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中国农业科学
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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。
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    棉花纤维发育

    李付广
    4561-4564页
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    亚洲棉短纤维发育相关长链非编码RNA的鉴定及表达

    王晓阳彭振邢爱双赵盈睿...
    4565-4584页
    查看更多>>摘要：[目的]长链非编码RNA(long non-coding RNAs,lncRNAs)是一类无蛋白质编码能力,但参与许多重要生命活动调控过程的长度大于200 nt的RNA.通过对亚洲棉无短纤维突变体(GA0149)和野生型(GA0146)纤维发育早期的转录组数据进行分析,挖掘调控短纤维发育的lncRNA,并明确其调控网络,为进一步解析棉花纤维发育机制奠定基础.[方法]选择GA0146和GA0149 2个材料在开花后当天(0 DPA)及花后3 d(3 DPA)、5 d(5 DPA)和8 d(8 DPA)的胚珠和纤维为材料进行转录组测序.鉴定lncRNA并预测其调控的靶基因;通过mRNA和lncRNA的差异表达分析,比较2个材料在不同纤维发育时期的差异.进一步利用KOBAS软件预测对差异lncRNA的靶基因进行富集分析并预测其参与的生物过程;最后通过实时荧光定量(RT-qPCR)技术对25个差异表达的lncRNA转录组数据进行验证.[结果]共鉴定获得15 339个lncRNA,其中11 595个lncRNA位于基因间区,包括2 428个反义lncRNA、350个内含子lncRNA及966个正义lncRNA.共有1 932个差异表达lncRNA(DE-lncRNA),它们所对应的8 134个靶基因中,有788个为差异表达基因(DE-mRNA).KEGG代谢通路富集分析表明,DE-mRNA主要参与植物激素信号转导(plant hormone signal transduction)和内质网中蛋白质加工过程(protein processing in endoplasmic reticulum).共表达调控网络分析显示,表达量差异比较显著的lncRNA(MSTRG.454250.3)和其所调控的靶基因表达趋势一致,仅在野生型(GA0146)短纤维发育早期胚珠中特异表达;而lncRNA(MSTRG.454261.4)与其调控的靶基因表达趋势相反,在突变体(GA0149)中的表达量显著高于野生型.RT-qPCR结果证实了转录组数据的真实性.[结论]鉴定了26个与亚洲棉短纤维发育相关的lncRNA,其通过调控植物激素信号转导途径相关的吲哚乙酸合成酶基因(Ga03G2421)和生长素响应蛋白基因(Ga05G1344)的表达而影响短纤维的发育.

    亚洲棉短纤维突变体长链非编码RNA调控网络荧光定量PCR

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    棉花β-tubulin基因家族的鉴定及其在纤维发育中的表达

