JIA 2022-5期 发布
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Biosynthesized metallic nanoparticles as fertilizers: An emerging precision agriculture strategy
✺ Busiswa NDABA, Ashira ROOPNARAIN, Haripriya RAMA, Malik MAAZANanofertilizers increase efficiency and sustainability of agricultural crop production. Due to their nanosize properties, they have been shown to increase productivity through target delivery or slow release of nutrients, thereby limiting the rate of fertilizer application required. Nanofertilizers can be synthesized via different approaches ranging from physical and chemical to green (biological) synthesis. The green approach is preferable because it makes use of less chemicals, thereby producing less chemical contamination and it is safer in comparison to physicochemical approaches. Hence, discussion on the use of green synthesized nanoparticles as nanofertilizers is pertinent for a sustainable approach in agriculture. This review discusses recent developments and applications of biologically synthesized metallic nanoparticles that can also be used as nanofertilizers, as well as their uptake mechanisms for plant growth. Toxicity concerns of nanoparticle applications in agriculture are also discussed.
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Cite this article:
Busiswa NDABA, Ashira ROOPNARAIN, Haripriya RAMA, Malik MAAZA. 2022. Biosynthesized metallic nanoparticles as fertilizers: An emerging precision agriculture strategy. Journal of Integrative Agriculture, 21(5): 1225–1242.
Crop Science
TaIAA15 genes regulate plant architecture in wheat
TaIAA15s基因调控小麦的株型
✺ LI Fu, YAN Dong, GAO Li-feng, LIU Pan, ZHAO Guang-yao, JIA Ji-zeng, REN Zheng-long
小麦（Triticum aestivum L.）是世界上最重要的粮食作物之一。生长素在调节植物生长发育中起关键作用。迄今为止，在小麦中几乎没有生长素相关基因被遗传证明参与小麦株型的调控。在这项研究中，我们克隆了小麦中生长素相关基因TaIAA15s，水稻中的异位表达TaIAA15-3B基因降低了水稻的株高，增加了叶夹角。小麦多样性群体相关性分析表明，TaIAA15-3B基因与小麦的株高（Ph），穗长（SL）和千粒重（TGW）相关；TaIAA15-3B的Hap-II单倍型是优异等位基因，在现代育种TaIAA15-3B的Hap-II单倍型被选择。这项研究揭示了生长素信号传导在小麦植物结构以及产量相关性状上的作用。
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Cite this article:
LI Fu, YAN Dong, GAO Li-feng, LIU Pan, ZHAO Guang-yao, JIA Ji-zeng, REN Zheng-long. 2022. TaIAA15 genes regulate plant architecture in wheat. Journal of Integrative Agriculture, 21(5): 1243–1252.
✺ ZHAO Yong-ping, ZHAO Bin-bin, WU Guang-xia, MA Xiao-jing, WANG Bao-bao, KONG De-xin, WEI Hong-bin, WANG Hai-yang
增加种植密度是提高玉米产量的有效措施。然而，密植容易引发植物的避荫反应综合征，导致抗倒伏能力下降，最终导致产量降低。光敏色素B（phyB）在植物避荫反应中起主导作用。研究表明，将拟南芥PHYB(AtPHYB)104和361位的酪氨酸(Y)改变为苯丙氨酸(F)可以增强其活性。在本研究中，我们通过模拟AtPHYB的Y104F和Y361F的突变形式，创制了两个玉米PHYB1超敏突变体: ZmPHYB1Y98F和ZmPHYB1Y359F。在ZmPHYB1自身启动子的驱动下，将ZmPHYB1Y98F、ZmPHYB1Y359F和野生型的ZmPHYB1 (ZmPHYB1WT)转入到拟南芥phyB-9突变体中。在转基因拟南芥中，与ZmPHYB1WT相比，异源表达ZmPHYB1Y98F和ZmPHYB1Y359F增强了对phyB-9相关表型的互补功能。与ZmPHYB1WT相似，红光处理可诱导ZmPHYB1Y98F和ZmPHYB1Y359F蛋白从细胞质中转运到细胞核，并且能够与玉米中的PIF蛋白互作。此外，在模拟遮荫处理下，ZmPHYB1自身启动子驱动的ZmPHYB1Y98F和ZmPHYB1Y359F在转基因玉米中的表达可以减弱玉米幼苗的避荫反应综合征，还能够降低玉米植株的株高和穗位高。综上所述，研究结果表明ZmPHYB1Y98F和ZmPHYB1Y359F能够减弱玉米的避荫反应综合征，为培育耐密玉米品种提供了新思路。
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ZHAO Yong-ping, ZHAO Bin-bin, WU Guang-xia, MA Xiao-jing, WANG Bao-bao, KONG De-xin, WEI Hong-bin, WANG Hai-yang. 2022. Creation of two hyperactive variants of phytochrome B1 for attenuating shade avoidance syndrome in maize. Journal of Integrative Agriculture, 21(5): 1253–1265.
