南方农业学报杂志2026年第3期
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- 荔枝蒂蛀虫2个气味结合蛋白基因克隆及其与性信息素的分子对接
- 常虹, 王思威, 刘艳萍, 王潇楠, 郭江龙, 高燕,
- 【目的】 明确荔枝蒂蛀虫(Conopomorpha sinensis Bradley)气味结合蛋白(OBPs)在荔枝蒂蛀虫识别性信息素过程中的功能,为阐明荔枝蒂蛀虫性信息素识别的化学通讯机制提供理论依据。【方法】 基于对荔枝蒂蛀虫雌虫和雄虫的触角转录组测序结果分析,获得与性信息素识别相关的CsOBPs蛋白,采用cDNA末端快速扩增(RACE)技术克隆CsOBPs基因全长并进行生物信息学分析;通过实时荧光定量PCR检测CsOBPs基因在荔枝蒂蛀虫3日龄成虫不同组织(触角、头、胸、腹、足、翅)和时间点(00:00、04:00、08:00、12:00、16:00、20:00、24:00)的表达模式;利用AlphaFold2构建CsOBPs蛋白的三级结构模型,结合分子对接解析其与性信息素的结合能力。【结果】 克隆获得2条与性信息素识别相关的OBPs基因序列,分别命名为CsOBP1和CsOBP2,通过扩增得到基因序列全长,其中,CsOBP1基因全长859 bp,编码121个氨基酸残基,蛋白分子量为14.27 kD,理论等电点为5.91;CsOBP2基因全长824 bp,编码160个氨基酸残基,蛋白分子量为18.24 kD,理论等电点为5.27。实时荧光定量PCR结果显示,CsOBP1和CsOBP2基因在荔枝蒂蛀虫各组织中均有表达,且在雄虫触角中表达量最高;2个基因均在夜间高表达,其表达规律与该虫交尾行为周期基本一致。同源建模结果显示,CsOBP1和CsOBP2蛋白具有OBPs的典型结构特征,即含有6个保守的半胱氨酸残基形成的3对二硫键。分子对接分析结果显示,CsOBP1和CsOBP2蛋白与6种性信息素组分结合能介于-5.3~-9.1 kcal/mol,说明CsOBP1和CsOBP2蛋白与性信息素组分均有较强的结合力。分子动力学轨迹模拟结果显示,CsOBP1和CsOBP2蛋白与性信息素组分主要依赖范德华相互作用能和非极性溶剂自由能相结合形成稳定的复合体。【结论】 CsOBP1和CsOBP2基因与性信息素识别相关,CsOBP1和CsOBP2可作为性信息素识别蛋白参与荔枝蒂蛀虫识别性信息素过程的调控。
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- 岷江百合花青苷合成调控基因LrMYB15启动子克隆及活性分析
- 李进伟, 牟策, 吴璟瑄, 李靖, 肖海婷, 杨盼盼, 明军, 徐雷锋,
- 【目的】 克隆岷江百合R2R3-MYB转录因子基因MYB15(LrMYB15)的启动子,并检测其转录活性,为揭示LrMYB15基因在百合花色形成和环境响应中的调控机制提供参考依据。【方法】 提取岷江百合开花当天的外侧花被片的基因组DNA和RNA,采用染色体步移法克隆LrMYB15基因启动子。通过PlantCARE数据库对其启动子序列的顺式作用元件进行预测。构建pBI121-LrMYB15-pro:GUS融合表达载体,利用农杆菌GV3101菌株瞬时转化本氏烟草的叶片,通过GUS组织化学染色法观察不同光照条件和添加外源激素生长素(IAA)、脱落酸(ABA)和茉莉酸甲酯(MeJA)处理下LrMYB15基因启动子活性,并通过实时荧光定量PCR对该启动子的活性作进一步检测。构建光响应元件缺失启动子载体pBI121-ΔLrMYB15-pro:GUS,验证LrMYB15基因启动子序列中光响应元件功能。通过实时荧光定量PCR检测岷江百合花被片在3种外源激素和光照处理下LrMYB15基因的表达情况,并测定其花青苷含量。【结果】 克隆获得长度为2269 bp的LrMYB15基因启动子,该启动子区域共包含97个顺式作用元件,除含有TATA-box、CAAT-box等核心顺式作用启动元件外,还包含3类不同生物学功能的顺式作用元件,包括生长发育相关元件、激素响应元件和非生物胁迫响应元件。GUS组织化学染色检测结果表明,LrMYB15基因启动子具有明显的转录活性,能驱动下游GUS基因表达,在黑暗条件下该启动子的活性极低。LrMYB15基因启动子活性受光照诱导,并能被外源施加的IAA、ABA和MeJA 3种植物激素增强。而使用缺失了光响应元件的pBI121-ΔLrMYB15-pro:GUS载体侵染后,烟草叶片全程黑暗处理仅能观察到极其微弱、稀疏的蓝色斑点,表明光响应元件缺失后,LrMYB15基因启动子的光诱导活性明显降低。通过实时荧光定量PCR检测瞬时转化烟草叶片中GUS基因的相对表达量,结果与GUS组织化学染色结果一致。在岷江百合花被片中LrMYB15基因的相对表达量也与GUS染色结果一致,且岷江百合花被片中花青苷含量的变化趋势与LrMYB15基因相对表达量的变化亦趋势一致。【结论】 成功克隆并鉴定了岷江百合LrMYB15基因的启动子,证实其受光和激素协同调控,其中光响应元件对其光诱导活性具有关键作用。LrMYB15基因对岷江百合花被片中花青苷的合成具有正向调控作用。LrMYB15基因的启动子可用于驱动目的基因在植物中进行表达的研究。
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- 辣椒MATE基因家族鉴定及其与类黄酮积累的关联分析
- 唐思洁, 刘鑫, 袁小飞, 刘微, 王雨哲, 曹灿, 周嘉豪, 刘宇华,
- 【目的】 从辣椒全基因组中鉴定多药和毒性化合物排出蛋白(CaMATE)家族成员,分析其在辣椒不同组织中的表达模式及其与类黄酮积累的关联,为进一步研究CaMATE基因家族在辣椒类黄酮转运中的生物学功能,以及选育和改良高类黄酮含量辣椒品种提供理论依据。【方法】 以4个不同基因型辣椒品种(HJ10-1、HJ11-3-1、CJ12-17-1和0622-1-3-2-1-3-1)的果皮为试验材料,利用生物信息学方法鉴定CaMATE基因家族成员,并系统分析该家族成员的基本理化性质、基因结构、系统发育关系。通过分析4个不同基因型辣椒品种在不同组织中的表达模式,筛选调控辣椒类黄酮积累的CaMATE家族基因。通过实时荧光定量PCR检测8个CaMATE家族基因的表达情况。对CaMATE家族基因与类黄酮组分在4个辣椒品种中高表达的转录因子进行相关分析。【结果】 从辣椒基因组中鉴定出61个CaMATE基因家族成员,命名为CaMATE1~CaMATE61,这些成员随机且不均匀分布于13条染色体上;其编码蛋白包含2~12个跨膜结构、3种类型的MATE保守结构域,主要定位于细胞膜。CaMATE家族基因启动子区域的顺式作用元件主要涉及激素响应、生长发育和防御或胁迫响应。系统发育分析将MATE成员分为6个亚家族(Ⅰ~Ⅵ),辣椒和番茄MATE家族成员间的相似性较高。CaMATE家族成员在不同组织中的表达模式存在较大差异,CaMATE3、CaMATE6和CaMATE23基因的相对表达量在4个辣椒品种中均较高。CaMATE25基因的相对表达量仅在CJ12-17-1辣椒花后30 d的果皮样品中呈较高水平。实时荧光定量PCR检测结果与转录组测序结果一致。相关分析结果显示,CaMATE3、CaMATE25、CaMATE38和CaMATE51基因均与超过15个类黄酮组分呈较强相关,并且这4个基因与bHLH96和HD-ZIP3高表达转录因子也呈较强相关。【结论】 共鉴定出61个CaMATE基因家族成员。在辣椒果实中高表达的基因(如CaMATE3和CaMATE25等)与多个类黄酮组分存在较强相关性,推测这些基因参与调控辣椒类黄酮的转运过程。筛选出MYB113、bHLH96和HD-ZIP3为潜在类黄酮转运CaMATE家族基因的上游调控因子。
