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不同抗感水稻品种对褐飞虱胁迫的高光谱响应特征

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中国水稻科学 2024年第1期38卷 81-90页

作者：杨奇欣赖凤香何佳春魏琪王渭霞万品俊傅强中国水稻研究所水稻生物育种全国重点实验室杭州310006

【目的】探究不同抗感水稻受褐飞虱胁迫的高光谱反射率曲线变化及敏感光谱差异,研究水稻植株不同部位的高光谱变化。在此基础上,采用机器学习技术建立水稻褐飞虱抗性鉴定模型,为下一步开发智能化褐飞虱抗性鉴定技术提供重要基础资料。... 详细信息

【目的】探究不同抗感水稻受褐飞虱胁迫的高光谱反射率曲线变化及敏感光谱差异,研究水稻植株不同部位的高光谱变化。在此基础上,采用机器学习技术建立水稻褐飞虱抗性鉴定模型,为下一步开发智能化褐飞虱抗性鉴定技术提供重要基础资料。【方法】以三个具不同褐飞虱抗感特征的水稻品种(TN1、Mudgo、RHT)为对象,分析其光谱、植被指数差异并建立抗性级别预测的随机森林模型。【结果】研究发现,褐飞虱胁迫天数与光谱反射率显著相关的波段数及差异显著的波段数随着水稻的抗性水平的上升而减少。同时,在680 nm左右,三个品种的光谱反射率与褐飞虫胁迫时间的相关性最好。植被指数分析表明,SIPI、SR605/760和PSNDb与抗性级别的相关系数绝对值要高于680 nm的结果。感虫品种TN1差异最早体现,中抗品种Mudgo其次,高抗品种RHT最后。不同部位的差异首先出现在第1叶叶片和第1叶叶鞘,然后依次为第2叶叶片和第2叶叶鞘以及第3叶叶片和第3叶叶鞘。预测模型的结果表明,全波段作为输入的模型效果比以单一植被指数SIPI构建的随机森林模型更好,模型准确率达到85.9%。【结论】本研究反映了不同抗感水稻品种受褐飞虱危害后的高光谱变化规律与不同抗感品种和不同部位的差异,并证实了机器学习技术对水稻抗性级别的分类能力。

关键词：褐飞虱水稻抗性高光谱植被指数机器学习

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淹水胁迫下水稻种子和胚芽葡萄糖供应差异与胚芽存活的关系

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中国水稻科学 2024年第2期38卷 172-184页

作者：郑广杰叶昌朱均林陶怡肖德顺徐亚楠褚光徐春梅王丹英中国水稻研究所水稻生物育种全国重点实验室杭州311400

[目的]为了探明淹水逆境下水稻种子向胚芽供应葡萄糖能力的品种间差异及其与胚芽存活的关系,从而解析水稻芽苗期耐淹机理。[方法]以4个淹水耐性不同的品种为试验材料,设置长期淹水和湿润播种(对照)两个处理,分析种子和胚芽组织的非结构... 详细信息

[目的]为了探明淹水逆境下水稻种子向胚芽供应葡萄糖能力的品种间差异及其与胚芽存活的关系,从而解析水稻芽苗期耐淹机理。[方法]以4个淹水耐性不同的品种为试验材料,设置长期淹水和湿润播种(对照)两个处理,分析种子和胚芽组织的非结构性碳水化合物含量,种子α-淀粉酶活性、胚芽抗氧化酶活性随时间的动态变化,及其与胚芽存活率的相关性。[结果]淹水胁迫下,淹水敏感材料中嘉8号(S1)和中嘉早17(S2)胚芽的葡萄糖含量、SOD、POD酶比蛋白活性在淹水72h后显著下降,表型上表现为胚芽生长停滞并出现死亡症状;而耐淹材料日本晴(T1)、耘两优玖48(T2)的胚芽中葡萄糖含量、SOD、POD的酶比蛋白活性在淹水96 h内保持稳定,胚芽持续伸长。对种子α-淀粉酶活性的分析表明,虽然短期淹水(0-48 h)能够增强所有4个材料的种子α-淀粉酶活性,但随淹水时间的延长(72-96h),仅耐淹的T1、T2保持α-淀粉酶高活性,其种子内的淀粉含量持续下降而葡萄糖含量不断增加,胚芽葡萄糖含量相对稳定;而淹水敏感材料S1、S2种子内的α-淀粉酶活性则分别在淹水72 h和48 h后下降,种子内淀粉含量相对稳定,但种子和胚芽的葡萄糖含量大幅度下降。相关分析表明,胚芽的存活率与胚芽和种子的葡萄糖含量、胚芽的过氧化物酶(POD)活性极显著正相关,但与种子淀粉含量极显著负相关。[结论]淹水胁迫下胚芽组织消耗大量的葡萄糖维持其生理代谢平衡,种子向胚芽供应葡萄糖的能力直接关系到其存活,种子α-淀粉酶活性变化对胚芽葡萄糖的供应有决定性作用,是种子在淹水条件下存活出苗的关键。