Dissecting the genetic basis of maize deep-sowing tolerance by combining association mapping and gene expression analysis联合关联分析和基因表达分析解析玉米耐深播性状的遗传基础✺ YANG Yue, MA Yu-ting, LIU Yang-yang, Demar LYLE, LI Dong-dong, WANG Ping-xi, XU Jia-liang, ZHEN Si-han, LU Jia-wen, PENG Yun-ling, CUI Yu, FU Jun-jie, DU Wan-li, ZHANG Hong-wei, WANG Jian-hua
深播是包括玉米在内的作物躲避干旱的一种重要策略，候选基因的克隆是进行玉米耐深播分子机理研究的基础工作。本研究中，我们利用包含386份玉米自交系的关联分析群体对10厘米和20厘米播种深度条件下的四个性状进行鉴定。利用50万SNP标记进行关联分析发现了273个耐深播性状显著关联的SNP。对两组不同的处理进行RNA测序分析分别发现1944和2098个差异基因，其中包含281个共同的差异基因。通过比较273个SNP和281个差异基因的位置发现了7个可能与耐深播相关的候选基因，其中GRMZM2G119769编码一个SNF1激酶互作的蛋白。由于GRMZM2G119769在其他植物中的同源基因跟器官伸长、生长素和光响应有关。同时，候选基因关联分析表明GRMZM2G119769基因的自然变异与玉米的中胚轴长度有关。另外，基因表达分析表明GRMZM2G119769在耐深播材料中表达量高。这些研究结果都支持GRMZM2G119769是玉米耐深播性状的候选基因。本研究不但评价了玉米资源的耐深播特性，还鉴定出一些可能对未来玉米耐深播研究有参考价值的候选基因。
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Cite this article: YANG Yue, MA Yu-ting, LIU Yang-yang, Demar LYLE, LI Dong-dong, WANG Ping-xi, XU Jia-liang, ZHEN Si-han, LU Jia-wen, PENG Yun-ling, CUI Yu, FU Jun-jie, DU Wan-li, ZHANG Hong-wei, WANG Jian-hua. 2022. Dissecting the genetic basis of maize deep-sowing tolerance by combining association mapping and gene expression analysis. Journal of Integrative Agriculture, 21(5): 1266–1277.
✺ GUAN Xian-jiao, CHEN Jin, CHEN Xian-mao, XIE Jiang, DENG Guo-qiang, HU Li-zhen, LI Yao, QIAN Yin-fei, QIU Cai-fei, PENG Chun-rui
针对双季稻高产栽培中存在氮肥用量大的问题，研究了壮秧增密减氮栽培模式对双季稻根系形态生理特性和产量的影响。结果表明，壮秧增密减氮栽培模式对双季稻单株根系形态特征的影响不显著，但对群体根系形态特征的影响显著，显著提高了群体根系鲜重、根体积、根数、根长和根干重。壮秧增密减氮栽培模式对单株根系总吸收面积和根系活性吸收面积的影响也不显著，但在分蘖期、抽穗期和成熟期显著提高了水稻群体根系总吸收面积和根系活性吸收面积。而且，壮秧增密减氮栽培模式显著增加了抽穗期水稻根系伤流强度以及伤流液中可溶性糖含量和游离氨基酸含量。与传统栽培模式（CK）相比，壮秧增密减氮栽培模式下的早稻和晚稻抽穗期根系伤流强度分别比对照高4.37%和8.90%，伤流液中可溶性糖含量分别比对照高12.85%和10.41%，游离氨基酸含量分别比对照高43.25%和37.50%。此外，由于有效穗数和结实率的提高，壮秧增密减氮栽培模式下的双季稻实际产量有所提高，2016年和2017年双季早稻实际产量分别比对照提高9.37%和5.98%，2016年和2017年双季晚稻实际产量分别比对照提高0.20%和1.41%。相关分析表明，不同生育期的大部分根系特征指标与实际产量呈显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）正相关。
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GUAN Xian-jiao, CHEN Jin, CHEN Xian-mao, XIE Jiang, DENG Guo-qiang, HU Li-zhen, LI Yao, QIAN Yin-fei, QIU Cai-fei, PENG Chun-rui. 2022. Root characteristics and yield of rice as affected by the cultivation pattern of strong seedlings with increased planting density and reduced nitrogen application. Journal of Integrative Agriculture, 21(5): 1278–1289.
小麦的高产主要通过增施氮肥和增加灌水实现，但过量的氮肥和灌水投入增加了倒伏的风险。本研究的主要目的是明确高产小麦抗倒伏能力对氮肥和灌水的响应以及探索提高小麦抗倒伏性的有效途径。试验于2015-2016和2016-2017生长季在山东农业大学农学实验站进行，供试品种为济麦22，设置3个施氮量和4个灌水处理，主要研究结果如下：随施氮量增加，倒伏指数和倒伏率增加，倒伏风险上升。增加氮肥用量，与倒伏指数呈正相关的株高、基部节间长度和重心高度显著增加，与倒伏指数呈负相关的基部第二节间（茎秆和叶鞘）充实度及其细胞壁组分含量显著降低。适度增加灌水可增加基部第二节间壁厚、茎秆抗折力和叶鞘的充实度，增加了茎秆强度。在本实验条件下，施氮量240 kg hm-2 并配合在拔节期和开花期各灌水600 m3 hm-2在获得最高产量的同时茎秆强度最大。结果表明，适宜的株高保证高产所需的足够的生物量，较厚的壁厚、较高的茎秆和叶鞘充实度以及细胞壁组分含量保证了较大的茎秆强度，以上特征可作为创建小麦高产抗倒群体的参考指标。
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✺ Yeison M QUEVEDO, Liz P MORENO, Eduardo BARRAGÁN
This study aimed to establish the relationships between water deficit tolerance of four cotton varieties (Nevada-123, Oasis-129, Guatapuri, and Festivalle) and morphological variables (monopodial branches, boll weight, root/shoot ratio, and leaf and root dry matter), physiological variables (relative water content, net photosynthesis, stomatal conductance, electron transport rate, photochemical quenching, photochemical efficiency of PSII, chlorophyll a/b ratio (Chl a/b), C12/C13 isotope ratio, and electrolyte leakage), and biochemical variables (contents of sugars, proline, carotenoids, and malondialdehyde). Furthermore, calibrated predictive models of the drought tolerance indices were developed based on the key variables identified. For this purpose, a pot experiment was established where plants were subjected to a moderate or severe water deficit during the blooming stage for 12 days. The stress tolerance index (STI) and mean productivity (MP) were calculated. For the evaluated variables, the differences between well-watered and water deficit plants (Δ) were calculated and ANOVA, partial least squares, Pearson’s correlation, and multiple linear regression analyzes were performed. A model was generated that explained 95% of the STI and was composed of Δmalondialdehyde, Δproline, and Δboll weight. For MP, the model was comprised of Δstomatal conductance, Δroot/shoot ratio, and ΔChl a/b, and explained 89% of the MP. The analysis of the assessed variables allowed the identification of key variables and the development of calibrated predictive models that can be used in screening to obtain cotton varieties with different levels of water deficit tolerance.