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- 迷人杜鹃花青素还原酶基因RaANR1克隆及功能分析
- 苗娅婕, 胡荣美, 舒合凤, 黄菊, 刘文杰, 张习敏, 孙威,
- 【目的】 克隆迷人杜鹃花青素还原酶(ANR)基因RaANR1,并分析RaANR1基因对花青素和原花青素合成的调控功能,为迷人杜鹃花色遗传改良及ANR1基因在植物代谢工程中的应用提供理论依据。【方法】 以迷人杜鹃花朵为材料,克隆获得RaANR1基因,利用生物信息学软件对其进行分析,利用蘸花法和注射法将RaANR1分别转入野生型拟南芥和烟草中,经抗性筛选和反转录PCR(RT-PCR)验证获得转基因植株后,使用分光光度计检测拟南芥幼苗和烟草花朵花青苷和原花青素含量。利用实时荧光定量PCR检测烟草花青苷和原花青素合成过程中内源基因的相对表达量。【结果】 成功克隆获得RaANR1基因,编码区(CDS)全长为1002 bp,编码333个氨基酸残基,属于稳定的非分泌型亲水性蛋白,其二级结构中α-螺旋和无规则卷曲占比较高,含有ANR保守的NADPH/NADP结合域、活性位点及底物结合位点。RaANR1与茶树CsANR、柿子DkANR和兔眼蓝莓VaANR的氨基酸序列相似性分别为82.49%、80.88%和89.79%。RaANR1与VaANR的亲缘关系最近且保守基序最相似。与野生型拟南芥相比,2个拟南芥转基因株系幼苗子叶和下胚轴颜色由紫色变为绿色,且花青苷含量较野生型极显著降低(P<0.001),但2个转基因株系的原花青素含量较野生型显著(P<0.05,下同)或极显著(P<0.001)升高。与野生型烟草相比,2个烟草转基因株系花色明显变浅,且其花朵中的花青苷含量较野生型均极显著降低(P<0.001、P<0.01),但原花青素含量极显著(P<0.001)或显著升高。与野生型相比,2个转基因株系中NtF3'5'H、NtDFR、NtANS和NtANR1基因显著上调表达,而NtF3'H和NtANR2基因与野生型无显著差异(P>0.05)。【结论】 RaANR1基因的过表达使拟南芥幼苗子叶及烟草花朵中的花青苷含量大幅降低,而原花青素含量大幅升高,表明RaANR1基因可通过调控原花青素和花青素的合成改变花朵颜色。
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- 基于UPLC-MS/MS解析九制陈皮加工过程中生物碱的变化趋势
- 陈楚, 余元善, 卜智斌, 钟楚敏, 郑慧珊, 肖更生, 傅曼琴,
- 【目的】 分析九制陈皮加工过程中生物碱类化合物的变化规律,为优化九制陈皮加工工艺和质量控制提供参考依据。【方法】 选取九制陈皮加工过程中原料(CP1)、浸泡(CP2)、腌制(CP3)和陈化(CP4)4个阶段的柑橘皮为试验材料,采用超高效液相色谱串联质谱(UPLC-MS/MS)技术结合主成分分析、聚类分析和正交偏最小二乘判别分析等方法,分析4个关键加工阶段中的生物碱类代谢物变化规律,挖掘其中的差异代谢物,并进行显著差异代谢物筛选、差异倍数(Fold Change)分析、K均值聚类和KEGG通路注释。【结果】 从九制陈皮4个关键加工阶段共鉴定出33种生物碱及其衍生物,其中吲哚类10种,喹啉类3种,有机胺类、吡啶类、吖啶酮类和苯乙胺类各2种,季铵盐类、哌啶类、吡咯类和嘌呤类各1种,生物碱衍生物8种,辛弗林相对含量最高,其次是水苏碱;依据Fold Change≥1.5或Fold Change≤0.67且变量重要性投影(VIP)≥1筛选出30种显著差异代谢物,占生物碱总数的90.9%。CP1 vs CP2、CP2 vs CP3、CP3 vs CP4和CP1 vs CP4分别有显著差异代谢物22、17、10和23种。在九制陈皮加工过程中,生物碱相对含量总体呈下降趋势,其中吲哚类下降最明显,且主要变化发生在浸泡阶段。上调的差异代谢物有DL-2-氨基己二酸、烟碱葡萄糖醛酸苷、乙酰胆碱和甜菜碱等,下调的差异代谢物以4-氨基吲哚、N-乙酰-5-羟基色胺、甲氧基吲哚乙酸等吲哚类生物碱为主。差异代谢物注释的主要KEGG代谢通路有色氨酸代谢,次级代谢产物的生物合成,ABC转运蛋白及甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢等。【结论】 在九制陈皮加工过程中,浸泡是生物碱含量下降与转化的关键阶段,实际生产中可通过优化浸泡时间、温度等参数,调控主要活性成分保留与苦味物质去除之间的平衡,并监测辛弗林等主要活性成分的含量与吲哚类物质的转化。
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- 齿瓣石斛黄酮醇合成酶基因(DdFLSs)克隆及体外功能分析
- 张娜, 孙春梅, 冉璜馨, 常健红, 姚爱芹, 杨亦晨, 唐军荣, 韩庆莉,
- 【目的】 克隆齿瓣石斛黄酮醇合成酶(FLS)基因(DdFLSs),并进行体外功能分析,为深入探究齿瓣石斛黄酮类化合物合成调控机制提供理论依据。【方法】 基于齿瓣石斛叶片转录组测序数据,筛选并克隆DdFLSs候选基因,并对其进行生物信息学分析及原核系统表达,通过体外酶活验证DdFLSs的催化活性。【结果】 成功克隆出2个DdFLSs基因,分别命名为DdFLS1和DdFLS2。DdFLS1和DdFLS2基因的开放阅读框(ORF)长度均为1002 bp,编码333个氨基酸残基,相对分子质量分别为37.54和37.71 kD,均为不稳定的亲水性蛋白,均含有典型的2OG-Fe(II)-Oxy、PcbC、PLN02704保守结构域,属于Fe2+和2-酮戊二酸依赖型双加氧酶(2-ODD)超家族,二者的二级结构中均以α-螺旋、无规则卷曲占比较高,三级结构与模板B0FYE8.1.A Flavonol synthase的一致性均为70%。DdFLS1和DdFLS2与拟南芥、洋葱、铁皮石斛的FLS氨基酸序列相似性为75.98%~98.70%,其中,与同为石斛属的铁皮石斛FLS氨基酸序列相似性最高,且在系统发育树中处在同一小分支,表明二者亲缘关系最近。在16 ℃条件下用0.5 mmol/L IPTG诱导14 h后,DdFLS1和DdFLS2蛋白在原核表达系统中成功表达,用250 mmol/L咪唑洗脱缓冲液纯化时效果最佳。体外酶活验证显示,DdFLS1和DdFLS2蛋白并未表现出典型的FLS活性,即不能催化二氢山柰酚、二氢槲皮素、二氢杨梅素生成相应的黄酮醇,但二者能催化柚皮素生成二氢山柰酚,表明其具有黄烷酮3-羟化酶(F3H)的活性。【结论】 从齿瓣石斛克隆获得的2个DdFLSs基因,其编码蛋白无FLS活性,但具有F3H活性,可能是由于DdFLS1和DdFLS2蛋白2个关键位点均发生了突变,导致DdFLS1和DdFLS2活性发生转变。
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- 金柑60Co-γ诱变新种质果皮挥发性成分和多酚分析
- 陆珍, 陆文科, 李涛, 陈柳裕, 陈香玲, 李果果, 欧智涛, 刘要鑫, 陈东奎, 赵洪涛,