    党媛玥马建江杨书贤宋吉坤...
    4585-4601页
    查看更多>>摘要：[目的]β-微管蛋白是棉纤维细胞形态建成的基本结构单位,在纤维发育过程中具有重要作用.通过鉴定棉花β-tubulin基因家族成员,并进行生物信息学和表达模式分析,为深入探究β-tubulin基因在棉花纤维发育中的作用提供理论依据.[方法]利用BLAST方法,在4个棉种基因组中鉴定β-tubulin基因家族成员,并结合ProtParam tool分析理化性质、MEGA7.0构建系统进化树、Mapchart2.2绘制染色体定位图、MEME分析保守基序、PlantCARE分析启动子顺式作用元件;根据39个材料发育纤维转录组数据分析陆地棉β-tubulin基因家族的表达水平,并利用Spearman相关性分析鉴定影响纤维品质性状形成的β-tubul in基因.[结果]在陆地棉(Gossypiumhirsutum,AD1)、海岛棉(Gossypium barbadense,AD2)、亚洲棉(Gossypium arboretum,A2)和雷蒙德氏棉(Gossypium raimondii,D5)基因组中分别鉴定到 36、37、19和18个β-tubulin基因,且在四倍体棉种中的数目约是二倍体棉种数目的二倍,系统进化将其分为Cluster I-ClusterV共5个亚组.系统进化与共线性分析发现,与陆地棉β-tubulin基因家族相比,海岛棉与二倍体亚洲棉和雷蒙德氏棉亲缘关系更近.保守结构域均具有典型的Tubulin和Tubulin-C.理化性质分析表明,该家族基因编码的氨基酸数目为421-508,等电点为4.68-5.09.启动子顺式作用元件分析获得生长发育响应相关元件、激素响应相关元件和胁迫响应相关元件等,表明β-tubulin基因参与细胞的生长调节.利用TM-1转录组数据对36个陆地棉β-tubulin基因表达模式进行聚类分析,发现有42％基因在纤维中优势表达;此外,利用海陆群体动态纤维转录组数据筛选到1、6和11个β-tubulin基因分别与纤维马克隆值、比强度和纤维长度显著相关,其中4个基因同时影响纤维长度和比强度性状.[结论]4个棉种中共鉴定出110个β-tubulin基因家族成员,氨基酸理化性质和序列高度保守而启动子序列调控元件多样;筛选出陆地棉纤维优势表达的β-tubulin基因家族成员,并发掘潜在调控纤维发育的候选基因.

    棉花β-tubulin基因家族生物信息学表达分析纤维发育

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    棉花FLA基因家族的全基因组鉴定及GhFLA05在棉纤维发育中的功能分析

    唐丽媛蔡肖王海涛李兴河...
    4602-4620页
    查看更多>>摘要：[背景]伴随着棉纺织工艺水平的提升和人们对高品质纺织品的追求,提升棉花纤维品质日益重要.类成束阿拉伯半乳糖蛋白(fasciclin-like arabinogalactan proteins,FLAs)在棉纤维起始发育、次生壁合成等过程中可能具有重要作用.[目的]通过对棉花FLA基因家族进行全面鉴定与分析,研究该家族成员的共性特征及特异性表达模式,为FLA在棉纤维发育中的功能研究提供参考.[方法]根据棉花全基因组数据,使用HMMER 3.0对棉花FLA基因家族成员进行鉴定,并通过Pfam、Smart等软件进一步确认.使用ExPASy、TMHMM分析蛋白理化性质及跨膜结构域,应用MEGA、MCScanX、GSDS、MEME、TBtools、Jalview等工具进行进化树构建、染色体定位、共线性分析和蛋白保守结构域序列比对等.通过转录组数据分析陆地棉FLA基因在不同组织中的表达情况.利用实时荧光定量聚合酶链式反应(quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)检测GhFLAs在不同纤维品质材料的胚珠及不同发育时期纤维中的表达差异.利用病毒诱导的基因沉默(virus induced gene silencing,VIGS)技术验证GhFLA05的功能.[结果]在陆地棉、海岛棉、亚洲棉和雷蒙德氏棉全基因组中分别鉴定出41、40、20和21个FLA家族成员,系统进化树显示,棉花FLA蛋白可以分为4个群组.进一步对陆地棉FLA家族蛋白进行分析,41个成员均具有1-2个AGP-like糖基化区域和1-2个类成束蛋白结构域(fasciclin-like domain,FAS),其中,37个含有信号肽(signal peptide,SP),25个含有糖基化磷脂酰肌醇(glycosylphosphatidy l inositol anchored protein,GPI)锚定信号,基因结构和基序组成在各组中相对保守.亚细胞定位显示,GhFLA05_D可能定位在细胞质的内质网,呈聚集状颗粒,GhFLA18-A和GhFLA22在细胞膜/壁、细胞质和细胞核中均有表达.转录组测序结果表明,Group A和Group B中的FLA蛋白主要在纤维中高表达,可能参与了棉纤维发育伸长和次生壁加厚等过程.在纤维品质差异显著的2个材料中,Group A和Group B成员具有相似的表达模式,并主要在纤维次生壁发育阶段、尤其是20-25 DPA时期优势表达;其中,GhFLA05在次生壁增厚期表现出特异性表达,两材料间存在显著差异,在高比强的RIL229的次生壁阶段更早达到最大值,推测GhFLA05可能在调控纤维比强度差异形成中发挥作用.利用VIGS技术沉默GhFLA05后,使棉纤维断裂比强度降低.[结论]在陆地棉、海岛棉、亚洲棉和雷蒙德氏棉中鉴定出122个FLA家族成员,可分为4个群组,不同群组成员间具有较高的结构和功能相似性,并从中鉴定了Group A和Group B成员,可能是主要与棉纤维发育相关的基因.明确家族中GhFLA05是次生壁合成阶段优势表达基因,并与陆地棉不同材料纤维比强度差异形成密切相关.