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Horticulture
Genome-wide analysis of OVATE family proteins in cucumber (Cucumis sativus L.)
黄瓜OFP基因家族分析
✺ HAN Li-jie, SONG Xiao-fei, WANG Zhong-yi, LIU Xiao-feng, YAN Li-ying, HAN De-guo, ZHOU Zhao-yang, ZHANG Xiao-lanOVATE家族蛋白（OFPs）是一类植物中特有的调控生长发育的蛋白，在一些物种中已经被研究报道，但在黄瓜中的生物学功能还不清楚。我们在黄瓜中鉴定出19个CsOFPs。这些基因在黄瓜的7条染色体上均有分布。大多数在生殖器官中有表达，但表达模式具有差异性。在拟南芥中异源过表达CsOFP12-16c导致果实变短，末端钝圆。以上研究表明CsOFP12-16c在拟南芥中调节角果的发育，在黄瓜中可能参与了果实形状的调控。
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HAN Li-jie, SONG Xiao-fei, WANG Zhong-yi, LIU Xiao-feng, YAN Li-ying, HAN De-guo, ZHOU Zhao-yang, ZHANG Xiao-lan. 2022. Genome-wide analysis of OVATE family proteins in cucumber (Cucumis sativus L.). Journal of Integrative Agriculture, 21(5): 1321–1331.苹果WOX家族基因的鉴定和MdWOX4b在不定根发生中的功能研究
✺ XU Xiao-zhao, CHE Qin-qin, CHENG Chen-xia, YUAN Yong-bing, WANG Yong-zhangWOX基因家族是植物特有的一类转录因子，该家族基因在植物生长发育过程发挥重要的功能。本研究在全基因组水平共鉴定到18个苹果WOX家族基因，通过构建系统发育树将这些基因分为三类，保守结构域和基因结构分析得到的分类结果与系统发育结果一致。同线性分析结果表明全基因组复制和片段重复在苹果WOX家族扩张中发挥重要作用。通过实时荧光定量分析，发现苹果WOX基因呈现组织特异性表达，同时MdWOX4a, MdWOX4b, MdWOX5b, MdWOX11/12a和MdWOX11/12b可能在不定根发生过程起到重要的作用。通过转基因烟草不定根发生能力分析，表明过表达MdWOX4b基因显著增强不定根发生能力。以上研究为以后进一步研究MdWOX基因在苹果砧木发育中的功能奠定了基础。
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✺ LIU Jian-long, ZHANG Chen-xiao, LI Tong-tong, LIANG Cheng-lin, YANG Ying-jie, LI Ding-li, CUI Zhen-hua, WANG Ran, SONG Jian-kun
本研究以矮化梨品种‘601D’及其突变体‘601T’为材料，研究比较了它们的生物学特性，并进一步探讨了601D的矮化机理。生物学特性表明，601D的节间短，树体短而紧凑，叶片厚而宽，气孔密度低，气孔（直径）大，光合能力强。601T的生物学特性表现出显著的差异。内源激素检测结果表明，601D的脱落酸（ABA）、ABA葡萄糖酯和GA4含量较高，而反式玉米素含量较低。通过转录组学分析，发现ABA的生物合成和代谢途径存在显著差异。相关转录因子如bHLH、WRKY和Homeobox等也参与了植物矮化的调控。因此，我们研究了三种与601T有明显差异的激素，发现只有ABA可以诱导601T恢复矮化植株表型。因此，我们认为601D的矮化是由于ABA的过度积累所致。本研究为矮化品种的选育提供了新的理论依据。
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LIU Jian-long, ZHANG Chen-xiao, LI Tong-tong, LIANG Cheng-lin, YANG Ying-jie, LI Ding-li, CUI Zhen-hua, WANG Ran, SONG Jian-kun. 2022. Phenotype and mechanism analysis of plant dwarfing in pear regulated by abscisic acid. Journal of Integrative Agriculture, 21(5): 1346–1356.✺ YANG Sheng-di, GUO Da-long, PEI Mao-song, WEI Tong-lu, LIU Hai-nan, BIAN Lu, YU Ke-ke, ZHANG Guo-hai, YU Yi-he
DEAD-box是RNA解旋酶家族中最大的亚家族之一，在植物的生长发育及其逆境胁迫中发挥着关键作用。此前有研究表明了DEAD-box基因在拟南芥和番茄、水稻等作物物种干旱胁迫响应中的潜力，但有关葡萄DEAD-box基因的功能尚不清楚。本研究在葡萄中共鉴定出40个DEAD-box基因，并对其蛋白序列特征、基因结构、染色体位置、顺式作用元件进行了分析，并比较了VviDEADRHs在干旱胁迫下的表达模式，筛选出9个可能在葡萄干旱胁迫过程中发挥关键作用VviDEADRHs (VviDEADRH10c，-13，-22，-25a，-25b，-33，-34，-36，-39)。结合qRT-PCR结果，选择VviDEADRH25a进行功能验证。在拟南芥中过表达VviDEADRH25a促使植株对干旱胁迫更加敏感，电解质渗透率和丙二醛含量均显著增加，叶绿素含量、超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化物酶 (POD)、过氧化氢酶 (CAT)和抗坏血酸过氧化物酶 (APX)酶活性显著降低。此外，VviDEADRH25a过表达植株中与干旱胁迫相关的几个标记基因 (AtCOR15a、AtRD29a、AtERD15、AtP5CS1) 的表达水平下调。综上所述，本研究为葡萄DEAD-box RNA解旋酶基因的结构、进化提供了理论基础，为提高葡萄干旱耐受性研究提供了新的见解。
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YANG Sheng-di, GUO Da-long, PEI Mao-song, WEI Tong-lu, LIU Hai-nan, BIAN Lu, YU Ke-ke, ZHANG Guo-hai, YU Yi-he. 2022. Identification of the DEAD-box RNA helicase family members in grapevine reveals that VviDEADRH25a confers tolerance to drought stress. Journal of Integrative Agriculture, 21(5):1357–1374.