- 【目的】 探究60Co-γ诱变金柑新种质脆香1号和富乐金柑果皮中的挥发性成分与多酚组分,为金柑新种质的评价利用及功能性成分挖掘提供理论依据。【方法】 以融安金柑及其突变体脆香1号、滑皮金柑及其突变体富乐金柑的果皮为材料。采用气相色谱—质谱法(GC-MS)测定挥发性成分,通过NIST20质谱数据库比对离子信息进行定性,运用峰面积归一化法计算相对含量,结合相对气味活度值(ROAV)评价不同金柑种质果皮挥发性成分的风味强度,筛选发挥关键作用和重要修饰作用的风味化合物。采用Folin-Ciocalteu比色法测定4份金柑种质果皮中的总酚和类黄酮含量,采用超高效液相色谱—四极杆—静电场轨道阱质谱(UHPLC-Q-Orbitrap-MS)技术测定多酚组分,并进行相关分析。【结果】 4份金柑种质果皮中共检测到96种挥发性成分。脆香1号与融安金柑共有85种挥发性成分,二者均以烃类为主、酯类次之;共有的主要挥发性成分为D-柠檬烯、月桂烯、(+)-α-蒎烯和异松油烯;此外,融安金柑果皮中的主要挥发性成分还包括大香叶烯D。富乐与滑皮金柑共有73种挥发性成分,二者均以烃类为主,醛类次之,共有的主要挥发性成分为D-柠檬烯和月桂烯;此外,富乐金柑果皮中的主要挥发性成分还包括反-2-己烯醛。ROAV分析结果表明,脆香1号与融安金柑共有的关键风味化合物为(+)-α-蒎烯、月桂烯等8种,富乐和滑皮金柑共有的关键风味化合物为(+)-α-蒎烯、月桂烯等7种;富乐金柑特有的关键风味化合物为芳樟醇。富乐金柑果皮中的总酚含量显著低于滑皮金柑(P<0.05,下同);脆香1号果皮中的类黄酮含量显著低于融安金柑。4份金柑种质果皮中的酚酸组分相同,均以邻苯二甲酸和反式阿魏酸为主。脆香1号与融安金柑果皮中的黄酮类组分均以槲皮素-3-O-葡萄糖苷的含量最高,分别为13.865和9.733 ng/100 mg,且山柰酚和槲皮素为脆香1号特有;富乐与滑皮金柑果皮中则以牡荆素、槲皮素-3-O-葡萄糖苷和异鼠李素为主,且槲皮素为富乐金柑特有。相关分析结果显示,总酚含量与类黄酮含量呈极显著正相关(P<0.001);山柰酚含量与香草醛含量呈极显著正相关(P<0.001),与槲皮素-3-O-葡萄糖苷、木犀草素和槲皮素含量均呈极显著正相关(P<0.01)。【结论】 经60Co-γ射线诱变获得的脆香1号和富乐金柑新种质果皮中含有丰富的挥发性成分及多酚类化合物,与原种质相比,2份新种质在果实风味品质和重要活性成分含量方面表现更优,具有良好的开发与应用潜力。
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- 不同叶型五指毛桃皮中游离酚和结合酚的提取及其组成差异分析
- 桂青, 李世钰, 陈清勉, 涂寒奇, 黄坚雄, 王秀全,
- 【目的】 优化不同叶型五指毛桃皮中游离酚和结合酚的提取工艺,并分析酚类化合物在不同叶型五指毛桃皮中的组成和含量差异,为五指毛桃品种选育及深加工利用提供参考依据。【方法】 以不同叶型(一指、三指、五指)五指毛桃皮为试验材料,通过单因素试验确定五指毛桃皮中游离酚和结合酚的提取方式,采用超高效液相色谱—质谱联用法(UPLC-MS)分析不同叶型五指毛桃皮中酚类化合物的组成和含量,并通过主成分分析(PCA)和偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)筛选不同叶型五指毛桃皮的差异酚类化合物。【结果】 五指毛桃皮中游离酚和结合酚的提取方式:溶剂为60%丙酮,料液比为1∶20,25 ℃下超声提取10 min可得到游离酚;残渣中加入15 mL 2 mol/L氢氧化钠,75 ℃水浴4 h,再用乙酸乙酯萃取、真空旋转蒸发至干,得到结合酚。一指、三指、五指叶型五指毛桃皮中的游离型总多酚含量分别为7.41、9.50和8.59 mg/g,结合型总多酚含量分别为11.46、9.96和8.80 mg/g,游离型总多酚和结合型总多酚含量在3种叶型间均具有显著差异(P<0.05)。UPLC-MS分析结果表明,在游离酚中共检测出50种酚类化合物,在结合酚中共检测出49种酚类化合物;3-O-对香豆酰奎宁酸、芝麻素、儿茶素、芦丁和异荭草素仅存在游离型,而表儿茶素没食子酸酯、儿茶素没食子酸酯、咖啡酸和山柰素仅存在结合型。在游离酚中,补骨脂素含量最高,在一指、三指和五指叶型中的含量分别为11868.37、14909.63和14050.10 μg/g;在结合酚中,含量较高的有松柏苷、阿夫儿茶精、阿魏酸、柚皮素和伞形花内酯。PCA和PLS-DA分析结果表明,游离型圣草酚、游离型松柏苷、游离型隐绿原酸、游离型阿夫儿茶精、游离型绿原酸、游离型柚皮素、游离型补骨脂素、游离型佛手柑内酯、结合型松柏苷、结合型阿魏酸和结合型香豆酸是3种叶型五指毛桃皮的主要差异酚类化合物,其中游离型补骨脂素是最重要的差异化合物。【结论】 酚类化合物在不同叶型五指毛桃皮中的组成和含量有明显差异,叶型可作为区分品质的依据之一;且五指毛桃皮中有大量的结合酚,可注重对结合酚的利用,以提高五指毛桃的附加值。
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- 东北红豆杉野生种与栽培种类黄酮代谢网络多组学比较
- 王泗力, 张杰, 朱欣佳, 陈佳欣, 王丹丹,
- 【目的】 开展东北红豆杉野生种和栽培种类黄酮代谢网络比较研究,为深入解析东北红豆杉次生代谢进化模式及药用植物代谢网络,选育药用活性成分定向富集的东北红豆杉优良品种提供参考依据。【方法】 以东北红豆杉2份野生种资源分别来自辽宁丹东(W1)和吉林汪清(W2)和3份栽培种资源日本矮紫杉(C1)、东北红豆杉×日本矮紫杉杂交种(C2)和金叶红豆杉(C3)为研究对象,对红豆杉野生种和栽培种的嫩叶样品进行代谢组学和转录组学分析,对样品中的代谢物进行主成分分析(PCA)。采用液相色谱—串联质谱法(LC-MS/MS)检测样品中代谢物的相对浓度,基于Illumina Novaseq 6000平台,以P<0.05且差异倍数(Fold Change)≥1.5为标准筛选差异表达基因(DEGs),对代谢物进行KEGG代谢通路富集分析。通过代谢组和转录组联合分析构建类黄酮生物合成通路网络,对关键基因的转录组测序数据进行实时荧光定量PCR验证。【结果】 野生种和栽培种东北红豆杉在代谢物组成上呈高度群体特异性分离模式。第一主成分(PC1)解释54.2%的变异,第二主成分(PC2)解释22.2%的变异。KEGG代谢通路富集分析结果显示,栽培种和野生种东北红豆杉比较组中的代谢物谱存在显著差异,包括新陈代谢、人类疾病、生物系统、环境信息处理和细胞过程五大类,富集到排名前20种的代谢通路分别有11、4、3、1和1种;在新陈代谢分类中,富集到异黄酮生物合成代谢通路、甾体激素生物合成和类黄酮生物合成通路。与野生种相比,东北红豆杉栽培种显著富集了以类黄酮为主、涉及营养和形态建成的次生代谢物相关通路。DEGs分布数量在不同比较组中呈两极分化,其中在W2 vs C1比较组中获得的DEGs数量最多,为851个,占比50.38%;W1 vs C1比较组次之,为491个,占比29.07%。东北红豆杉栽培种的高表达簇DEGs富集了有关植物生长发育调控、营养物质积累与转运、器官发育与形态建成、品质改良和促进生长的激素信号转导相关基因;野生种高表达簇DEGs则富集了环境感知、资源高效利用、繁殖策略调控、种间竞争和多重抗性相关基因。东北红豆杉栽培种和野生种间类黄酮物质的相对浓度存在明显差异,除橙皮素-7-O-葡萄糖苷外,其余6种类黄酮物质的相对浓度均表现为3份栽培种东北红豆杉显著高于2份野生种东北红豆杉(P<0.05,下同)。东北红豆杉野生种和栽培种在苯丙氨酸至类黄酮代谢通路关键基因的表达上存在明显差异,在细胞色素P450家族基因中,栽培种CYP75A3基因表达量较野生种下调,而栽培种CYP75B137基因表达量较野生种上调。与东北红豆杉野生种相比,R2R3-MYB、bHLH和WD40转录因子相关基因的表达量在栽培种中明显上调。9个基因的实时荧光定量PCR检测结果与转录组测序数据较为一致。【结论】 人工栽培驯化使东北红豆杉类黄酮代谢网络发生定向重塑,栽培种通过“上游供给强化+支路阀门调控+MBW转录网络协同”形成高效通量模式,推动功能性类黄酮物质定向富集,野生种则保持更高的类黄酮结构多样性,以支撑其对复杂胁迫的广谱适应性。