    棉花FLA纤维发育基因家族表达分析

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    棉花EX070基因家族全基因组的鉴定及种间比较

    董琰钰徐碧玉董泽宇汪露瑶...
    4621-4634页
    查看更多>>摘要：[目的]当前四倍体棉花的主栽品种是陆地棉与海岛棉,陆地棉产量高且适应性好,海岛棉纤维品质优异但产量一般.EX070是胞外分泌体(exocyst complex)中的关键亚基,在植物生长发育、胁迫响应等方面发挥重要作用.通过全基因组水平鉴定和分析陆地棉与海岛棉EX070基因家族成员,并研究其在纤维发育、环境适应等方面的功能,有助于揭示陆地棉与海岛棉种间性状差异形成的分子基础.[方法]从拟南芥数据库(TAIR)获取EX070家族蛋白序列作为参考序列,采用HMMER、ExPASy、MEME、TBtools等分析工具对陆地棉TM-1和海岛棉Hai7124基因组中EX070家族成员进行鉴定与分析,系统比较该家族在基因表达模式、重要农艺性状的相关性、逆境响应等方面的异同点.[结果]通过对陆地棉和海岛棉的基因组水平分析,均鉴定出54个EX070家族成员,根据系统进化发育可将其分为8个分支.陆地棉和海岛棉同源基因可一一对应,分布在陆地棉与海岛棉的20条染色体上,绝大多数成员为单外显子,但是两者间有12对同源基因在阅读框序列上存在较大差异.陆地棉与海岛棉大部分同源基因表达模式类似,但在同一纤维发育时期表达量存在差异,如分支A中的GH_A04G1208与同源基因GB_A04G1253.重要农艺性状关联分析中发现,海岛棉有16个EX070基因与纤维品质性状显著相关,多于陆地棉;陆地棉有13个基因与产量性状衣分显著相关,多于海岛棉.发现部分性状关联的差异可能由海陆种间的基因结构差异造成,如GH_A11G3714和GB-A11G3791.在不同逆境胁迫下,陆地棉中有25个基因受诱导,显著多于海岛棉中10个受诱导基因.[结论]在棉花四倍体形成、分化与驯化过程中,陆地棉与海岛棉EX070家族基因序列结构相对保守,基因表达模式也保持较高的一致性.海岛棉有更多的EX070基因与纤维品质性状相关,陆地棉有更多的基因与产量性状相关且对环境逆境更为敏感.