Plant Protecton
Mutations in FgPrp6 suppressive to the Fgprp4 mutant in Fusarium graminearum
禾谷镰孢菌剪接体蛋白FgPrp6上的突变对Fgprp4的抑制作用
✺ LI Chao-hui, FAN Zhi-li, HUANG Xin-yi, WANG Qin-hu, JIANG Cong, XU Jin-rong, JIN Qiao-jun剪接因子Prp6是剪接三聚体U4/U6.U5中的关键蛋白，在人类细胞和裂殖酵母中，它也是调控前体mRNA剪接的激酶Prp4的底物。前期研究发现引起小麦赤霉病的禾谷镰孢菌FgPrp6蛋白序列的自发突变（角突变）可以部分恢复Fgprp4突变体的表型。禾谷镰孢菌FgPrp4激酶调控剪接效率，其敲除突变体生长缓慢且丧失产孢、有性生殖和致病能力。为了进一步探索FgPrp6与激酶FgPrp4的关系，本研究通过对随机收集的240株Fgprp4角突变子的FgPRP6基因进行PCR产物测序，鉴定了20个角变子中的12个突变。其中3个突变位点在FgPrp6蛋白的N端结构域和HAT重复结构域的连接处，7个突变位点位于前两个HAT重复区域。对角变子的转录组数据分析结果表明FgPrp6上不同位置的角突变对Fgprp4突变体前体mRNA剪接缺陷的恢复程度不同。通过在野生型菌株中转入FgPrp6E308K-GFP载体或在内源FgPrp6上原位引入R230H突变，同时敲除FgPRP4的方法证实FgPrp6上的E308K或R230H都可以抑制Fgprp4。本研究利用co-IP和BiFc的方法证明禾谷镰孢菌的FgPrp6和激酶FgPrp4可以在体内互作，并进一步利用磷酸化抗体检测体内FgPrp6磷酸化水平的方法实验证明FgPrp6为FgPrp4的底物。通过将FgPrp6上保守的Prp4磷酸化位点和预测的磷酸化位点突变为A的方法验证这些位点的功能，结果表明T261，T219&T221和T199&T200对FgPrp6在菌落生长和有性生殖中的功能无关紧要，但是对其在侵染植物阶段的功能至关重要。扫描电镜和共聚焦显微镜观察发现它们主要在禾谷镰孢菌侵染生长，如侵染垫的形成和在植物细胞间的扩展中发挥作用。通过对野生型禾谷镰孢菌、Fgprp6/FgPRP6Δ199-221-GFP或Fgprp6/FgPRP6Δ250-262-GFP侵染三天的小麦麸片的转录组数据分析禾谷镰孢菌的前体mRNA剪接缺陷发现Fgprp6/FgPRP6Δ199-221-GFP和Fgprp6/FgPRP6Δ250-262-GFP菌株中各有28%和35%的内含子剪接具有缺陷，推测这种剪接缺陷是突变体侵染生长缺陷的原因。该研究为将来进一步解析禾谷镰孢菌前体mRNA剪接调控及剪接与致病性的关系奠定了基础。
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本研究旨在明确侵染广东省瓜类作物病毒种类，为瓜类作物病毒病防控提供理论依据。2018-2020年，我们针对黄瓜、南瓜、葫芦、冬瓜、丝瓜等5种广东主要瓜类作物的病毒病进行了调查与监测，并采集了357个疑似病毒侵染的瓜类作物样品。将采集的样品提取总RNA后进行小RNA深度测序与组装分析，然后根据小RNA测序分析结果设计病毒特异引物进行RT-PCR验证，得出每个瓜类样品中的病毒种类，最后对结果进行统计分析。广东瓜类作物病毒病的田间病株率一般为5%-30%，在一些发病严重地块的病株率高达60%，甚至100%。在采集的5种瓜类作物样品中总共鉴定出归属于10个病毒属的17种病毒，其中检出率最高的病毒是番木瓜环斑病毒 (PRSV)、小西葫芦虎纹花叶病毒 (ZTMV)、小西葫芦黄花叶病毒 (ZYMV)、西瓜银斑驳病毒 (WSMoV)，检出率分别是24.4%、19.0%、17.1%、14.3%。5种瓜类作物样品中病毒种类不同，且优势病毒也明显不同，黄瓜上检出率最高的病毒是甜瓜黄化斑点病毒 (MYSV)，南瓜上是PRSV，葫芦上是黄瓜绿斑驳花叶病毒 (CGMMV)，冬瓜上是WSMoV，丝瓜上是ZYMV。一个样品中检测出多种病毒的复合侵染很普遍，不同的瓜类作物样品中复合侵染的形式也不一样。进一步分析发现CGMMV、西瓜绿斑驳花叶病毒 (WGMMV)、西瓜病毒A (WVA) 在葫芦上的复合侵染率很高。我们克隆了CGMMV、WGMMV、和WVA的基因组全长序列，遗传进化分析表明WGMMV与CGMMV的亲缘关系较近。本研究首次在中国大陆发现了WGMMV。广东最流行的瓜类作物病毒是马铃薯Y病毒属病毒 (potyvirus)、正番茄斑萎病毒属病毒 (orthotospovirus)、烟草花叶病毒属病毒 (tobamovirus)，其主要传播途径分别是蚜虫、蓟马及种子带毒。本研究为瓜类作物病毒病防控策略及防控措施的制订奠定了理论基础。
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LI Zheng-gang, NONG Yuan, Tahir FAROOQ, TANG Ya-fei, SHE Xiao-man, YU Lin, LAN Guo-bing, ZHOU Xue-ping, HE Zi-fu. 2022. Small RNA deep sequencing reveals the presence of multiple viral infections in cucurbit crops in Guangdong, China. Journal of Integrative Agriculture, 21(5): 1389–1400.Resistance of barley varieties to Heterodera avenae in the Qinghai–Tibet Plateau, China
青藏高原不同大麦品种对禾谷孢囊线虫的抗性评价