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- 贵州不同地区贵长猕猴桃果实挥发性代谢物分析
- 周嘉, 王飞飞, 仲伟敏, 齐勇, 耿远来, 史斌斌, 刘青, 张晟, 唐冬梅,
- 【目的】 比较贵州不同地区贵长猕猴桃果实挥发性代谢物及关键风味差异,揭示香气形成规律与地域性差异,为贵长猕猴桃优质栽培区的选择提供科学依据。【方法】 以贵州12个地区的贵长猕猴桃成熟果实为试材,采用顶空固相微萃取(HS-SPME)和气相色谱—质谱联用(GC-MS)技术检测挥发性代谢物,通过聚类分析、相对气味活度值(ROAV)和差异挥发性代谢物筛选等评估其风味特性。【结果】 贵州12个地区的贵长猕猴桃果实共鉴定出13类131种挥发性代谢物,其中烃类占比23.66%、酯类占比20.61%、萜类占比14.51%、杂环化合物占比10.69%、芳烃类占比9.16%、醛类占比6.11%、酮类占比4.58%、酚类占比3.05%、醇类占比2.29%、胺类占比2.29%、含氮化合物占比1.53%、卤代烃类占比0.76%、其他类占比0.76%;挥发性代谢物相对含量聚类显示,修文、大方和清镇地区的挥发性代谢物相对含量较接近,紫云、息烽和天柱地区的挥发性代谢物相对含量较接近,松桃、施秉、普定、江口、黔西和道真地区的挥发性代谢物相对含量较接近;ROAV分析表明丁酸乙酯为关键特征性风味物质,其中修文地区ROAV达139765.06,是其他11个地区的6.9~150.9倍;差异挥发性代谢物筛选结果显示,不同地区贵长猕猴桃的差异挥发性代谢物数量为10~29种,8个比较组存在特征差异挥发性代谢物,其中2-呋喃甲酸乙酯和辛酸乙酯为共有差异挥发性代谢物。【结论】 贵州不同地区的贵长猕猴桃挥发性代谢物以烃类和酯类为主,且不同地区挥发性代谢物组成存在差异,修文地区的果实香气浓郁度突出。
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- 基于转录组与代谢组联合分析摘花处理对芒果次生代谢途径的影响
- 杨浩南, 杨春梅, 肖明娟, 赵留春, 苏静, 吴兴恩, 周玲, 彭磊,
- 【目的】 研究参与芒果花芽分化过程的次生代谢相关途径,为解析芒果花芽分化分子机制、保障芒果产业稳产高产提供参考依据。【方法】 以贵妃芒果为试验材料进行摘花处理,采集3个时间的腋芽样品,处理组样品标记为T1、T2和T3,对照组样品标记为CK1、CK2和CK3,采用第二代测序技术对不同样品进行转录组测序,以log2 Fold Change>1且P<0.05为标准筛选3个对照组(CK1 vs T1、CK2 vs T2和CK3 vs T3)的差异表达基因(DEGs),并对DEGs进行GO功能注释及KEGG信号通路富集分析。使用液相色谱—质谱联用技术(LC-MS)检测分析样品中的代谢物,以变量重要性投影(VIP)>1且P<0.05为标准筛选3个对照组的差异代谢物(DAMs)。结合转录组和代谢组分析植物激素信号转导和苯丙氨酸代谢途径,并对4个DEGs的转录组测序数据进行实时荧光定量PCR检测。【结果】 转录组测序结果显示,在3个比较组中共检测出8796个DEGs。在CK1 vs T1、CK2 vs T2和CK3 vs T3比较组中,表达上调的DEGs分别有2215、3013和3316个,表达下调的DEGs分别有1419、2146和2747个。GO功能注释结果显示,3个比较组在生物过程功能类别中均注释到细胞周期条目,在细胞组分类别中均注释到超分子聚合物和超分子纤维条目,在分子功能类别中均注释到微管马达活性条目。KEGG信号通路富集分析结果显示,3个比较组共同显著富集的信号通路包括类黄酮生物合成,苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成,淀粉和蔗糖代谢等途径。代谢组测序结果显示,在CK1 vs T1、CK2 vs T2和CK3 vs T3比较组中,含量上调的DAMs分别有41、33和53个,含量下调的DAMs分别有20、41和55个。KEGG代谢通路富集结果显示,3个比较组共同显著富集的代谢通路为类黄酮生物合成、苯丙氨酸代谢、淀粉和蔗糖代谢等。联合分析结果显示,植物激素信号转导途径中,3个含量增加的植物激素分别为生长素(IAA)、脱落酸(ABA)和茉莉酸(JA),2个含量降低的植物激素分别为细胞分裂素(CTK)和赤霉素(GA)。对芒果进行摘花处理后,IAA信号转导通路中共有7种基因参与,其中2个基因上调表达;CTK信号转导通路中B型拟南芥反应调节因子(B-ARR)基因家族中既有表达上调又有表达下调的基因;在GA信号转导中,GID1、DELLA家族基因的部分成员表达下调。基于转录组与代谢组共鉴定到26个DEGs以及9个DAMs参与苯丙氨酸代谢途径,其中包括PAL、AST和TAT基因。实时荧光定量PCR结果显示,4个参与苯丙氨酸代谢途径基因的相对表达量与转录组FPKM变化趋势一致。【结论】 植物激素信号转导和苯丙氨酸代谢是影响芒果花芽分化的重要次生代谢途径,这2条途径在芒果摘花后通过改变激素组成、基因差异表达、产生次生DAMs等,使糖类代谢、氮代谢和酪氨酸代谢途径相互协调,进而影响芒果花芽分化。
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- 国外引进籼稻品种在云南稻区的抗稻瘟病评价及抗性基因分子检测
- 董湉灏, 宋杰, 汤翠凤, 刘沛, 刘树芳, 董丽英, 杨勤忠,
- 【目的】 明确国外引进的籼稻品种在云南稻区的稻瘟病抗性水平以及已知抗稻瘟病基因的组成情况,为利用抗性资源选育抗病新品种及发掘新的抗病基因提供参考。【方法】 以258份国外引进的籼稻品种为材料,通过2023—2024年连续2年的田间自然诱发开展穗瘟抗性鉴定,继而对筛选出的高抗穗瘟籼稻品种苗期人工接种17株稻瘟病菌单孢菌株进行室内叶瘟抗性鉴定,并结合4个位点的8个已知抗性基因Piz-t、Pi2、Pi9、Pib、Pi1、Pita-2、Pikp、Pikh的功能分子标记进行靶标基因分子检测。【结果】 258份国外引进的籼稻品种在田间病圃表现高抗、抗病、中抗、中感、感病和高感的分别有19、2、21、77、51和88份。利用供试17株稻瘟病菌单孢菌株进一步对19份高抗的籼稻品种进行苗期室内人工接种鉴定,结果有11份籼稻品种对全部菌株表现抗性。在258份国外引进籼稻品种中,共有125份籼稻品种检测出1个或多个靶标抗性基因,占48.45%,其中,93份品种检测到1个靶标基因、27份品种检测到2个靶标基因、5份品种检测到3个靶标基因;在检测的8个靶标基因中,携带Pib、Pita-2、Pi2、Pi1、Pikp、Pikh和Piz-t基因的籼稻品种分别有85、40、15、8、5、5和4份,分别占供试品种的32.95%、15.50%、5.81%、3.10%、1.94%、1.94%和1.55%;在供籼稻品种中,抗性基因Pib的分布频率最高,Piz-t、Pikp和Pikh基因的分布频率较低,未检测到Pi9基因。【结论】 从258份国外引进的籼稻品种中筛选出11份在云南表现广谱抗稻瘟病的水稻品种,11份广谱抗稻瘟病籼稻品种可作为优异抗源应用于云南稻区的抗病育种及抗性基因挖掘。
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- 香蕉枯萎病菌4号生理小种关键激酶的转录组学鉴定与表达模式分析
- 丁兆建, 傅琪彦, 江肖潇, 白啸天, 林惠娇,
