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中国农业科学
中国农业科学院
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路文如

半月刊

0578-1752

zgnykx@mail.caas.net.cn

010-82109808 82106279

100081

北京中关村南大街12号

中国农业科学/Journal Scientia Agricultura SinicaCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊为综合性农牧业科学学术刊物。主要发表我国农牧业科学在基础理论和应用技术方面的学术论文、重要科研成果和专题报告及各学科研究进展综述等。主要栏目有作物栽培的理论与实践、作物育种与品种资源、生物技术、植保、土肥、畜牧、兽医、研究简报等。读者对象为农牧业科技工作者、农业院校师生和农业管理干部。
正式出版
收录年代

    葡萄铁蛋白基因Ferritin的鉴定、克隆及其在果实发育不同时期对氨基酸铁复合肥喷施的响应

    宋志忠王建萍史圣朋曹晶雯...
    3629-3641页
    查看更多>>摘要:[目的]铁蛋白 Ferritin 在植物生长发育过程中发挥重要作用,其在果树中的生物学功能尚未见报道.克隆葡萄Ferritin 家族基因并揭示其在果实发育不同时期的表达模式及其对叶面喷施氨基酸-铁(Fe)复合肥处理的响应差异,可为研究果树铁素营养与代谢的分子机制提供理论依据.[方法]通过同源克隆法从'马瑟兰'中克隆Ferritin家族基因,利用生物信息学手段分析葡萄Ferritin及其编码蛋白的详细特征;设置叶面喷施氨基酸-Fe复合肥处理,利用荧光实时定量PCR技术分析Ferritin在葡萄果实发育不同时期的表达特征及其对叶面喷施处理的差异响应.[结果]在葡萄基因组中检索并克隆获得 4 个Ferritin家族基因,命名为VvFer1—VvFer4,分布于第 6、8 和 13 号三条染色体上,均含有 7 个长度不一的内含子,且主要定位于叶绿体和细胞核.本文所选 16 种植物Ferritin蛋白序列的一致性高达 61.48%,系统发育树分析表明同一属的 Ferritin 同源蛋白如十字花科的拟南芥和芜菁,茄科的烟草和马铃薯,豆科的大豆、落花生和鹰嘴豆,大戟科的橡胶树、木薯和蓖麻,蔷薇科的苹果、桃和草莓,遗传进化关系较近,葡萄 VvFer3 和茄科同源蛋白遗传关系最近.葡萄VvFer基因在五年生'马瑟兰'果实发育不同时期、不同组织中的表达水平差异较大,其中,VvFer3在不同组织中的表达量均最高,最大值出现在硬核期至成熟期的果实中,其次是VvFer2和VvFer4.'马瑟兰'葡萄发育不同时期果实中的 Fe 含量略有差异,从幼果期开始逐渐增加,并在转色期果实中达到最高值,从转色期到成熟期略有下降,但仍高于幼果期和硬核期果实中的Fe含量,叶面喷施处理显著提高了成熟期果实中的Fe含量、乌头酸酶ACO(aconitase)、硝酸还原酶NIR(nitrite reductase)和琥珀酸脱氢酶SDH(succinate dehydrogenase)的酶活性.VvFer2-4在转录水平易受叶面喷施铁肥的诱导而显著增强,且与葡萄组织/器官分布和果实发育的不同时期密切相关,VvFer2在葡萄发育整个周期仅在果实中对叶面喷施铁肥处理比较敏感,VvFer3在所有组织中仅从幼果期至转色期对叶面喷施铁肥有响应,VvFer4在葡萄发育整个周期的韧皮部和叶片中持续受叶面喷施铁肥的诱导,而在果实中仅从幼果期至转色期对叶面喷施铁肥有响应;VvFer1在本文所选组织中的表达量相对较低,但很均匀,且在转录水平对叶面喷施铁肥没有响应.[结论]从葡萄中克隆并鉴定了 4 个铁蛋白基因Ferritin,其在葡萄发育不同时期、不同组织中的表达水平差异较大,并在转录水平易受叶面喷施铁肥的诱导;VvFer3在葡萄所有组织中的整体表达量最高(特别是果实中最为突出),且在幼果期至转色期易受铁肥叶面喷施的调控.