关键词：淹水逆境水稻种子胚芽存活率葡萄糖 α-淀粉酶抗氧化酶

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稻米油脂遗传改良研究进展

浙江大学学报（农业与生命科学版） 2024年第3期50卷 329-338页

作者：王诗怡刘西西金龙应杰政李志永黄捷童晓红王以锋张健中国水稻研究所水稻生物育种全国重点实验室浙江杭州311400

脂肪是水稻种子不可或缺的营养成分,提升水稻种子中的油脂含量、优化其有益脂肪酸和抗氧化物质等关键组分是水稻品质育种的一大趋势。本文综述了稻米油脂的主要成分与功能、油脂合成与调控通路、稻米油脂的调控基因及遗传改良的研究进展... 详细信息

脂肪是水稻种子不可或缺的营养成分,提升水稻种子中的油脂含量、优化其有益脂肪酸和抗氧化物质等关键组分是水稻品质育种的一大趋势。本文综述了稻米油脂的主要成分与功能、油脂合成与调控通路、稻米油脂的调控基因及遗传改良的研究进展,旨在深化对稻米油脂生物合成的理解,并为未来创造高油脂、高品质水稻种质资源提供新的启示和方向。

关键词：水稻油脂含量品质遗传改良

机插种植均匀度对水稻产量构建及品质形成的影响

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作物学报 2024年第10期50卷 2625-2636页

作者：唐承翰陈惠哲叶天承张玉屏向镜张义凯王志刚王亚梁中国水稻研究所/水稻生物育种全国重点实验室浙江杭州311400

水稻种植均匀度对产量和品质有显著的影响,本试验旨在明确均匀度的提高协同产量和品质提升的机理。试验选用籼粳杂交稻甬优1540,常规粳稻浙禾香2号,杂交籼稻华浙优210为供试品种,设置4种不同种植均匀度处理:T_(1)(条播机插,种植均匀度65... 详细信息

水稻种植均匀度对产量和品质有显著的影响,本试验旨在明确均匀度的提高协同产量和品质提升的机理。试验选用籼粳杂交稻甬优1540,常规粳稻浙禾香2号,杂交籼稻华浙优210为供试品种,设置4种不同种植均匀度处理:T_(1)(条播机插,种植均匀度65%~75%)、T_(2)(撒播机插,种植均匀度45%~55%)、T_(3)(人工模拟机插,种植均匀度100%)、T_(4)(人工模拟机插,种植均匀度50%),比较不同种植均匀度群体的分蘖动态变化、叶面积光合效能、干物质积累与转运、产量形成及稻米品质的变化。结果表明:(1)种植均匀度提高通过促进分蘖增加了群体有效分蘖数,3个品种平均分蘖高峰苗数表现为T_(3)>T_(1)>T_(2)>T_(4),不同品种在处理间变化趋势一致。(2)种植均匀度的提高增加了群体叶面积指数,同时显著提高了抽穗期上三叶高效叶面积指数。而且,增加均匀度显著提高了干物质积累并促进了植株干物质转运,成熟期干物质积累量表现为T_(3)>T_(1)>T_(2)>T_(4),品种间趋势一致,但是T_(2)跟T_(4)差异不明显。均匀度提高对灌浆期茎鞘物质运转有一定促进作用,品种间存在差异,T_(1)、T_(2)和T_(4)间差异不明显。(3)不同均匀度处理下每穗粒数无显著性差异,但高均匀度下一次枝梗和二次枝梗的着粒分布更均匀。(4)高均匀度群体主要通过有效穗数提高产量,品种间趋势一致,T_(3)比T_(1)、T_(2)、T_(4)平均产量分别高8.16%、15.41%、15.61%。(5)提高种植均匀度提高了稻米糙米率、精米率、整精米率和蛋白质含量,降低了稻米垩白米率和垩白度。以上结果表明,提高种植均匀度能够促进群体分蘖,增加群体叶面积指数和干物质积累,提高有效穗数,从而提升了稻谷产量和出米率,并一定程度上改善了稻米品质。试验结果明确生产上采用精准条播育秧机插能够通过提高种植均匀度协同提升稻谷产量和稻米品质。