- 【目的】 鉴定香蕉枯萎病菌4号生理小种(Foc4)侵染过程中的关键上调表达激酶基因及其表达动态,解析其潜在的功能及调控关联,为香蕉枯萎病的绿色防控提供理论依据。【方法】 利用NCBI数据库获取Foc4参考基因组,对Foc4全基因组蛋白进行Pfam和Kinomer联合分析,系统鉴定蛋白激酶。结合报道的Foc4侵染感病巴西蕉根部不同时期(18、32和56 h)的转录组数据,以侵染后18 h的样品为分析基准,筛选显著上调的激酶基因,并基于转录组数据的每千碱基每百万条读取数(FPKM)值进行聚类分析和致病性基因共表达分析。对筛选出的关键激酶进行系统发育分析,并进一步基于转录组数据的FPKM值计算其与Foc4中病原菌—宿主互作数据库(PHI)同源基因的相关系数,构建激酶基因—PHI同源基因相关性网络。【结果】 共鉴定170个Foc4激酶基因,其中有15个激酶基因在至少1个侵染时间点被显著诱导上调表达。系统发育分析显示,FOIG_08124聚类于典型FoMKK2丝裂原活化蛋白激酶激酶(MAPKK)分支,与Foc4 FoMKK2及稻瘟病菌Ste7同源,推测其参与MAPK信号通路调控;而FOIG_06776属于独立的α-激酶类,与MAPK级联系统分化较远,可能参与非典型应激或代谢调控过程。聚类结果显示,15个上调激酶基因可分为逐步上调型、中期或晚期高表达型和稳定表达型3类。共表达与相关性网络分析结果显示,关键激酶基因FOIG_08124和FOIG_06776与多种PHI同源基因呈正相关,形成以FOIG_08124和FOIG_06776为核心的调控网络。【结论】 FOIG_08124为MAPK级联核心激酶,可能与真菌生长发育和致病性密切相关;FOIG_06776代表功能分化的激酶群,可能介导非典型代谢应答与宿主适应性调节。FOIG_08124和FOIG_06776基因与PHI同源基因呈广泛相关,说明其在病程适应性响应与致病调控中具有重要作用。
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- 烟草套种鲜食玉米对田间主要害虫种类及其发生动态的影响
- 曹易蓉, 李委钢, 邓小鹏, 王文倩, 陈斌, 李军营, 杜广祖,
- 【目的】 探明烟草套种鲜食玉米模式对田间主要害虫种类及其发生动态的影响,为烟—粮协同种植区害虫综合防控策略的制定提供理论依据。【方法】 以云南省大理州巍山县庙街镇新华村烟草生长后期套种鲜食玉米连片种植区为调查点,采用目测法、扫网法和性诱捕法对烟草及鲜食玉米上的害虫种类和数量进行系统调查,比较烟草套种鲜食玉米田与同时期单作烟田和单作鲜食玉米田主要害虫的种类、数量及其动态变化。【结果】 烟草套种鲜食玉米模式下,烟草害虫种类主要有斜纹夜蛾(Spodoptera litura)、烟蚜(Myzus persicae)、烟盲蝽(Nesidiocoris tenuis)和温室白粉虱(Trialeurodes vaporariorum);鲜食玉米害虫种类主要有玉米蚜(Rhopalosiphum maidis)、草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)和斜纹夜蛾。烟蚜在烟草单作和烟草套种鲜食玉米田发生动态均为双峰型,烟草套种鲜食玉米田发生量高于烟草单作田。烟盲蝽在烟草单作和烟草套种鲜食玉米田发生动态均为双峰型,烟盲蝽在2种模式田发生量接近。斜纹夜蛾在烟草套种鲜食玉米田发生动态为双峰型、在烟草单作田为单峰型,烟草套种鲜食玉米田发生量高于烟草单作田。草地贪夜蛾成虫在鲜食玉米单作和烟草套种鲜食玉米田发生动态均为单峰型,烟草套种鲜食玉米田发生量低于鲜食玉米单作田。玉米蚜在烟草套种鲜食玉米和鲜食玉米单作田发生动态均为单峰型,烟草套种鲜食玉米田发生量高于鲜食玉米单作田。温室白粉虱在烟草单作和烟草套种鲜食玉米田发生动态均为双峰型,烟草单作田发生量高于烟草套种鲜食玉米田。【结论】 烟蚜、斜纹夜蛾、草地贪夜蛾和玉米蚜等的累计虫口数量在烟草套种鲜食玉米田比单作田更高,应在害虫防治时重点关注。烟盲蝽和温室白粉虱在烟草套种鲜食玉米田虫口密度下降,表明烟草套种鲜食玉米能有效调节害虫亚群落,减少害虫发生,可根据害虫的主要种类及发生动态进行绿色防治。
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- 1株辣椒枯萎病拮抗木霉菌的筛选鉴定及发酵条件优化
- 卯婷婷, 章行远, 班菲雪, 刘少兰, 乔飞,
- 【目的】 筛选对辣椒枯萎病菌(Fusarium oxysporum)具有强拮抗能力和良好环境适应性的木霉菌株,为开发高效稳定的辣椒枯萎病生防制剂提供菌种资源。【方法】 采集辣椒连作地中枯萎病发生严重地块的健康辣椒植株根际土壤,利用梯度稀释法结合木霉选择性培养基从土壤样品中分离、纯化木霉菌株;通过平板对峙法筛选拮抗效果最优的木霉菌株;采用菌落直径法测定拮抗菌株无菌发酵液的抑菌效果;通过形态学观察和分子生物学技术对拮抗木霉菌株进行种类鉴定;利用单因素试验优化拮抗木霉菌株液体发酵条件以提高菌株菌丝生物量及发酵液抑菌活性,并对拮抗菌株进行盆栽辣椒枯萎病防效试验。【结果】 从采集的土壤样品中分离纯化得到5株木霉菌,其中菌株ML-01对辣椒枯萎病菌的抑制效果最好,抑菌率为81.47%,其无菌发酵液对辣椒枯萎病菌的抑菌率为58.20%。通过形态学观察结合分子生物学鉴定,将菌株ML-01鉴定为钩状木霉(Trichoderma hamatum)。单因素优化试验结果显示,菌株ML-01的最佳发酵条件为葡萄糖40 g、酪氨酸10 g、pH 5、25 ℃下150 r/min发酵5 d,该条件下菌丝生物量和无菌发酵液抑菌率分别为38.84×10-2 g和66.59%。盆栽防效试验结果显示,菌株ML-01优化发酵后的发酵液对辣椒枯萎病的防效达80.77%。【结论】 钩状木霉菌株ML-01对辣椒枯萎病具有优良的生防效果,可作为开发防治辣椒枯萎病生物菌剂的候选菌株资源。
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- 水稻播期—高温天气互作效应研究进展——生长发育、产量响应与高温适应策略
- 景元书, 张玉双, 冉楚钰, 张涛,
- 在气候变暖的背景下,水稻生产面临着高温胁迫的挑战,其生长发育和产量形成均受到威胁。为应对这一挑战,需总结播期对水稻生长和产量的影响及对高温的适应策略,以期通过优化播期缓解高温对水稻生产造成的不利影响,为高温背景下水稻增产稳产提供科学依据与参考。文章以水稻为研究对象,系统综述了不同播期下水稻生长发育、产量形成的研究进展,并深入探讨了高温适应策略及高温天气下的适宜播期选取。研究发现,播期的改变会导致水稻生育过程中的气象条件差异,进而明显影响水稻对温光资源的利用效率、各生育期长短以及干物质的积累转运和分配;播期的提前或推迟则会对有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重等产量构成因子产生影响,改变水稻源库结构,进而影响产量形成。针对高温胁迫导致的水稻生长、生理和产量危害,可以采取适当防御措施:培育耐热水稻品种、改善水肥管理模式、应用外源生长调节剂以及播期调控。在江南、华南等早稻区提前播期可规避灌浆期高温,江苏、湖北等中晚稻区适度推迟播期可错开抽穗期高温窗口,而江西地区则需要根据稻季特性实施差异化调整。针对当前研究不足,未来应增加对不同生育期水稻品种在多生态区的系统研究,并深入探究播期对水稻光合性能、激素调节、抗逆生理等过程的影响,明确高温背景下的播期效应,以便于不同生态区适宜播期的选取,提炼出具有区域适应性的、精细化的播期窗口;针对高温威胁,未来需结合气候预测、水稻生长模型和高温预警模型,建立基于气候情境的播期动态优化系统,同时将播期调控与优化水肥管理、选育耐高温水稻品种及外源生长调节剂喷施等措施综合应用,实现避害与耐害相协同,保障水稻稳产增产。
