。【结果】经整穗发芽鉴定初筛，从1 796个衍生系中筛选出SGR值小于35%的株系537个；进一步对筛选出的537个株系进行分子标记检测，发现332个株系导入了人工合成小麦PHS-3D和地方品种PHS-A1穗发芽抗性位点，包括人工合成小麦导入系73个、地方品种导入系259个；地方品种PHS-A1导入系的频率显著高于人工合成小麦PHS-3D导入系。2018和2019年通过对332个穗发芽抗性位点导入系穗发芽鉴定发现，不同年份穗发芽指标间均呈极显著正相关，穗发芽指标SGR和GI表现出相对稳定的趋势；人工合成小麦和地方品种导入系的3个穗发芽指标平均值(18GI、18SGR和19SGR)均低于23%，差异不显著。不同发芽温度导入系的GI值差异较大，发芽温度32℃时，人工合成小麦PHS-3D导入系的GI值显著低于地方品种PHS-A1导入系。筛选出的73个人工合成小麦导入系中，红粒系穗发芽指标值均低于白粒系；其中，11个人工合成小麦白粒导入系表现中抗及以上抗性水平，14个红粒导入系在不同发芽温度时GI值均低于35%。2年产量相关性状分析表明，人工合成小麦PHS-3D导入系的千粒重显著高于地方品种PHS-A1导入系，而穗粒数显著小于地方品种PHS-A1导入系。根据产量性状和穗发芽抗性表现，筛选出23个穗发芽抗性和综合性状均较好的优异导入系，包括7个人工合成小麦PHS-3D导入系、16个地方品种PHS-A1导入系；人工合成小麦优异导入系中有2个白粒导入系穗发芽抗性中抗以上，2个红粒导入系不同发芽温度的GI值均低于25%，表现出稳定的穗发芽抗性。【结论】人工合成小麦和地方品种均可用于改良现代栽培小麦穗发芽抗性，利用地方品种进行穗发芽抗性育种改良效率优于人工合成小麦；但人工合成小麦导入系的穗发芽抗性的稳定性优于地方品种导入系。筛选出的23个人工合成小麦和地方品种导入系是小麦穗发芽抗性和产量性状改良的重要基因资源；特别是人工合成小麦白粒导入系(编号5201)和红粒导入系(编号5497和5505)是非常有育种利用价值的穗发芽抗性育种亲本材料。

关键词：小麦人工合成小麦地方品种穗发芽产量相关性状

普通小麦Arableu#1白粉病成株抗性遗传解析

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中国农业科学 2024年第1期57卷 52-64页

作者：李子萌袁婵张宇庆任妍刘鹏鹏严珊珊袭梦涵穆培源兰彩霞华中农业大学植物科学技术学院/湖北洪山实验室湖北省农业科学院粮食作物研究所河南农业大学农学院新疆农垦科学院作物研究所

【目的】中国是世界上最重要的小麦生产国和消费国之一，确保小麦产量稳定对我国粮食安全具有重要意义。小麦白粉病是限制小麦产量的重要因素之一。选育抗病品种是控制该病害最经济、有效环保的途径，挖掘新成株抗性基因/位点为选育持... 详细信息

【目的】中国是世界上最重要的小麦生产国和消费国之一，确保小麦产量稳定对我国粮食安全具有重要意义。小麦白粉病是限制小麦产量的重要因素之一。选育抗病品种是控制该病害最经济、有效环保的途径，挖掘新成株抗性基因/位点为选育持久抗病小麦品种提供依据。【方法】由国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）培育的普通小麦品系Arableu#1在苗期对白粉病表现为感病，而成株期呈现高水平抗性。为深入解析其抗病遗传机制，利用Arableu#1与高感品系Apav#1杂交，构建一个含有142个家系的F5重组自交系群体，采用基因分型测序（genotyping-by-sequencing,GBS）平台测序，获得4 298个在亲本间具有多态性的分子标记，并进行群体检测，所获基因型用于构建整个群体的遗传连锁图。【结果】结合白粉病连续2年田间表型和基因型数据，使用IciMapping 4.1对田间病害严重度、病程曲线下面积（AUDPC）和病害多年平均严重度（MFDS）等性状进行QTL定位分析，在该群体中定位了4个来自Arableu#1的白粉病成株抗性位点，分别位于染色体1BL、5BL、6BS和7BL上，以及2个来自Apav#1的抗性位点，分别位于染色体2DS和4BL上，可解释白粉病表型变异介于3.1%—28.5%。6个位点聚合时的群体平均病害严重度达到各位点组合中的最低水平，***-1BL、***-4BL、***-5BL和***-7BL 4个位点聚合后的效应仅次于6个位点同时存在。【结论】将2个新位点***-5BL和***-7BL的两翼分子标记开发成KASP标记，经对570份世界各地育成品种或地方品种检测，2个位点单独存在或聚合在一起时均表现出不同程度的白粉病抗性，且这两个位点在我国小麦材料中的分布频率较CIMMYT的小麦种质中低。获得1个可能同时聚合6个白粉病抗性位点家系，其田间白粉病抗性可达近免疫水平。