关键词：水稻种植均匀度播种方式产量稻米品质

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复合脂肪酸对骡鸭原代肝细胞脂质沉积及AMPK信号通路的影响

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中国家禽 2024年

作者：赵婉芯陈超黄彩云王梦诗胡映秀于暄慈罗儒唐李昂福建农林大学动物遗传育种研究所

试验旨在探究复合脂肪酸对骡鸭原代肝细胞超微结构、脂质沉积、氧化应激及AMPK信号通路相关基因表达的影响。试验使用不同浓度的复合酸（油酸+棕榈酸）进行处理：500μmol/L+250μmol/L、1 000μmol/L+500μmol/L、1 500μmol/L+750μmo... 详细信息

试验旨在探究复合脂肪酸对骡鸭原代肝细胞超微结构、脂质沉积、氧化应激及AMPK信号通路相关基因表达的影响。试验使用不同浓度的复合酸（油酸+棕榈酸）进行处理：500μmol/L+250μmol/L、1 000μmol/L+500μmol/L、1 500μmol/L+750μmol/L和2 000μmol/L+1 000μmol/L，并持续处理36 h构建原代骡鸭肝细胞脂质沉积模型。结果显示：(1)分离的骡鸭原代肝细胞有丰富糖原颗粒和脂滴的存在。(2)与对照组相比，油酸+棕榈酸浓度为1 500μmol/L+750μmol/L时，培养骡鸭原代肝细胞36 h，细胞活力没有显著差异（P>0.05），脂滴数量显著增加（P<0.05）。(3)透射电镜结果显示，复合脂肪酸处理的骡鸭原代肝细胞和线粒体均出现明显水肿，脂滴出现聚合，并且膜和嵴的结构受损。此外，肝细胞脂滴含量、谷丙转氨酶和谷草转氨酶活性、丙二醛和活性氧水平显著上升（P<0.05）。(4)与对照组相比，复合脂肪酸处理的骡鸭原代肝细胞中AMP活化蛋白激酶（AMPK）、脂蛋白脂肪酶（LPL）和肉碱棕榈转移酶-1A(CPT-1A) mRNA表达量以及AMPK蛋白表达量显著降低（P<0.05），而白细胞分化抗原36(CD36)、乙酰辅酶A羧化酶1(ACC1) mRNA及白细胞分化抗原36(CD36)、胆固醇调节元件结合蛋白1(SREBP1)蛋白表达量显著提高（P<0.05）。因此，油酸+棕榈酸浓度为1 500μmol/L+750μmol/L处理骡鸭原代肝细胞36 h能通过调控AMPK信号通路，有效增加肝细胞脂质沉积，但同时易诱导肝细胞氧化应激。

关键词：脂肪肝细胞模型脂质沉积与氧化应激 AMPK信号通路骡鸭原代肝细胞

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稻瘟病菌效应子研究进展

中国水稻科学 2024年

作者：卢椰子邱结华蒋楠寇艳君时焕斌中国水稻研究所水稻生物育种全国重点实验室

稻瘟病菌引起的稻瘟病是危害最严重的水稻病害之一。在侵染过程中，稻瘟病菌向水稻细胞释放大量的效应子，改变水稻的生理状态和代谢，并抑制免疫反应以促进侵染。深入了解稻瘟病菌效应子特性及其与水稻之间的作用机制，可为稻瘟病病防... 详细信息

稻瘟病菌引起的稻瘟病是危害最严重的水稻病害之一。在侵染过程中，稻瘟病菌向水稻细胞释放大量的效应子，改变水稻的生理状态和代谢，并抑制免疫反应以促进侵染。深入了解稻瘟病菌效应子特性及其与水稻之间的作用机制，可为稻瘟病病防治提供重要参考。本文对稻瘟病菌效应子分泌进入细胞的机制，稻瘟病菌效应子对稻瘟病抗性的复杂调控机制，稻瘟病菌效应子的分类等方面研究进展进行综述，同时讨论了当前稻瘟病菌效应子研究中存在的问题，并对未来的研究方向进行了展望，以期为稻瘟病菌引起的稻瘟病防治提供参考依据。