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- 施用硫酸镁和硝酸钙对土壤特性及越南寅柚品质的影响
- 段秋水, 阮秋水, 黄登勇, 吕佳茗, 李思帆, 陈胜海, 吕荣华, 赵波,
- 【目的】 探究施用硫酸镁(MgSO4)和硝酸钙Ca(NO4)2对土壤特性及越南寅柚品质的影响,为优化施肥方案和提升寅柚果实品质提供参考依据。【方法】 试验于2023—2024年在越南农业大学进行。以2.5 kg硫酸铵+1.5 kg磷酸盐+2.0 kg钾为基肥,设置5个处理组:基肥+2.0 kg MgSO4+0.5 kg Ca(NO3)2(T1),基肥+3.0 kg MgSO4+1.0 kg Ca(NO3)2(T2),基肥+3.5 kg MgSO4+1.5 kg Ca(NO3)2(T3),基肥+4.0 kg MgSO4+2.0 kg Ca(NO3)2(T4),以仅施用基肥为对照(CK)。施肥后,测定土壤特性指标(pH、有效磷含量、可交换钾含量、可交换钙含量和可交换镁含量)和果实品质指标(可滴定酸含量、黄酮含量、多酚含量、可溶性固形物含量、维生素C含量、单果重、可食率和果汁含量),并通过二次回归分析和相关分析确定MgSO4和Ca(NO3)2的最佳施用量。【结果】 与CK相比,T1~T4处理均能显著(P<0.05,下同)提高土壤中可交换镁和可交换钙含量(2024年T1处理中可交换钙含量除外)。T1~T4处理中寅柚可滴定酸含量在2023—2024年均显著低于CK。CK寅柚维生素C含量在2年中均最高(分别为35.9和35.8 mg/100 g),说明镁和钙过量可能会抑制维生素C积累。回归分析表明,寅柚可食率和果汁含量在施用3.0~3.5 kg/株MgSO4时出现峰值。寅柚可滴定酸含量和果汁含量在施用1.0~1.5 kg/株Ca(NO3)2时出现峰值,而可食率峰值出现在较低范围(0.5~1.0 kg/株)。寅柚可溶性固形物含量与MgSO4和Ca(NO3)2施用量呈正相关,而可滴定酸含量与MgSO4和Ca(NO3)2施用量呈较强负相关。【结论】 联合施用MgSO4和Ca(NO3)2能改善土壤特性,提高越南寅柚果实品质。推荐施用量为3.0~3.5 kg/株MgSO4,1.0~1.5 kg/株Ca(NO3)2。施肥过程中需进行监测,避免过量施肥导致土壤营养元素失衡及寅柚维生素C含量下降。
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- 尾巨桉CesA基因家族全基因组鉴定及组织表达分析
- 王超洪, 彭丽华, 欧阳乐军, 李莉梅, 柯梓婷, 沈超,
- 【目的】 对尾巨桉CesA基因家族进行全基因组鉴定并分析其组织表达模式,挖掘在茎中高度表达的候选基因,为解析该家族的功能和调控机制及尾巨桉纤维品质改良提供理论依据。【方法】 基于尾巨桉全基因组数据,鉴定尾巨桉CesA基因家族成员并进行基因结构、染色体定位和共线性分析,预测其编码蛋白理化性质、亚细胞定位、保守基序、保守结构域、二级结构和三级结构并进行系统发育分析。利用实时荧光定量PCR检测尾巨桉CesA基因家族成员在速生期尾巨桉芽、叶、茎、根中的相对表达量。【结果】 共鉴定出15个尾巨桉CesA基因家族成员,按照其在染色体上的位置分别命名为EuCesA1~EuCesA15。15个EuCesAs蛋白的分子量为8027.03~123688.28 Da,理论等电点为4.67~9.95,多为不稳定的亲水蛋白。15个EuCesAs蛋白多定位于叶绿体,二级结构以无规则卷曲和α-螺旋为主。15个EuCesAs基因不均匀分布于8条染色体上,4对基因(EuCesA2与EuCesA3、EuCesA4与EuCesA9、EuCesA5与EuCesA10、EuCesA8与EuCesA13)存在共线性关系。根据系统发育分析可将15个EuCesAs蛋白分为a组和b组,二者的保守基序数量和位置差异较大且所含保守结构域不同。实时荧光定量PCR检测结果表明,大部分EuCesAs基因表达具有组织特异性,其中 EuCesA2、EuCesA3、EuCesA7基因在茎中的相对表达量均显著高于芽(P<0.05),且EuCesA2基因在茎和根中高度表达。【结论】 鉴定出15个尾巨桉CesA基因家族成员,其中EuCesA2基因在茎中高度表达,推测其参与尾巨桉初生壁纤维素合成和韧皮纤维细胞壁加厚过程,从而影响木材纤维素含量和生物质转化效率。
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- 绣球SSR分子标记体系的建立及应用
- 周梅, 熊海燕, 李正敏, 赵正娜, 刘光炎, 谯正林, 杨振翼, 杨曾华, 吴艳迪, 王超,
- 【目的】 建立适合我国的绣球(Hydrangea macrophylla)SSR分子标记体系,为我国绣球属种质资源保护利用、品种鉴定和新品种权保护等提供参考依据。【方法】 以50种绣球属植物为试验材料,其中40种为绣球属的离瓣组(Sect. Petalanthae)、挂苦子组(Sect. Heteromallae)和绣球组(Sect. Hydrangea)物种,10种为代表性绣球栽培品种,筛选SSR分子标记核心引物并进行遗传多样性分析。【结果】 筛选出6个引物退火温度一致、扩增稳定、多态性高且在染色体上均匀分布的SSR分子标记(STAB391-392、STAB321-322a、A029-A030b、STAB167-168、STAB413-414和STAB421-422);在供试50种绣球属植物中,6个SSR分子标记检测出的多态性信息含量为0.662~0.918,平均为0.820,多态性信息含量最高的标记为STAB421-422,共检测出等位基因数158个,平均每个标记为26.33个,其中标记A029-A030b检测出的等位基因数最多。50份绣球分为离瓣组、挂苦子组、绣球组、绣球栽培品种4个类群,采用 GenAlEx 6.5 计算4个绣球属植物类群间的遗传相似系数和遗传距离,遗传相似系数最高的是离瓣组与绣球组(0.641),遗传相似系数最低的是绣球组与绣球栽培品种(0.241)。通过MEGA 5.0进行非加权组平均法(UPGMA)聚类分析,可明确4个绣球属植物类群间和10种绣球栽培品种间的亲缘关系。【结论】 筛选出6个多态性和特异性较高的SSR分子标记,构建了适合我国绣球属种质资源的SSR分子标记体系,可成功对10种代表性绣球栽培品种进行鉴定。
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- 控草生态地膜覆盖对茶树土壤理化性质及根际土壤微生物群落的影响
- 赵媛, 张栩浩, 温立香, 陈家献, 彭靖茹, 张芬, 袁冬寅, 欧淑琼, 黄寿辉, 汪羽宁,
- 【目的】 探究控草生态地膜覆盖对茶树土壤理化性质及根际土壤微生物群落的影响,为其推广应用和茶园可持续发展提供理论依据。【方法】 在茶园中设控草生态地膜覆盖(T)与无地膜覆盖(对照,CK)2个处理,调查其对杂草的防效,测定茶叶产量和品质指标及土壤理化性质,采用高通量测序技术分析茶树根际微生物群落结构变化。【结果】 T处理的杂草鲜重防效和株防效分别达85.37%和83.93%。与CK相比,T处理的茶树芽头密度、百芽重和1芽2叶长度分别显著增加49.07%、16.07%和28.59%(P<0.05,下同);茶叶水浸出物和茶多酚含量分别显著提高7.90%和10.47%。T处理明显改善土壤理化性质,相较于CK,T处理的土壤容重显著降低9.29%,含水量显著提高12.76%,pH显著提高6.84%,有机质、全氮、水解氮和速效钾含量分别显著提高43.59%、44.83%、46.10%和51.17%。T处理明显改变土壤微生物群落结构,富集变形菌门(Proteobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteriota),促进热酸菌属(Acidothermus)、木霉属(Trichoderma)等有益菌增殖,并抑制镰刀菌属(Fusarium)等病原菌生长。细菌群落功能预测结果表明,T处理明显增强细菌群落的纤维素降解、固氮等土壤碳氮循环相关功能。冗余分析结果表明,土壤有机质、全钾和速效钾等为影响微生物群落结构的核心驱动因子。【结论】 控草生态地膜能有效控制茶园杂草,并通过改善土壤水肥条件、优化微生物群落结构与功能,促进茶树生长,提升茶叶品质,可应用于茶园杂草综合治理。