关键词：小麦白粉病成株抗性数量性状基因定位

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辣椒花青素合成研究进展

分子植物育种 2024年

作者：刘亚博王飞吴方圆尹延旭高升华徐凯刘奕清姚明华李宁湖北洪山实验室长江大学园艺园林学院湖北省农业科学院经济作物研究所蔬菜种质创新与遗传改良湖北省重点实验室

辣椒(Capsicum annuum)为茄科(Solanaceae Juss.)辣椒属(Capsicum)园艺植物，紫色辣椒果实中含有丰富的花青素。花青素在植物中天然存在，属于一类重要的黄酮类化合物。花青素在植物体内有抵抗病菌、紫外线辐射、机械损伤、低温干旱等... 详细信息

辣椒(Capsicum annuum)为茄科(Solanaceae Juss.)辣椒属(Capsicum)园艺植物，紫色辣椒果实中含有丰富的花青素。花青素在植物中天然存在，属于一类重要的黄酮类化合物。花青素在植物体内有抵抗病菌、紫外线辐射、机械损伤、低温干旱等生物、非生物胁迫的功能。如今对于植物花青素生物合成途径的研究越来越深入，这方面的研究在紫辣椒中也得到了些许拓展与应用。本综述旨在探明花青素分子结构及其生物合成途径、紫色辣椒花青素合成代谢相关基因、花青素合成影响因素，为解析紫色辣椒中花青素的分子调控机制等研究提供科学依据。

关键词：辣椒花青素生物合成研究进展

一种基于改进YOLOv5s的麦穗检测计数方法

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南京农业大学学报 2024年

作者：仝召茂陈学海汪本福马志艳杨光友湖北工业大学农机工程研究设计院湖北省农机装备智能化工程技术研究中心粮食作物种质创新与遗传改良湖北省重点实验室/农业农村部作物分子育种重点实验室

[目的]为实现对田间麦穗的实时准确计数，本文提出一种基于改进YOLOv5s的麦穗检测计数方法。[方法]通过C2f模块获得更加丰富的梯度流，增强模型细粒度特征提取能力，并在网络关键部位引入CoordConv坐标卷积，加大对坐标信息关注程度，... 详细信息

[目的]为实现对田间麦穗的实时准确计数，本文提出一种基于改进YOLOv5s的麦穗检测计数方法。[方法]通过C2f模块获得更加丰富的梯度流，增强模型细粒度特征提取能力，并在网络关键部位引入CoordConv坐标卷积，加大对坐标信息关注程度，提升模型对麦穗位置的感知能力，同时考虑到麦穗检测任务中中小尺寸麦穗居多，采用Inner CIoU损失函数加快模型收敛速度。[结果]在公开数据集Global Wheat Head Detection(GWHD)上对上述方法进行试验，结果表明，本文所提模型的精确率、召回率、平均精度均值mAP0.5分别为93.5%、91.6%和95.9%，参数量、计算量、FPS分别为12.4 MB、27.5 GFLOPs和34 帧·s-1。[结论]本文所提模型在精确率、召回率、平均精度均值mAP0.5等指标上较原始YOLOv5s模型分别提升了1.0、1.2和1.3百分点，并且优于YOLOv7-tiny、YOLOv8s等模型，同时满足检测的实时性要求，此外，改进后模型在处理遮挡、重叠等复杂情况时都比原始模型表现更优，具有良好的鲁棒性。

关键词：麦穗计数估产作物表型 YOLO 目标检测