✺ YAN Jia-hui, JIA Jian-ping, JIANG Li-ling, PENG De-liang, LIU Shi-ming, HOU Sheng-ying, YU Jing-wen, LI Hui-xia, HUANG Wen-kun禾谷孢囊线虫H. avenae是一种重要的植物病原线虫，严重影响禾谷类作物的产量。目前已在我国河南、河北、江苏、青海、西藏等16个省(市)发生危害。本研究通过人工接种试验和田间试验，利用抽穗期根系中的线虫数量指标评价了青海栽培二棱大麦 (QH2R)、青海栽培六棱大麦 (QH6R) 和西藏栽培二棱大麦 (TB2R) 对禾谷孢囊线虫的抗病性，并通过接种试验和显微观察，评价了两个高抗品种中线虫的侵染和发育情况。为更好地评价不同品种对H. avenae的抗感性，首先比较了两种常用的抗性评价方法——繁育系数法 (PPR) 和单株雌虫/孢囊数量法 (NFP) 的准确性。对田间自然条件下186个品种受害情况的调查结果表明，利用NFP法鉴定出的感病品种数量显著高于PPR法鉴定的感病品种数量，表明NFP法更利于鉴定大麦品种的抗病性。通过2015年至2017年的田间试验及2018年的人工接种试验，发现QH2R系列品种中形成的雌虫/孢囊数量最少，显著低于QH6R和TB2R系列品种。综合接种试验与田间试验的结果，从QH2R系列品种中鉴定出8个高抗品种 (Sunong7617, Sunong7635, Dongyuan87-14, Rudong14-46, Rudong87-57, Rudong87-8-45, Rudong88-14-2, Rudong88-67-1)，平均单株孢囊数量低于4.2个。对线虫发育进程的显微观察表明，高抗品种 (Sunong7635和Dongyuan87-14) 中H. avenae幼虫的侵入数量显著低于感病品种中幼虫的侵入数量，并且幼虫发育成雌虫的数量也显著减少。本研究中鉴定的高抗品种对于育种工作者培育禾谷孢囊线虫抗性品种、更加经济有效地控制禾谷孢囊线虫的危害等具有重要意义。
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YAN Jia-hui, JIA Jian-ping, JIANG Li-ling, PENG De-liang, LIU Shi-ming, HOU Sheng-ying, YU Jing-wen, LI Hui-xia, HUANG Wen-kun. 2022. Resistance of barley varieties to Heterodera avenae in the Qinghai–Tibet Plateau, China. Journal of Integrative Agriculture, 21(5): 1401–1413.Identification and functional characterization of ApisOr23 in pea aphid Acyrthosiphon pisum
一个新的豌豆蚜气味受体的鉴定和功能研究
✺ HUANG Tian-yu, ZHANG Rui-bin, YANG Lu-lu, CAO Song, Frederic FRANCIS, WANG Bing, WANG Gui-rong
本研究通过系统发育分析鉴定了蚜虫中一个保守的气味受体分支，并对这一支中豌豆蚜气味受体ApisOr23的功能进行了研究。序列分析的结果显示，豌豆蚜、大豆蚜和棉蚜的同源受体Or23序列相似性为94.28%。此外，我们对8种蚜虫同源受体Or23序列进行保守基序 (motif) 分析，进一步验证了Or23分支的高度保守性。组织特异性表达分析结果显示，豌豆蚜ApisOr23主要在触角高表达。随后，我们利用非洲爪蟾卵母细胞表达系统对ApisOr23进行体外功能研究，结果显示在所有测试的化合物中，ApisOr23对反-2-己烯醛、顺-2-己烯醇、庚醇、4’-乙基苯乙酮和乙酸乙酯这5种植物挥发物有明显的电生理活性。其中，反-2-己烯醛作为豆科植物的一种主要挥发物，能够最大程度地激活ApisOr23。本研究揭示了蚜虫中保守的气味受体Or23的功能，推测该受体在蚜虫寄主识别过程中起到重要作用。
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HUANG Tian-yu, ZHANG Rui-bin, YANG Lu-lu, CAO Song, Frederic FRANCIS, WANG Bing, WANG Gui-rong. 2022. Identification and functional characterization of ApisOr23 in pea aphid Acyrthosiphon pisum. Journal of Integrative Agriculture, 21(5): 1414–1423.
✺ ZHAO Man, LI Yun-he, NIU Lin-lin, CHEN Lin, LIANG Ge-mei
随着我国Bt作物种植面积的增加，绿盲蝽和其他盲蝽逐渐成为重要农业害虫因为它们对作物中的Bt蛋白不敏感。此外，Bt作物种植后杀虫剂使用量的减少也增加了盲蝽爆发的严重程度。红颈常室茧蜂是一种盲蝽若虫的寄生蜂，但它对Bt蛋白的敏感性尚不清楚。在当前研究中，我们利用添加Bt蛋白（400 µg g-1）或不添加Bt蛋白的10%蜂蜜水，发展了一种评价Bt蛋白（Cry1Ab, Cry1Ac, Cry1F, Cry2Aa和Cry2Ab）对红颈常室茧蜂成虫影响的直接暴露试验体系。结果显示，红颈常室茧蜂成虫的存活和繁殖情况能够被半胱氨酸蛋白酶抑制剂E-64（阳性对照）显著抑制，但不受供试5种Bt蛋白影响。此外，寄生蜂体内的消化酶、解毒酶和保护酶活性也不受供试Bt蛋白影响，但取食含E-64的饲料后，它们受到显著影响。然后我们建立了一种三级营养试验，来测定供试5种Bt蛋白对红颈常室茧蜂幼虫和蛹的影响，在这个试验中，以取食含有Cry蛋白饲料的盲蝽若虫作为红颈常室茧蜂的寄主昆虫。三级营养试验的结果显示，即使被寄主的绿盲蝽体内含有大量Bt蛋白，以它们为寄主的红颈常室茧蜂寄生蜂化蛹率和羽化率也没有受到显著影响。上述结果整体表明，研究中发展的这2个生物试验可以用来评价杀虫物质对红颈常室茧蜂的毒性，供试的Cry蛋白对红颈常室茧蜂无毒性。
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Cite this article:
ZHAO Man, LI Yun-he, NIU Lin-lin, CHEN Lin, LIANG Ge-mei. 2022. Assessment of the potential toxicity of insecticidal compounds to Peristenus spretus, a parasitoid of mirid bugs. Journal of Integrative Agriculture, 21(5): 1424–1435.