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- 基于宏基因组测序揭示马肠道微生物组成及其耐药性
- 孙佳, 崔超文, 李晖, 宁思奇, 刘长彬, 胡圣伟,
- 【目的】 基于宏基因组测序揭示阿哈尔捷金马与云南矮马肠道微生物组成及其耐药性,为明确马肠道微生态的维持机制与开发针对性的微生态调控策略提供理论依据。【方法】 分别采集新鲜阿哈尔捷金马与云南矮马新鲜粪便各10份,提取微生物总DNA并进行宏基因组测序。通过序列组装与分箱获得宏基因组组装基因组(MAGs),并进行物种注释及系统发育树构建。基于CARD数据库鉴定抗生素耐药基因(ARGs)的类型、相对丰度及分布规律。利用VIBRANT完成对噬菌体辅助代谢基因(AMGs)功能分析,并结合CRISPR-spacer匹配技术预测噬菌体—宿主互作关系。【结果】 阿哈尔捷金马与云南矮马肠道优势菌门均为厚壁菌门和拟杆菌门,另有螺旋体门、纤维杆菌门和疣微菌门等,属分类水平上物种组成存在品种差异。门分类水平上的LEfSe分析结果显示,纤维杆菌门在云南矮马肠道菌群中显著富集(P<0.05,下同),产甲烷古菌门在阿哈尔捷金马肠道菌群中显著富集。阿哈尔捷金马与云南矮马部分MAGs的相对丰度存在明显差异,肠道菌群整体结构呈现明显分离。阿哈尔捷金马和云南矮马的ARGs谱明显分离,耐药基因lnuC、tet_44、ACl-1、CfxA和CfxA6在云南矮马中相对丰度较高,OXA-347、tetO、poxtA及tet32在阿哈尔捷金马中相对丰度较高。头霉素类抗生素和四环素类抗生素抗性基因在两品种马肠道中普遍存在。【结论】 阿哈尔捷金马与云南矮马肠道微生物组成存在明显的品种特异性,表现为核心菌群厚壁菌门和拟杆菌门的保守性与品种特异性微生物类群、噬菌体及耐药基因的并存,宿主遗传背景与共同饲养环境共同塑造了阿哈尔捷金马与云南矮马肠道微生态的结构与功能。
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- 基于网络毒理学与分子对接的洛克沙胂神经毒性作用机制研究
- 刘丹丹, 程安春, 欧德渊, 陈盈, 曾诚, 梁婷, 刘华, 宋旭琴, 杨剑,
- 【目的】 探究洛克沙胂的神经毒性作用机制,为阐明洛克沙胂作为饲料添加剂对动物的毒性作用及评估洛克沙胂暴露对人体的毒理风险提供理论依据。【方法】 基于网络毒理学分析获取洛克沙胂的潜在作用靶点和神经毒性相关靶点,然后对上述靶点取交集构建蛋白靶点相互作用(PPI)网络以筛选核心靶点,并分别进行GO功能注释分析和KEGG信号通路富集分析;构建洛克沙胂—靶点—通路网络,通过分子对接验证核心靶点结合能力,并利用分子动力学模拟评估洛克沙胂与核心靶点复合物的结合稳定性;最后通过灌胃试验验证洛克沙胂对小鼠神经系统的毒性作用机制。【结果】 共筛选获得108个洛克沙胂与神经毒性的交集靶点,PPI网络识别出半胱天冬酶-3(CASP3)、糖原合成酶激酶3β(GSK3β)、周期蛋白依赖性激酶2(CDK2)及雌激素受体1(ESR1)等核心靶点。综合核心靶点的GO功能注释分析结果与KEGG信号通路富集分析结果发现,介导炎症反应的NF-κB信号通路在洛克沙胂诱导神经毒性机制中起关键作用。GSK3β、CASP3和MDM2等靶点在洛克沙胂—靶点—通路网络中处于重要地位,可能是洛克沙胂产生神经毒性的关键靶点。洛克沙胂仅与CASP3、CDK2、ESR1、GSK3β等4个核心靶点自发稳定结合(结合能≤-5.00 kcal/mol),其中与CDK2的结合稳定性最强(结合能为-6.01 kcal/mol);分子动力学模拟结果显示,洛克沙胂与ESR1、CDK2、CASP3、GSK3β的复合物体系结合稳定,且具有良好的氢键作用。洛克沙胂通过损伤小鼠脑组织中的海马神经元,显著(P<0.05)上调炎症因子水平及增强GSK3β活性,而发挥神经毒性作用。【结论】 CDK2、CASP3、ESR1和GSK3β是构成洛克沙胂的关键毒性作用靶点,其中GSK3β通过交互网络调控其他靶点活性。洛克沙胂可能通过抑制Wnt信号通路导致GSK3β活性增强,同时激活Caspase-3和NF-κB信号通路,导致小鼠脑组织神经元凋亡及炎症失衡,削弱神经元的自我修复能力,而发挥神经毒性作用。
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- 基于40K SNP液相芯片的花鲈家系亲权鉴定及群体遗传分析
- 陈惠龙, 林长宏, 张博, 闫路路, 邱丽华, 赵超,
- 【目的】 从鉴别准确率和成功率等方面评价采用基因芯片进行花鲈亲权鉴定的可行性,构建精准的分子溯源体系,为花鲈种质资源保护、近交防控及其分子育种体系构建提供理论依据。【方法】 采集同池混养的5个家系(F1、F5、F6、F7和F8)83尾花鲈个体,通过自主研发的花鲈40K SNP液相芯片进行亲权鉴定和群体遗传分析,系统评估不同花鲈家系的遗传特征及基因芯片技术在亲权鉴定中的适用性。【结果】 5个花鲈家系的观测杂合度(Ho)介于0.2423~0.3725,平均为0.3273;期望杂合度(He) 介于0.2476~0.3238,平均为0.2913;多态信息含量(PIC)介于0.2045~0.2575,平均为0.2349,除了F7家系外,其余家系均为低度多态性。F6家系与F1家系和F7家系间为高度遗传分化遗传分化系数(Fst) >0.15,F7家系与F8家系间为低度遗传分化(Fst<0.05),其余家系间则为中度遗传分化(0.05<Fst<0.15)。基于原始系谱数据的群体遗传结构分析发现,5个花鲈家系可划分为6个类群,以F6家系较混杂,其群体内的遗传多样性较丰富。在双亲已知条件下,5个花鲈家系的双亲累积鉴定率为88.00%,实际双亲鉴定率为65.33%,单亲累积鉴定率为88.00%,实际单亲鉴定率为66.67%,孟德尔错误率为0.44%~0.73%(<0.90%)。基于系谱梳理后的群体遗传分析结果显示,5个花鲈家系最终聚类为6个遗传类群,与基于原始系谱数据的群体遗传分析结果相互印证。亲缘关系分析结果表明,同一家系内个体间的亲缘关系较紧密,而不同家系个体间的亲缘关系相对较疏远。【结论】 基于40K SNP液相芯片的亲权鉴定与群体遗传分析结果显示,同池混养5个花鲈家系群体遗传多样性呈中低度多态性特征,家系间遗传分化明显,亲缘关系较疏远,最终划分为6个遗传类群。说明利用基因芯片技术评估不同花鲈家系间的群体遗传结构特征和亲缘关系是一种可行的方法,能准确揭示家系间的遗传关系及系谱结构,为花鲈种质资源管理和家系纯度控制提供技术支撑。
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- 红正蚓肠道微生物多样性分析
- 雷亦晓, 彭东超, 王浩东, 吴东港, 徐奥旋, 张勇, 李建宏,