关键词：水稻病害病原真菌稻瘟病效应子

水稻DMP1-3基因突变体的创制及其单倍体诱导能力鉴定

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中国水稻科学 2024年

作者：胡风越王健王春王克剑刘朝雷中国水稻研究所水稻生物育种全国重点实验室

【目的】探究水稻DMP家族基因的单倍体诱导能力，为单倍体育种提供新的基因资源。【方法】筛选与ZmDMP基因高同源和在花粉中高表达的水稻DMP家族同源基因作为候选基因；利用CRISPR/Cas9多基因编辑技术，在籼粳杂交稻“春优84”中对筛选... 详细信息

【目的】探究水稻DMP家族基因的单倍体诱导能力，为单倍体育种提供新的基因资源。【方法】筛选与ZmDMP基因高同源和在花粉中高表达的水稻DMP家族同源基因作为候选基因；利用CRISPR/Cas9多基因编辑技术，在籼粳杂交稻“春优84”中对筛选的DMP家族基因和单倍体诱导基因OsMTL创制单基因敲除以及多基因组合敲除突变体；对突变体进行形态学观察和花粉育性鉴定；调查统计转基因T0材料的结实率和单倍体诱导率。【结果】在水稻RAP-DB数据库中共检索到13个玉米单倍体诱导基因ZmDMP的同源基因。OsDMP1和OsDMP2与ZmDMP同源性最高，相似度分别为41.24% 和37.32%；OsDMP1和OsDMP3在花药中表达量最高。因此，选择OsDMP1、OsDMP2、OsDMP3基因为候选基因。通过CRISPR/Cas9基因编辑技术创制了OsDMP1、OsDMP2、OsDMP3的单基因敲除和组合敲除突变体(osdmp1、osdmp2、osdmp3、osdmp1-osdmp2、osdmp1-osdmp3、osdmp1-osdmp2-osdmp3)，OsMTL单基因敲除突变体(osmtl)，以及OsDMP1、OsDMP2、OsDMP3与OsMTL基因的组合敲除突变体(osmtl-osdmp1、osmtl-osdmp2、osmtl-osdmp3、osmtl- osdmp1-osdmp2、osmtl- osdmp1-osdmp3、osmtl- osdmp1-osdmp2-osdmp3)。表型考察发现，相比较野生型，所有突变体的植株形态和花粉育性均未发生显著变化，而仅在包含osmtl的单基因敲除和多基因组合敲除突变体中结实率发生显著下降。单倍体鉴定结果显示，OsDMP1、OsDMP2、OsDMP3和OsMTL组合突变的单倍体诱导效率分别为0.4% ± 0.6%、2.6% ± 2.8%、1.4% ± 0.6%、1.5% ±1.3%、2.1% ± 2.4%、2.2% ± 0.6%，与osmtl突变体(1.5% ± 0.5%)无显著差异。然而，当OsDMP家族基因单个突变或多个组合突变时均无单倍体产生。【结论】本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术成功创制了水稻OsDMP1、OsDMP2、OsDMP3、OsMTL单基因和多基因组合敲除突变体，发现了OsDMP1、OsDMP2和OsDMP3均无独立单倍体诱导能力，也不能提升OsMTL基因的单倍体诱导效率。本研究促进了对水稻中OsDMP同源基因的了解，为后续单倍体诱导基因研究提供参考。

关键词：水稻单倍体诱导 DMP1-3 OsMTL

水稻品种对褐飞虱趋向二化螟危害株习性的影响

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中国农业科学 2024年第20期 3998-4006页

作者：蔡玉彪张坤杰王雅宣赖凤香何佳春万品俊傅强中国水稻研究所水稻生物育种全国重点实验室

【目的】褐飞虱（Nilaparvata lugens）具有趋向二化螟（Chilo suppressalis）危害水稻的习性，但此现象是否受到褐飞虱虫态以及水稻品种的影响尚不清楚。论文旨在探究水稻品种和褐飞虱虫态对褐飞虱趋向二化螟危害水稻习性的影响，以及... 详细信息