    陆地棉海岛棉EX070基因家族表达模式性状关联分析逆境响应

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    棉花功能基因图位克隆的研究进展

    臧新山王康文张先亮王雪平...
    4635-4647页
    查看更多>>摘要：图位克隆是鉴定特定表型变异遗传基础的经典有效策略.棉花功能基因图位克隆,对育种工作者创新利用种质资源、培育和定向设计新品种、提高育种效率有重要指导作用.近年来,随着雷蒙德氏棉、亚洲棉、陆地棉和海岛棉等基因组测序的完成和不断完善,基因的物理位置信息已知,省去了筛选基因组文库和构建候选区段物理图谱的过程,棉花功能基因图位克隆研究进入快速发展期.2016年,利用正向遗传学方法首次图位克隆了陆地棉显性无腺体G12e(GoPGF),目前已有20个质量性状基因和5个数量性状基因通过图位克隆策略鉴定.本文从基因符号、名称、染色体定位、候选基因等方面系统综述棉花纤维、腺体、蜜腺、叶型、株型、植株颜色、育性等性状相关图位克隆基因;并从图位克隆作图群体和集团分离分析法测序(bulked segregate analysis-sequencing,BSA-seq)应用等方面系统综述图位克隆策略.随着基因组测序技术的升级、测序成本的降低、BSA-seq等新方法的应用,图位克隆发展更加快速准确.利用转基因和基因组编辑技术对基因功能开展全面系统的鉴定评价,将为棉花分子设计育种提供理论基础和基因资源,加快棉花遗传改良进程.

    棉花图位克隆分子标记作图群体BSA-seq

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    带状间作不同带间距对玉米光能利用的影响

    武晶陈梦汪直华杨继芝...
    4648-4659页
    查看更多>>摘要：[目的]探究玉米单株生长环境一致情况下,不同玉米带间距离对带状间作玉米光能利用的影响.[方法]于2021-2022年,以传统间作(1M1S、2M1S)和玉米-大豆带状间作(2M2S、2M3S、2M4S)为研究对象,设置5种玉米带间距离,分别为1 m(1M1S,1行玉米:1行大豆)、1.2 m(2M1S,2行玉米:1行大豆)、1.6m(2M2S,2行玉米:2行大豆)、2 m(2M3S,2行玉米:3行大豆)、2.4 m(2M4S,2行玉米:4行大豆),另外设2种单作玉米为对照,单作玉米行距分别为80 cm(M80)和40 cm(M40),分析光环境的差异对玉米光能截获和光能利用率(RUE)的影响.[结果]与单作玉米相比,带状间作改善了玉米冠层中下部的透光率,显著提高玉米的叶面积和光能利用率,增加玉米干物质积累,使玉米叶片保持较高的净光合速率,促进产量的增加.随着玉米带间距离的增加,玉米中下部的透光率升高,带状间作2M2S、2M3S和2M4S处理较单作M80和M40处理分别升高30.67％、20.62％、10.10％和112.70％、96.35％、79.23％.2M4S处理由于玉米占地面积最少,导致单位土地面积上玉米光能截获最小,分别低于单作M80和M40处理44.72％和53.54％,但2M4S处理的单株光能利用率分别是单作M80和M40的1.14和2.16倍.带状间作2M2S、2M3S、2M4S处理的产量较单作M80和M40处理分别提高4.97％、10.47％、13.43％和50.05％、57.08％、61.31％.[结论]在玉米单株生长环境一致时,玉米带间距离的增大改善了玉米冠层中下部的透光性,增大了玉米的叶面积,使叶片保持着较高的净光合速率和光合产物的累积,进而提高了玉米的光能利用率.2M4S处理玉米中下部透光率最大,玉米的净光合速率和干物质积累最高,导致光能利用率和产量优势最高.

    带状间作玉米带间距离光能利用产量

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    单粒播种与施磷对间作花生种间竞争和生长的调控效应