    葡萄Fe的储藏与封存Fe蛋白氨基酸-Fe复合肥叶面喷施

    宽皮柑橘褐斑病抗性的全基因组关联分析

    杨胜男程莉谈月霞朱延松...
    3642-3654,中插5-中插11页
    查看更多>>摘要:[目的]挖掘宽皮柑橘褐斑病抗性基因及抗病资源中的相关基因型,为柑橘品种抗褐斑病改良提供依据.[方法]在夏秋两季对 136 份宽皮柑橘离体叶片进行褐斑病病菌接种试验,将两次试验结果取交集,得到 121 份宽皮柑橘的褐斑病感抗结果.用 121 份宽皮柑橘表型对前人开发的CAPS进行验证,再对这 121 份宽皮柑橘的表型结果与利用简化基因组获得的SNP基因型结果进行主成分分析、GWAS分析和Fst分析,获得宽皮柑橘褐斑病抗性相关SNP位点.对通过GWAS获得的SNP进行基因型分析,在所有候选SNP的上下游 25 kb范围内选取候选基因,根据phytozome注释对候选基因进行筛选.在感病资源'秤砣红橘'和抗病资源'新克里曼丁'接种褐斑病病菌 24、48 和 72 h 后,利用实时荧光定量 PCR对筛选出的基因进行表达量分析.[结果]发现在 121 份宽皮柑橘中,温州蜜柑和克里曼丁类等 67 份资源表现抗褐斑病,大部分红橘和椪柑等 54 份资源感褐斑病.本研究发现前人开发的CAPS准确率为 76.86%,其相关性为中等程度相关.以-log10(P)>4.5 为标准,GWAS筛选出 6 个强关联SNP;以Fst>0.38 为标准,Fst筛选出 8 个SNP.GWAS筛选出的 6 个SNP的基因型与宽皮柑橘抗褐斑病表现为强相关,其中位于 3 号染色体上 24 838 146 bp位置处Ciclev10021676的SNP1 基因型对宽皮柑橘抗褐斑病区分能力最强.从 14 个 SNP 中筛选出 Ciclev10018604、Ciclev10023485、Ciclev10023486、Ciclev10024586和Ciclev10019874等 5 个基因.这 5 个基因在'秤砣红橘'接种病原菌后表达量上调,且都在 48 h后表达量达到最高,上调倍数高达 90 倍.[结论]通过GWAS挖掘出 3 号染色体上 24 838 146 bp位置的SNP与宽皮柑橘褐斑病抗病性相关性最显著,相关系数为 0.641.并且该位置的基因型能比较有效地将抗性资源和感病资源进行区分.挖掘到Ciclev10019874、Ciclev10018604、Ciclev10023485、Ciclev10024586、Ciclev10023486等 5 个调控宽皮柑橘抗褐斑病的候选基因.

    宽皮柑橘褐斑病分子标记全基因组关联分析群体遗传分化指数分析

    不同干燥方式对竹叶花椒叶品质的影响

    王安娜王赟彭小伟吴玉芳...
    3655-3669页
    查看更多>>摘要:[目的]花椒叶资源巨大、加工成本低、营养价值高,为提高花椒叶干燥品质,通过研究不同干燥方式对竹叶花椒叶品质的影响,为其开发利用提供参考依据.[方法]以竹叶花椒叶为试验材料,研究自然(natural drying,ND)、热风(hot air drying,AD)、热泵(heat pump drying,PD)、真空(vacuum drying,VD)和冷冻(vacuum freezing drying,FD)等5种不同干燥方式对其干燥特性、功能特性、微观结构,多酚、黄酮、蛋白质、脂肪、总糖的含量以及抗氧化能力和挥发性物质等方面的影响.[结果]5种不同干燥方式对竹叶花椒叶品质的影响存在差异,其水分比均呈指数下降趋势.ND、AD、PD、VD和FD到达干燥终点所需时间分别为 32、7、6、16 和 28 h.在干燥期间水分扩散越快,干燥速率越大,耗时越短,干燥速率大小为PD>AD>VD>FD>ND.不同干燥方式对竹叶花椒叶色泽的影响大小为VD>ND>PD>AD>FD,其中AD与FD可较好地保留其叶绿素含量,分别为 12.74 和 12.85 mg·g-1.从微观结构看,温度对于竹叶花椒叶内部结构有显著影响,高温对其破坏较为严重,FD呈多孔结构,具有较好的持水性,达到5.85 g·g-1.ND保留的糖类物质最高,为6.53 g/100 g,使其具有较高的水溶性能力,达到35.93%;PD对其蛋白质、脂肪保留较好,含量分别为2.43和4.86 g/100 g.干燥后竹叶花椒叶中多酚、黄酮物质保留较高,多酚含量在 72.16-109.50 mg·g-1,黄酮含量在 45.60-82.23 mg·g-1,AD与FD中多酚和黄酮含量高且比较接近;对DPPH·、ABTS+·清除能力及FRAP还原力大小为FD>AD>PD>ND>VD,多酚、黄酮物质含量与抗氧化能力呈正相关.同时,通过顶空固相微萃取-气质联用测定其挥发性物质,共检测出49种,按结构可分为烯烃、酮、醛、酯、醇、苯、酚等7类,发现 5种不同干燥方式下的竹叶花椒叶挥发性物质种类、数目及相对含量均有所差异,其中以烯烃类为主,共有26种,相对含量为58.02%—75.18%.[结论]综合物料的品质指标及实际操作成本,以AD效率高、成本低,且色泽、抗氧化活性等品质相对较好,更适宜竹叶花椒叶干燥.