【目的】褐飞虱（Nilaparvata lugens）具有趋向二化螟（Chilo suppressalis）危害水稻的习性，但此现象是否受到褐飞虱虫态以及水稻品种的影响尚不清楚。论文旨在探究水稻品种和褐飞虱虫态对褐飞虱趋向二化螟危害水稻习性的影响，以及植物挥发物如何介导这一行为，从而为制定绿色防控策略提供科学依据。【方法】通过室内选择试验，观察3种虫态（3—4龄若虫、初羽化雌虫和怀卵雌虫）褐飞虱对二化螟危害及未被危害的中浙优8号等9个水稻品种植株的趋向性；在此基础上，针对具有明显趋向性差异的代表性品种，运用RT-qPCR技术检测中浙优8号、9311和明恢63共3个水稻品种在害虫危害后挥发物合成相关基因的表达变化。【结果】在9个水稻品种下，不同虫态褐飞虱均倾向选择二化螟危害的水稻植株，但这种选择性在水稻品种间有所差异，如褐飞虱初羽化雌虫对明恢63的选择率显著高于甬优538。基因表达分析显示，二化螟的取食显著提高了与植物挥发物合成相关的基因OsCAS、OsLIS、OsHPL3和OsRCI-1的表达量。然而，不同虫态的褐飞虱与二化螟共同取食时，这些基因的表达水平与二化螟单独危害时相比，会出现升高或抑制的情况，具体的影响因虫态而异。【结论】褐飞虱趋向二化螟危害株的习性在所测定的9个水稻品种中普遍存在，但不同虫态在不同水稻品种下的趋向程度有明显差异，不同虫态间主要表现在褐飞虱初羽化雌虫对水稻品种甬优538、中浙优8号与明恢63的选择上；二化螟单独取食或与褐飞虱共同取食均可提高OsCAS、OsLIS、OsHPL3和OsRCI-1的表达水平，表明害虫危害水稻可以调控水稻挥发物的合成，进而影响褐飞虱的寄主选择行为。

关键词：水稻品种褐飞虱二化螟寄主选择性挥发物

褐飞虱中富含丝氨酸/精氨酸的可变剪接因子特性和生物学功能研究

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中国水稻科学 2024年

作者：贾毅帆王新峰王雅宣刘芳肖晶魏琪傅强万品俊中国水稻研究所水稻生物育种全国重点实验室

【目的】SR蛋白（serine/arginine-rich protein）是一类富含丝氨酸/精氨酸的可变剪接因子，在褐飞虱体内对基因的剪接过程起调控作用。本研究通过克隆褐飞虱（Nilaparvata lugens）的5个NlSR基因并鉴定了其分子特性、表达模式和生物学... 详细信息

【目的】SR蛋白（serine/arginine-rich protein）是一类富含丝氨酸/精氨酸的可变剪接因子，在褐飞虱体内对基因的剪接过程起调控作用。本研究通过克隆褐飞虱（Nilaparvata lugens）的5个NlSR基因并鉴定了其分子特性、表达模式和生物学功能，为褐飞虱的防治提供新的思路。【方法】基于褐飞虱基因组数据，利用PCR技术克隆了5个NlSR基因cDNA序列，并利用生物信息学手段分析其序列特征；利用qRT-PCR技术检测不同发育阶段（卵、1 - 5龄若虫和雌雄成虫）和组织（唾液腺、体壁、脂肪体、卵巢和中肠）中的表达特征；并测定干扰后的基因表达及褐飞虱的存活率、蜜露量和体重变化。【结果】成功克隆了5个NlSR基因的cDNA序列，分别命名为NlSRSF1、NlSRSF2.1、NlSRSF2.2、NlSRSF7.1和NlSRSF7.2。根据进化树分类，这些基因被分为3个亚家族：SRSF1、SRSF2和SRSF7。NlSRs基因的开放阅读框长度在495 bp到508 bp之间，编码的氨基酸数目介于164 aa到235 aa，预测分子量在19.54 kD到26.76 kD之间，等电点在9.53到11.83之间，均为亲水性碱性蛋白，不稳定指数在63.55到131.97之间。编码的蛋白含有N端的RRM结构域（RNA recognition motif）和C端的RS结构域（Arginine/serine-rich domain），NlSRSF7.1和NlSRSF7.2还含有锌指（ZnF＿C2HC）结构域。NlSRs基因在褐飞虱的唾液腺、体壁、脂肪体、卵巢和中肠等组织中均有表达，其中NlSRSF1和NlSRSF2.1在唾液腺中的相对表达量较高；NlSRSF1主要在卵和1龄若虫中表达，其他基因主要在成虫中表达。RNAi实验结果表明，与对照组dsGFP相比，干扰NlSRSF1、NlSRSF2.1和NlSRSF7.2显著降低褐飞虱的存活率，干扰NlSRSF2.2和NlSRSF7.1对存活率无显著影响，干扰所有NlSRs基因均显著降低了褐飞虱的蜜露量和体重增加量。【结论】本研究克隆了褐飞虱的5个NlSR基因，分析了其序列和表达特征，并通过干扰确定其对褐飞虱生命活动的影响，为深入研究褐飞虱NlSRs的生物学功能提供了基础。

关键词：褐飞虱 SR蛋白可变剪接 RNAi