    姜文洋陈俊南昝志曼汪江涛...
    4660-4670页
    查看更多>>摘要：[背景]玉米(Zea mays)间作花生(Arachis hypogaea)(玉米||花生)地上、地下种间作用明显,间作产量优势突出,在缓解我国油粮争地矛盾中起到重要作用,但花生处于种间竞争劣势,成为限制间作优势进一步提高的瓶颈.[目的]探明提高玉米||花生体系中花生种间竞争的调控措施及其机理,为玉米||花生高产栽培提供理论依据和技术支撑.[方法]2021-2022年在河南科技大学试验农场,以玉米'郑单958'和花生'花育16'为供试材料,设种植方式、花生播种方式和施磷量3因素完全随机区组试验,即种植方式设花生单作和玉米||花生,花生播种方式设花生单粒播种和双粒播种,施磷量设0(P0)和180 kg P2O5·hm-2(P180);以花生双粒播种的玉米||花生体系为对照,研究花生单粒播种对间作花生相对玉米的种间竞争力、净光合速率、最大生长速率、干物质积累和分配及间作产量优势的影响.[结果]与花生双粒播种的强势株和弱势株相比,单粒播种显著提高了间作花生相对玉米的侵占力和拥挤系数,相对侵占力分别提高 29.72％-80.85％和 38.91％-87.07％,相对拥挤系数分别提高 76.59％-172.02％和 244.43％-308.70％.单粒播种间作花生的净光合速率显著高于双粒播种,最大生长速率明显高于双粒播种的强势株和弱势株,其生育后期的干物质显著提高、干物质向荚果的分配比例增加,提高了茎、叶干物质对荚果的贡献率.单粒播种间作花生的产量和间作优势高于双粒播种,其中产量高出18.84％-33.32％,差异显著.与不施磷相比,施磷显著提高间作花生净光合速率,增加最大生长速率、促进干物质积累,增加产量.[结论]花生单粒播种能提高间作花生产量和间作优势,关键在于单粒播种较双粒播种能增强间作花生种间竞争能力,显著提高净光合速率,促进干物质积累及其向荚果分配.施磷对单粒播种间作花生的生长发育具有促进作用.

    玉米||花生种间竞争强势株与弱势株最大生长速率产量单粒播种磷肥

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    温度对棉花黄萎病发生及寄主防御反应的影响

    张亚林蒋艳赵丽红冯自力...
    4671-4683页
    查看更多>>摘要：[目的]解析不同温度对棉花黄萎病发生的影响以及调控寄主防御反应的机理,揭示温度对病原菌和寄主的双重作用,为该病害的绿色防控和温度调控研究提供理论依据.[方法]以棉花抗病品种中植棉2号(ZZM2)、感病品种冀棉11(JM11)为试验材料,采用室内实验与病圃实验相结合,设置恒定温度(22、25、28和32 ℃)、自然变温两个处理,检测温度对大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)生长、侵染定殖、棉花黄萎病发生的影响;通过调查活性氧(ROS)爆发、过氧化氢(H202)含量、胼胝质积累、防御相关基因表达水平等植物防御相关指标,解析温度调控棉花寄主防御反应的机制.[结果]在培养基上,25 ℃是大丽轮枝菌菌丝生长最适温度,22-28 ℃范围内适宜产孢;与培养基相比,不同棉花品种的叶片提取液对大丽轮枝菌生长均有促进作用,感病品种JM11促进作用更强;当温度为25-28 ℃时,ZZM2和JM11植株黄萎病发生均较重,低温22 ℃、高温32 ℃均不利于黄萎病发生.同时,在25 ℃处理下,棉花中大丽轮枝菌侵染定殖能力强,感病品种JM11比抗病品种ZZM2更易受到大丽轮枝菌的侵染,与棉花黄萎病病情指数的结果基本一致;进一步,温度显著影响了棉花寄主防御反应:与22-28 ℃相比,无论是否接种大丽轮枝菌,ZZM2和JM11在32 ℃处理下产生的ROS爆发更强烈;在25 ℃处理下,ZZM2和JM11叶片中H2O2含量最低;在32 ℃处理下,ZZM2和JM11叶片胼胝质积累量较高,分别为817、575个/mm2,是未接菌对照的2.04、1.80倍;棉花叶片中PAL、POD、PPO防御相关基因在25-28 ℃处理下表达量降低,低于22、32 ℃处理.[结论]温度对大丽轮枝菌生长、寄主防御反应具有双重作用,进而影响棉花黄萎病发生.其中无论恒定温度、自然变温,25-28 ℃均有利于大丽轮枝菌在棉花中侵染定殖,显著降低寄主防御反应,导致棉花黄萎病严重发生.