- 【目的】 阐明人工养殖红正蚓肠道微生物多样性特征,为后续探究蚯蚓肠道微生物的功能及其环境效应提供理论依据。【方法】 分别采集以牛粪为食的红正蚓肠道内容物(解剖样本)和排泄物(排泄样本),经氯仿—甲醇提取、硅胶柱分离及甲醇甲酯化处理后,使用气相色谱—质谱法(GC-MS)进行脂肪酸定性与定量分析,并依据磷脂脂肪酸(PLFA)生物标记计算不同微生物类群的相对丰度。【结果】 从红正蚓解剖样本和排泄样本中均检测出18种PLFAs,分别是14:0、i-15:0、16:1ω7c、16:0、i-17:0、a-15:0、15:0、10Me16:0、i-16:0、cy17:0、17:0、10Me18:0、18:2ω6,9、18:1ω9t、18:1ω9c、18:0、cy19:0和20:0。其中,10Me16:0和16:0的含量相对较高,10Me16:0占脂肪酸总量的19.18%~19.24%,16:0占脂肪酸总量的17.48%~17.66%。不同类型脂肪酸在红正蚓解剖样本和排泄样本中的占比存在细微差异,且各类型均由特定种类的PLFA构成;压力指数(cyc17:0+cyc19:0)/(16:1ω7c+18:1ω7c)、革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌、细菌/真菌在红正蚓解剖样本与排泄样本间无显著差异(P>0.05)。红正蚓解剖样本和排泄样本的微生物群落均以放线菌(24.49%和24.47%)及革兰氏阳性菌(19.29%和19.31%)为主要菌群,革兰氏阴性菌与真菌的相对丰度处于较低水平。此外,2组样本中的微生物群落相关性模式具有一致性:革兰氏阳性菌与放线菌呈正相关,其相关系数(r)分别为0.82和0.88;放线菌与真菌呈负相关,r分别为-0.57和-0.29。【结论】 红正蚓肠道对微生物的选择性保留机制较弱,微生物群落以放线菌和革兰氏阳性菌为主。其中,放线菌通过分泌纤维素酶和木质素酶而主导牛粪中复杂有机物的降解,革兰氏阳性菌则参与中间产物代谢与腐殖化,二者间存在代谢协同效应,且在排泄物中仍保留高活性功能,为红正蚓高效降解牛粪中的纤维素及半纤维素等奠定了基础。
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- 新型农业经营主体赋能农产品流通效率提升的内在机理与实证检验
- 余永琦, 卢慧, 彭柳林, 胡霜, 李庆,
- 【目的】 明确新型农业经营主体(以下简称新型主体)对农产品流通效率的影响及其作用机制,为稳定粮食等重要农产品供给及推进农业现代化提供理论支撑与路径参考。【方法】 基于2011—2022年我国31个省级行政区(由于数据不可得性,未将港澳台地区纳入研究)的面板数据,构建包含非期望产出的全局超效率SBM-GML模型测度农产品流通效率,并综合运用双向固定效应与中介效应模型系统论证新型主体对农产品流通效率的驱动作用。【结果】 我国农产品流通效率整体上呈波动上升趋势,年均复合增长率为1.57%,但各地区的农产品流通效率存在明显差异,其中东部地区始终稳居全国领先地位,农产品流通效率平均值为1.086,年均复合增长率达3.72%。新型主体新进数量与农产品流通效率呈显著(P<0.05,下同)或极显著(P<0.01,下同)正相关,即新型主体的进入能有效促进农产品流通效率提升,且该结论在经替换变量、剔除异常样本、控制内生性等一系列稳健性和内生性检验后依然成立。新型主体通过催生农业生产性服务及提升农村信息化水平,间接提升农产品流通效率;而涉农金融服务与农村电子商务能有效强化新型主体对农产品流通效率的促进效能。此外,在品牌效应尚未突出的区域或经济发展水平较高的东部地区,新型主体的边际提升效应更明显。【建议】为了更好发挥新型主体促进农产品流通效率提升的积极作用,应着重从以下5个方面入手:(1)精准培育新型主体,强化其组织引领作用;(2)健全农业社会化服务体系,打通农产品流通“最初一公里”;(3)推进农村数字化建设,赋能流通全链协同发展;(4)涉农金融服务与农村电商协同赋能,优化新型主体发展外部环境;(5)实施品牌与物流基建双轮驱动,补齐区域发展短板。
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- 我国富硒农业发展现状及跨界链式创新进展
- 韩宏华, 李奕帆, 宋佳平, 黄盼盼, 俞磊, 尹雪斌, 刘永贤, 李韬,
- 硒是人体必需的微量元素,具有抗氧化、调节免疫、抗炎症、辅助解毒等功效。富硒农业作为功能性农业的重要分支,高度契合大食物观倡导的多元化食物供给体系,从健康、经济和生态3个维度展现出显著的综合价值,不仅拓展了农业的边界,还为解决全球性营养问题提供了新的路径。在理论基础方面,地质学、环境科学、生命科学等学科的交叉融合为富硒农业的可持续发展奠定了基础;在技术体系层面,富硒农业已形成一套较完整的技术集成体系,包括土壤—作物系统调控技术、人工富硒技术、加工与检测技术及基于区块链溯源的富硒产业融合集成技术,能实现从产地到消费终端的全流程溯源,增强产品的透明度和公信力;在富硒农产品市场供求方面,受区域布局、产品类型、消费者需求与认知行为的影响,我国富硒产业总体上呈扩张态势,但区域发展差异显著。我国的富硒耕地面积超过333.33万ha,以湖北恩施、陕西安康、广西贵港、江西宜春和万安、安徽石台、湖南桃源和新田等天然富硒区为主导的富硒农业布局体系基本形成,其富硒品牌正从“资源依赖”向“科技+标准+文化”综合竞争力升级,但我国富硒农业的发展仍面临着诸多问题与挑战,包括科学与技术瓶颈、标准不一、市场障碍及产业痛点,因此需要通过农业科学、营养学、经济学等多学科的深度融合,以及从资源开发到市场应用的全链条协同创新,推动我国富硒农业向标准化、高端化、品牌化方向发展,为构建可持续发展体系和大健康社会提供战略性支撑:(1)学科交叉合作;(2)技术路径创新;(3)促进产业融合;(4)标准制定互认。
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- 长江流域农业生态效率时空格局演变及其影响因素分析
- 李治, 刘华, 李息襟,
- 【目的】 明确长江流域农业生态效率时空格局演变特征及其影响因素,为解决农业经济发展中面临的生态环境问题及实现长江流域“生态优先、绿色发展”战略提供理论依据。【方法】 基于2000—2023年长江流域11个省级行政区(四川、重庆、贵州、云南、湖南、湖北、江西、安徽、江苏、浙江及上海)的相关数据构建农业生态效率评价指标体系,通过非期望产出的超效率SBM模型及核密度估计法探究长江流域农业生态效率的时空格局演变特征,并运用随机森林模型结合排名赋值法及归一化加法分析影响长江流域农业生态效率的因素及其重要性。【结果】 在时间维度上,2000—2023年长江流域农业生态效率整体提升明显,各省级行政区的农业生态效率呈现出稳中向上发展的态势。依据农业生态效率可将长江流域的11个省级行政区划分为3个梯队:上海市农业生态效率稳居第一梯队,其农业生态效率平均值为0.80;江苏省、浙江省、湖南省、湖北省、四川省属于第二梯队,其农业生态效率平均值在0.70~0.80;云南省、安徽省、江西省、重庆市、贵州省处于第三梯队,其农业生态效率平均值低于0.70。在空间维度上,长江流域农业生态效率存在明显的空间差异性,2010—2023年长江流域农业生态效率呈U字形结构,具体表现为下游地区>上游地区>中游地区。在长江流域农业生态效率的影响因素中,农业机械总动力和农业从业人口具有高度重要性,农药使用量、农作物播种面积及化肥使用折纯量具有一般重要性,而有效灌溉面积和农膜使用量的重要性相对较低。但随着时间和空间经济水平的演变,各因素及其交互作用在不同年份呈现不同的作用效果。【建议】发挥区位特色优势,制定差异化农业发展战略;加强区域产业协同,促进关联区域协调发展;聚集新质生产力驱动,持续提升农业生态效率。