    竹叶花椒叶干燥方式干燥特性品质评价

    CircCEP85L对牛肌肉干细胞增殖、成肌分化的调控

    韦瑶张瑞门安强王乐怡...
    3670-3681页
    查看更多>>摘要:[目的]目前,越来越多的研究证明环状 RNA(circRNA)在牛肌肉发育过程中扮演着重要的角色,但其分子调控机理尚未完善.通过挖掘与牛肌肉发育相关的circRNA的作用机制,为进一步阐明其调控牛肌肉发育的分子机制奠定基础.[方法]以前期分析的增殖期(GM)与成肌分化期(DM)黄牛肌肉干细胞(MuSCs)的RNA-seq测序结果为基础,筛选出显著差异表达的 circRNA,circCEP85L.采集新鲜黄牛胎牛的心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、肌肉、肠和胃的组织样本,分离培养黄牛肌肉干细胞并诱导成肌分化,收集黄牛体外培养的GM与DM细胞,分别提取RNA并反转录为cDNA.通过实时荧光定量PCR(quantitative real time PCR,qRT-PCR)检测circCEP85L在不同组织及不同细胞状态的表达规律.同时,设计特异性引物扩增 circCEP85L 全长,构建过表达载体 p-circCEP85L,质粒转染 MuSCs 后收集过表达circCEP85L细胞样本.以过表达质粒pCD5-ciR细胞样本为对照,采用qRT-PCR、流式细胞术、Western Blot及免疫荧光等技术检测过表达 circCEP85L 对黄牛 MuSCs 增殖、凋亡及成肌分化的影响.[结果]PCR 电泳结果证明 circCEP85L环化位点真实存在.CircCEP85L在多种组织中表达,并在DM期的表达量显著高于GM期(P<0.001);为了进一步探究对circCEP85L黄牛MuSCs的影响.将过表达载体p-circCEP85L与对照载体pCD5-ciR转染体外培养的黄牛MuSCs,继续培养 24 h之后,EdU结果表明过表达circCEP85L能显著降低EdU阳性细胞比例(P<0.001);流式周期检测结果表明,过表达circCEP85L增加了G0/G1期细胞比例,显著减少S期细胞比例(P<0.001);流式凋亡结果表明,过表达circCEP85L显著抑制MuSCs的凋亡率(P<0.05).QRT-PCR及Western blot检测黄牛MuSCs增殖及凋亡相关基因的表达情况,结果表明过表达circCEP85L后显著降低了黄牛MuSCs增殖及凋亡相关基因的mRNA表达水平(P<0.001),凋亡蛋白BAX的表达量也显著降低(P<0.01).此外,为了检测过表达 circCEP85L对黄牛 MuSCs成肌分化的影响,在转染 24h后更换分化培养基诱导细胞分化,Western blot及免疫荧光结果显示过表达circCEP85L后显著促进分化标志基因MyH6的表达水平(P<0.001),细胞融合形成肌管的数量和大小均显著高于对照组.[结论]研究表明,circCEP85L 通过抑制黄牛MuSCs增殖和凋亡、促进细胞成肌分化,从而影响黄牛骨骼肌的生长发育过程,为circRNA调控黄牛骨骼肌的生长发育机制研究奠定基础.