    温度棉花黄萎病大丽轮枝菌防御反应侵染

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    广东省蒲瓜病毒种类鉴定及多重RT-PCR检测方法的建立

    苏琦汤亚飞佘小漫蓝国兵...
    4684-4695页
    查看更多>>摘要：[目的]探明侵染广东省蒲瓜的病毒种类,建立一种可以同时检测多种蒲瓜病毒的RT-PCR检测方法,提高蒲瓜病毒种类鉴定效率,为蒲瓜病毒病的精准监测与防控提供依据.[方法]2018-2022年间,从广东省广州市、惠州市、清远市、汕头市和湛江市的蒲瓜主要种植区采集蒲瓜病毒病疑似样品78份,对采集的样品按照地区和症状进行分类,提取每份样品的总RNA,将一个地区具有相同症状样品的RNA等量混合后进行小RNA深度测序分析.根据小RNA深度测序分析结果,设计特异引物进行RT-PCR验证,从而明确侵染广东省蒲瓜的病毒种类.挑选6种检出率高、危害严重的蒲瓜病毒,根据GenBank数据库设计多重PCR检测引物,通过优化反应体系和反应条件,建立同时检测6种蒲瓜病毒的多重RT-PCR方法.[结果]从采集的78份蒲瓜疑似病毒病样品中,共检测到12种病毒,按照检出率从高到低分别为葫芦内源RNA病毒(Lagenaria siceraria alphaendornavirus,LSEV)(64.1％)、黄瓜绿斑驳花叶病毒(cucumber green mottle mosaic virus,CGMMV)(62.8％)、小西葫芦虎纹花叶病毒(zucchini tigre mosaic virus,ZTMV)(51.3％)、西瓜绿斑驳花叶病毒(watermelon green mottle mosaic virus,WGMMV)(43.6％)、西瓜病毒 A(watermelon virus A,WVA)(32.1％)、番木瓜环斑病毒(papaya ringspot virus,PRSV)(19.2％)、小西葫芦黄花叶病毒(zucchini yellow mosaic virus,ZYMV)(9.0％)、瓜类蚜传黄化病毒(cucurbit aphid-borne yellows virus,CABYV)(7.7％)、中国南瓜曲叶病毒(squash leaf curl China virus,SLCCNV)(7.7％)、瓜类褪绿黄化病毒(cucurbit chlorotic yellows virus,CCYV X 5.1％)、瓜类黄矮失调病毒(cucurbit yellow stunting disorder virus,CYSDV)(3.8％)、甜瓜黄斑病毒(melon yellow spot virus,MYSV)(1.3％).78 份样品中,复合侵染率高达 80.8％,其中2、3、4、5、6和7种病毒复合侵染的检出率分别为14.1％、16.7％、23.1％、17.9％、7.7％和1.3％.在多重RT-PCR体系中先加入WVA+CCYV+ZTMV+PRSV引物,12个反应后再加入 CGMMV+WGMMV引物,引物体积依次为WVA 0.5 μL、CCYV 0.5 μL、CGMMV 0.4 μL、WGMMV 0.4 μL、ZTMV 0.6μL、PRSV 0.6 μL,从而确立了一种同时扩增6种病毒的多重RT-PCR检测方法.[结论]危害广东省蒲瓜的主要病毒有12种,其中CGMMV、ZTMV、WGMMV、WVA为优势病毒;复合侵染现象较普遍,以3、4和5种病毒的复合侵染形式占比较高;研发出一种同时检测蒲瓜上6种病毒的多重RT-PCR检测技术,提高了蒲瓜病毒种类鉴定效率.

    蒲瓜病毒病小RNA深度测序RT-PCR检测多重PCR方法

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