✺ WANG Ran, ZHANG Jia-song, CHE Wu-nan, WANG Jin-da, LUO Chen
氟吡呋喃酮是蔬菜安全生产过程中防治烟粉虱的新型高效杀虫剂。本研究分别利用田间采集的氟吡呋喃酮抗性种群WH-R（抗性水平约199倍）和室内筛选氟吡呋喃酮抗性种群FLU-SEL（抗性水平约124倍）对抗性遗传方式及相关适合度代价进行了阐明。利用室内敏感种群MED-S分别与WH-R和FLU-SEL开展正反交试验，分别获得MED-S与WH-R的后代F1A、F1B、F1以及MED-S与FLU-SEL的后代F1C、F1D、F1'。室内毒理测定试验发现WH-R对氟吡呋喃酮的抗性是常染色体，不完全显性遗传；同时发现FLU-SEL对氟吡呋喃酮的抗性是常染色体，不完全隐形遗传。通过对MED-S、WH-R和FLU-SEL的适合度进行评价发现，WH-R和FLU-SEL在生长发育过程中均存在显著适合度代价。相比于MED-S，WH-R和FLU-SEL的相对适合度为0.50和0.65，并均表现出发育历期延长、卵孵化率下降、若虫和伪蛹期存活率降低；此外，WH-R的成虫产卵量显著下降。本研究相关结果表明抗性相关适合度代价有利于延缓田间烟粉虱对氟吡呋喃酮的抗性进化，并对田间烟粉虱治理策略的制订提供理论支持。
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WANG Ran, ZHANG Jia-song, CHE Wu-nan, WANG Jin-da, LUO Chen. 2022. Genetics and fitness costs of resistance to flupyradifurone in Bemisia tabaci from China. Journal of Integrative Agriculture, 21(5): 1436–1443.
Animal Science • Veterinary Medicine
环状RNA circEDC3在鸡肌肉发育过程中的表达、功能以及编码潜能
✺ WEI Yuan-hang, ZHAO Xi-yu, SHEN Xiao-xu, YE Lin, ZHANG Yao, WANG Yan, LI Di-yan, ZHU Qing, YIN Hua-dong本研究旨在探讨circEDC3对鸡骨骼肌卫星细胞SMSCs增殖、分化和凋亡的调控功能，从而揭示circEDC3在鸡骨骼肌发育中的作用。我们构建了circEDC3的小干扰RNA (siRNA) 及过表达载体(pCD2.1-circEDC3)来调控体外培养的鸡原代骨骼肌卫星细胞中circEDC3的表达水平，通过运用Quantitative Real-Time PCR (qPCR)，Western Blot (WB)，Cell counting kit 8 (CCK-8)，5-Ethynyl-2’-Deoxyuridine (EdU)，flow cytometry，以及immunofluorescence等功能分析方法，检测发现circEDC3能抑制SMSCs增殖、分化相关基因的表达，阻滞细胞周期进程，降低增殖细胞比率，抑制分化相关蛋白的表达，抑制肌管形成，但对SMSCs的凋亡没有明显影响。circRNA通常可以通过靶向微小RNA (miRNAs) 来调控靶基因的表达，然而我们发现circEDC3并未直接靶向肌肉发育相关的miRNAs。此外有研究表明，circRNA可通过直接编码蛋白来调节骨骼肌发育，为了进一步探索circEDC3调控鸡骨骼肌发育的潜在机制，我们对circEDC3的编码能力进行了预测。通过对circEDC3序列信息进行分析，我们发现circEDC3在物种间 (鸡、人、小鼠、大鼠、猪) 保守，且具有不同的开放阅读框、内部核糖体进入位点 (IRES) 和N6-甲基腺苷 (m6A) 基序，表明circEDC3满足编码蛋白质的前提条件，具备一定程度的编码能力，但这仍需进一步的研究论证。总的来说，我们的研究发现了一个在物种间保守的环状RNA circEDC3，通过分析circEDC3的序列信息，预测该circRNA具有一定的蛋白质编码潜力，通过功能分析试验证明circEDC3是一种新的鸡肌肉发育的负调节因子，提示circEDC3可作为肉鸡分子育种的一个重要候选靶标，为肉鸡的育种改良提供新的切入点。
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本研究首先通过对产蛋前期（15周龄）和产蛋高峰期（30周龄）卢氏绿壳蛋鸡（LS）下丘脑比较转录组分析，鉴定差异表达基因（DEGs）；然后利用Gene Ontology (GO)富集分析，筛选DEGs中参与繁殖调控生物学过程（BP）的基因；进而通过蛋白质互作网络（PPI）分析，筛选调控繁殖过程的潜在核心候选基因（PCCGs）。在此基础上，利用qRT-PCR对PCCGs在两个地方鸡品种产蛋前期（15周龄）和产蛋高峰期（30周龄）下丘脑中表达水平的变化趋势进行分析，进而对基因表达量与30周龄产蛋数（EN30w）和血液繁殖激素水平的相关性分析，筛选影响地方鸡产蛋性能的关键基因；最后，从这些关键基因中筛选单核苷酸多态性位点（SNPs），并与不同时期产蛋数进行关联分析，进一步确定这些关键基因中影响产蛋的潜在SNP位点。产蛋前期和产蛋高峰期LS下丘脑比较转录组分析共鉴定出518个DEGs。