    circCEP85L肌肉干细胞细胞增殖成肌分化

    机器学习在动物基因组选择中的研究进展

    李棉燕王立贤赵福平
    3682-3692页
    查看更多>>摘要:基因组选择是指利用覆盖在全基因组范围内的分子标记信息来估计个体育种值.利用基因组信息能够避免因系谱错误带来的诸多问题,提高选择准确性并缩短育种世代间隔.根据统计模型的不同,基因组选择方法可大致分为基于BLUP(best linear unbiased prediction,BLUP)理论的方法、基于贝叶斯理论的方法和其他方法.目前应用较多的是GBLUP及其改进方法ssGBLUP.准确性是基因组选择模型最常用的评价指标,用来衡量真实值和估计值之间的相似程度.影响准确性的因素可以从模型中体现,大致分为可控因素和不可控因素.传统基因组选择方法促进了动物育种的快速发展,但这些方法目前都面临着多群体、多组学和计算等诸多挑战,不能捕获基因组高维数据间的非线性关系.作为人工智能的一个分支,机器学习是最贴近生物掌握自然语言处理能力的一种方式.机器学习从数据中提取特征并自动总结规律,利用该规律与新数据进行预测.对于基因组信息,机器学习无需进行分布假设,且所有的标记信息都能够被考虑进模型当中.相比于传统的基因组选择方法,机器学习更容易捕获基因型之间、表型与环境之间的复杂关系.因此,机器学习在动物基因组选择中具有一定的优势.根据训练期间接受的监督数量和监督类型,机器学习可分为监督学习、无监督学习、半监督学习和强化学习等.它们的主要区别为输入的数据是否带有标签.目前在动物基因组选择中应用的机器学习方法均为监督学习.监督学习可以处理分类和回归问题,需要向算法提供有标签的数据和所需的输出.近年来机器学习在动物基因组选择中的应用不断增多,特别是在奶牛和肉牛中发展较快.本文将机器学习算法划分为单个算法、集成算法和深度学习 3 类,综述其在动物基因组选择中的研究进展.单个算法中最常用的是KRR和SVR,两者都是通过核技巧来学习非线性函数,在原始空间中将数据映射到更高维的核空间.目前常用的核函数有线性核、余弦核、高斯核和多项式核等.深度学习又称为深度神经网络,由连接神经元的多个层组成.集成学习算法则是指将不同的学习器融合在一起进而得到一个较强的监督模型.近十年来,有关机器学习和深度学习的相关文献呈现了指数型的增长,在基因组选择方面的应用也在逐渐增多.尽管机器学习在某些方面存在明显的优势,但其在估计动物复杂性状基因组育种值时仍面临诸多挑战.部分模型的可解释性低,不利于数据、参数和特征的调整.数据的异质性、稀疏性和异常值也会造成机器学习的数据噪声.还有过拟合、大标记小样本和调参等问题.因此,在训练模型时需要谨慎处理每一个步骤.文章介绍了基因组选择传统方法及其面临的问题、机器学习的概念和分类,探讨了机器学习在动物基因组选择中的研究进展及目前存在的挑战,并给出了一个案例和一些应用的建议,以期为机器学习在动物基因组选择当中的应用提供一定参考.

    机器学习深度学习基因组选择动物育种

    草甸草原关键物种功能性状对长期放牧和停牧恢复的响应

    司雨凡李辉李子好姜翠霞...
    3693-3708页
    查看更多>>摘要:[目的]植物功能性状对环境变化及外部干扰的响应,反映了植物的表型塑性、生存策略及适应能力.通过长期放牧条件下草原植物功能性状的变化及停止放牧后的恢复响应研究,为草原恢复管理的研究提供理论依据.[方法]探究了生长季不同放牧梯度下呼伦贝尔草甸草原6个关键物种(羊草、日阴菅、糙隐子草、斜茎黄芪、裂叶蒿、细叶白头翁)叶片功能性状(叶片干重、叶片含水量、叶面积、比叶面积、叶片氮含量、叶片磷含量、叶片C/N、叶片N/P)的变化,以及生长季停止放牧后的草甸草原关键物种叶片功能性状的即时恢复响应.[结果](1)6 个关键物种的相对生物量和重要值随放牧强度增加而减小,轻度和重度放牧强度停止放牧后的值大于继续放牧.(2)6个关键物种的叶片干重、叶片C/N整体随放牧强度的增加呈减小趋势;叶片含水量、比叶面积、叶片氮含量整体随放牧强度的增加呈增大趋势;除裂叶蒿外各物种叶面积都随放牧强度增加而减小;叶片磷含量除糙引子草外都随放牧强度增加呈增大趋势;随放牧强度增加,羊草、日阴菅、糙隐子草、细叶白头翁的叶片N/P整体呈增大趋势,而斜茎黄芪、裂叶蒿呈减小趋势.(3)停止放牧后,重度放牧的恢复程度高于轻度放牧,6个关键物种的功能性状整体恢复较好,叶片干重、叶片含水量、叶面积、比叶面积、叶片N/P都表现为正响应、叶片磷含量呈现负响应,叶片氮含量、叶片 C/N 在 6 个关键物种中正负响应不一,叶片氮含量的正响应少于负响应,叶片C/N的正响应多于负响应.(4)禾草类的叶片形态学性状、杂类草的养分特征对停止放牧后的恢复更敏感,且叶片干重、叶面积和叶片磷含量对放牧强度和物种的交互作用的响应更为显著.停止放牧后,随 6 个关键种叶面积、叶片氮含量、叶片N/P的增加,叶片干重也在增加.[结论]长期放牧导致草原植物个体小型化,停止放牧后植物功能性状正响应多于负响应,草原植被功能出现明显的恢复响应,草甸草原的地上生物量有所增加.

    长期放牧停止放牧叶片功能性状恢复力草甸草原