对这些DEGs功能富集分析发现，10个BP中包含的64个DEGs可能通过神经内分泌过程参与鸡繁殖调控。进一步的PPI分析发现，64个DEGs中有16个高连接度（Degree≥12）的基因，即PCCGs。对这16个PCCGs在LS和固始鸡（GS）产蛋前期和产蛋高峰期下丘脑中的表达模式检测发现，其中的11个PCCGs在两品种两个时期下丘脑的表达水平差异显著（P<0.05），且变化趋势相同。在上述11个基因中，有8个基因的表达量与EN30w和血清生殖激素浓度呈显著相关（P<0.05）。8个基因中筛选的SNP位点与产蛋性状的关联分析表明，这8个基因与不同阶段的产蛋量存在显著相关（P<0.05），是调控地方鸡产蛋性能的关键基因。本研究鉴定出参与地方鸡产蛋调控的8个关键基因，包括CNR1、AP2M1、NRXN1、ANXA5、PENK、SLC1A2、SNAP25和TRH。这些发现为进一步理解鸡产蛋性能调控机制提供了新见解，并为地方鸡繁殖性能选育提供了可能的分子标记。
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Agro-Ecosystem & Environment
云南省农田土壤有机碳储量估算及其调控因素
✺ SUN Tao, TONG Wen-jie, CHANG Nai-jie, DENG Ai-xing, LIN Zhong-long, FENG Xing-bing, LI Jun-ying, SONG Zhen-wei
基于分布于全省的8637个耕层（0-20 cm）土壤样品有机碳含量和土壤、气象以及农田分布等空间数据，本研究采用随机森林模型的方法绘制了云南省农田1 km分辨率的土壤有机碳分布图，并估算了土壤有机碳总储量。结果表明，云南省农田平均土壤有机碳密度和总储量分别为4.86 kg m-2和337.5 Mt。从空间分布来看，西北与东北地区的土壤有机碳密度相对较高。海拔高度、大气温度、年降水量以及地形湿度指数是影响土壤有机碳密度空间分布最主要的因素，其预测重要性指数分别达19.5%、17.3%、14.5%和9.9%。改善农田管理措施，如推广秸秆还田、优化肥料运筹等，可为提高作物产量、增加土壤固碳、实现云南省农田可持续生产提供有效保障。
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Cite this article:SUN Tao, TONG Wen-jie, CHANG Nai-jie, DENG Ai-xing, LIN Zhong-long, FENG Xing-bing, LI Jun-ying, SONG Zhen-wei. 2022. Estimation of soil organic carbon stock and its controlling factors in cropland of Yunnan Province, China. Journal of Integrative Agriculture, 21(5): 1475–1487.
✺ XING Ting-ting, CAI An-dong, LU Chang-ai, YE Hong-ling, WU Hong-liang, HUAI Sheng-chang, WANG Jin-yu, XU Ming-gang, LIN Qi-mei
土壤微生物生物量氮（MBN）在土壤中包含了最大比例的生物活性氮（N），是土壤氮循环的重要参与者。农业活动（例如作物轮作和单作）极大地影响了农业生态系统中的MBN。但是，目前农业生态系统中作物轮作和单作对MBN影响的研究极其缺乏。因此，本文基于203个已发表的文献进行整合分析（Meta 分析），以量化在合成氮肥施用下轮作和单作系统对MBN的影响。本研究发现，作物轮作显著提高了MBN的响应比（RR），并在旱地轮作条件下达到最高水平。然而，旱地作物单作并没有改变MBN的响应比，但是，水稻单作中MBN的响应比有所增加。作物轮作和单作系统之间的差异可能是由于不同的种植管理方式、氮素添加的方式、添加量和施肥年限所致。与作物单作系统相比，作物轮作对土壤总氮（TN）的增加幅度更大，对土壤pH的降低幅度较小。MBN的RR与矿质N的RR仅在作物轮作系统中正相关，MBN的RR与土壤pH的RR仅在单作系统中正相关。随机森林和结构方程模型的结果表明，MBN变化的主要驱动因素在作物轮作系统中是土壤矿质N和TN，在单作系统中是土壤pH。总之，本研究表明，轮作由于改善了土壤氮源，可以作为提高MBN的有效途径，从而提高MBN对由于大量施用化学氮肥导致的低pH的抵抗力。
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XING Ting-ting, CAI An-dong, LU Chang-ai, YE Hong-ling, WU Hong-liang, HUAI Sheng-chang, WANG Jin-yu, XU Ming-gang, LIN Qi-mei. 2022. Increasing soil microbial biomass nitrogen in crop rotation systems by improving nitrogen resources under nitrogen application. Journal of Integrative Agriculture, 21(5): 1488–1500.
我国华北地区萝卜生产中施肥过量导致了较低的养分利用率，并造成了严重的环境问题。养分专家系统（Nutrient Expert, NE）是一个基于科学的、实地的施肥决策支持系统，但对于萝卜养分专家系统田间适用性的评价鲜有报道。本研究旨在从农学、经济和环境效益方面验证萝卜养分专家系统的可行性。于2018年4月-2019年11月在我国华北萝卜主产区共实施了46个田间试验。结果表明，与农民习惯施肥（FP）处理相比，NE处理显著降低了氮、磷和钾肥施用量分别为98 kg N/ha、110 kg P2O5/ha和47 kg K2O/ha；与土壤测试（ST）相比，NE处理显著降低了氮肥和磷肥施用量分别为48 kg P2O5/ha和44 kg K2O/ha，而钾肥施用量无显著性差异。与FP和ST处理相比，NE处理显著提高了萝卜产量分别为2.7和2.6 t/ha，提高了经济效益分别达5951和3071元/ha。就全部试验的平均值而言，与FP和ST处理相比，NE处理显著提高了氮、磷和钾肥的农学效率分别为42.4和31.0、67.4和50.9以及20.3和12.3 kg/kg，显著提高了氮、磷和钾肥的回收利用率分别为11.4和7.0、14.1和7.5以及11.3和6.3个百分点，显著提高了氮、磷和钾肥的偏生产力分别为162.9和96.8、488.0和327.3以及86.9和22.4 kg/kg。此外，与FP处理相比，NE处理显著降低了氮肥和磷肥盈余量分别为105.1 kg N/ha和115.1 kg P2O5/ha，降低表观氮素损失达110.8 kg N/ha。综上所述，养分专家系统是一种有效的、可行的推荐施肥方法，可提高我国华北地区萝卜养分利用率和降低环境风险。
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ZHANG Jia-jia, DING Wen-cheng, CUI Rong-zong, LI Ming-yue, Sami ULLAH, HE Ping. 2022. The Nutrient Expert decision support system improves nutrient use efficiency and environmental performance of radish in North China. Journal of Integrative Agriculture, 21(5): 1501–1512.
Food Science
本研究中，使用酪氨酸酶对马铃薯蛋白和马铃薯粉进行改性，以促进马铃薯主食的多样化。结果表明，酪氨酸酶处理显著改变了蛋白质的二级结构。酪氨酸酶处理后，马铃薯蛋白质和马铃薯粉的最高分解温度分别从322.32°C上升到332.40°C，从294.24°C上升到299.61°C。酪氨酸酶处理显著降低了马铃薯粉的糊化粘度，即峰值粘度、谷底粘度、衰减值、最终粘度和回生值分别降低了32.50%、60.98%、13.04%、68.24%和74.31%。相反，酪氨酸酶处理增加了蛋白质和面粉凝胶的抗剪切性和硬度；蛋白质和面粉凝胶的最大应力值分别从1.48%增加到10.1%以及6.87%增加到14.8%。此外，酪氨酸酶处理促进了马铃薯蛋白和马铃薯粉的粘弹性和结构稳定性。研究结果为新型马铃薯主食的开发提供了重要的理论依据。
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✺ GUO Da-long, LIU Hai-nan, WANG Zhen-guang, GUO Li-li, ZHANG Guo-hai
本研究通过设置不同浓度的脱氢乙酸钠（SD）（0即对照、0.01、0.1和1.0 mmol L-1），研究SD延长‘巨峰’葡萄货架期的效果。结果表明0.01 mmol L-1的SD对于延长‘巨峰’葡萄的货架期效果最好。与对照相比，0.01 mmol L-1 SD处理的‘巨峰’葡萄果实失重率、褐变指数、过氧化氢（H2O2）和丙二醛含量（MDA）显著降低，且好果率、果实硬度、总可溶性固形物含量、抗坏血酸含量和超氧化物歧化酶（SOD）活性均显著升高。此外，甲基化敏感扩增多态性（MSAP）检测结果表明，0.01 mmol L-1 SD处理后，‘巨峰’葡萄的DNA甲基化水平显著高于对照。综上，0.01 mmol L-1 SD可用于延长‘巨峰’葡萄的货架期。本研究结果还揭示了葡萄贮藏过程中活性氧（ROS）代谢与DNA甲基化水平变化之间的密切联系。
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Short Communication
✺ LIU Li-ling, YANG Huan-liang, GUO Fu-sheng, WANG Xiu-rong, DENG Guo-hua, SHI Jian-zhong, TIAN Guo-bin, ZENG Xian-ying
在过去的几十年，国内外研究人员对动物和人感染高致病性禽流感进行了全球范围的广泛监测，然而有关北朝鲜的禽流感流行病学研究数据却很少。在2013和2014年，在北朝鲜的家禽中多次暴发高致病性禽流感，我们分离到H5N1亚型高致病性禽流感病毒，进化分析显示分离到的2株病毒的HA基因高度同源，均属于2.3.2.1c分支，我们分析认为引起2014年鸡场禽流感暴发的病毒可能是由2013年Tudan鸭场病毒经迁徙野鸟引入。本实验的数据提供了禽流感病毒可以由野鸟-水禽-陆禽进行传播的直接证据。因此，我们必需加强水禽禽流感的监测和控制，这对预防和控制高致病性禽流感至关重要。
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LIU Li-ling, YANG Huan-liang, GUO Fu-sheng, WANG Xiu-rong, DENG Guo-hua, SHI Jian-zhong, TIAN Guo-bin, ZENG Xian-ying. 2022. Emergence of H5N1 highly pathogenic avian influenza in Democratic People’s Republic of Korea. Journal of Integrative Agriculture, 21(5): 1534–1538.
往期回顾
JIA 2022-3期 发布JIA 2022-2期 发布JIA 2022-1期 发布JIA 3月优先上线文章（二）
JIA 3月优先上线文章（一）
Journal of Integrative Agriculture (《农业科学学报》(英文), JIA) 由中华人民共和国农业农村部主管，中国农业科学院与中国农学会主办，中国农业科学院农业信息研究所承办。综合性英文学术期刊，月刊。创刊于2002年，主编为中国农业科学院副院长、中国工程院院士王汉中。JIA主要栏目有作物学、园艺、植物保护、动物科学、动物医学、资源环境、食品科学、农业经济与管理等，刊稿类型有综述、研究论文、简报以及评述等。全部论文在Elsevier-ScienceDirect (SD)平台OA出版。最新SCI影响因子2.848，位于SCI-JCR农业综合学科Q1区，中科院分区农林类期刊二区。2016年以来先后获得中国科协等部委 “提升计划”“登峰计划”“卓越计划”项目支持。
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