甜瓜种皮颜色控制基因CmSC1的精细定位及候选基因分析

【目的】通过对甜瓜种皮颜色进行遗传分析及基因精细定位,并推测其候选基因和开发特异分子标记,为下一步该基因的功能研究及合理利用奠定基础。【方法】利用白色种皮材料HP22和黄色种皮材料B8、B150分别配制杂交组合,获得后代遗传分离群体并进行种皮颜色的表型调查及遗传分析,通过基因图位克隆方法完成基因的精细定位。通过对定位区间内注释基因进行编码区序列和功能分析确定关键候选目的基因。【结果】甜瓜白色种皮对黄色种皮为显性,由单显性基因CmSC1控制并表现延迟遗传效应。利用368个黄色种皮F₂单株最终将CmSC1精细定位于第5号染色体分子标记S27和S28之间物理距离约95 kb区间内,共包含12个注释基因。其中一个为拟南芥AtTT8同源的编码bHLH转录因子蛋白的MELO3C014406,经序列变异位点分析,黄色种皮材料B8和B150分别在该基因ATG下游第47位碱基处插入碱基A以及在第260位碱基处缺失14 bp导致翻译蛋白提前终止,致使后面功能结构域完全缺失,进而通过开发特异分子标记YS及序列分析,发现65份黄色种皮材料均发生这两种突变形式中的一种,推测MELO3C014406即为控制种皮颜色CmSC1的目的基因。【结论】本研究将控制种皮颜色的CmSC1精细定位于第5染色体95 kb区间内,推测MELO3C014406为最终目的基因,并开发了特异分子标记YS。     

过表达ZmIBH1-1提高玉米苗期抗旱性

【目的】干旱是严重影响玉米生长发育进程的一个重要因素。挖掘玉米抗旱相关基因,通过转基因功能验证和转录组分析,解析关键基因在响应干旱胁迫过程中的分子调控机制,为抗旱分子育种和遗传改良提供理论依据。【方法】以玉米自交系B104（WT）为背景材料,利用农杆菌介导方法构建过表达ZmIBH1-1转基因株系（ZmIBH1-1-OE）;通过对转基因植株进行草铵膦抗性筛选、标记基因和目的基因PCR检测,以及运用实时荧光定量PCR检测目的基因的表达情况,鉴定阳性植株和株系;以WT和ZmIBH1-1-OE转基因株系为材料,通过干旱处理（20% PEG6000）,进行表型鉴定和耐旱生理生化指标测定,验证ZmIBH1-1的抗旱功能;通过对干旱胁迫下玉米4叶期转录组的比较分析,鉴定出差异表达的基因（differentially expressed genes,DEGs）;结合DAP-seq（DNA affinity purification sequencing）分析,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的下游靶基因,利用基因组可视化软件IGV（integrative genomics viewer）分析ZmIBH1-1蛋白结合候选靶基因的位置,然后通过Dual-Luciferase试验验证ZmIBH1-1蛋白与靶基因的调控关系。【结果】通过玉米遗传转化获得12个转化事件;T₃代中,能同时检测到标记基因Bar和目的基因ZmIBH1-1的植株有458个,实时荧光定量PCR检测结果表明,ZmIBH1-1-OE中ZmIBH1-1的表达量显著高于WT,株系3和株系8表达量最高,将其自交获得T₄代转基因株系用于后续试验。在干旱胁迫条件下,ZmIBH1-1-OE株系存活率、叶片相对含水量、叶绿素含量、可溶性蛋白含量及其生理生化指标（超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性）均显著高于WT,说明玉米中过量表达ZmIBH1-1赋予玉米更高的耐旱性。转录组分析结果表明,WT与ZmIBH1-1-OE株系在干旱胁迫下有1 214个差异表达基因;Gene Ontology（GO）功能富集分析结果表明,差异表达基因主要涉及生物过程、细胞组分和分子功能,如在生物过程中主要涉及到光合作用、应激响应、脱水响应等;KEGG富集分析表明,差异表达基因主要参与植物激素信号传导、新陈代谢等过程。结合转录组显著差异表达基因和DAP-Seq分析所得到ZmIBH1-1蛋白的靶基因,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的11个候选靶基因,包括2个钙信号相关基因、3个半胱氨酸代谢相关基因、1个bHLH转录因子、1个应激响应蛋白、1个谷胱甘肽转移酶、1个氧化还原过程蛋白和2个乙烯响应因子;基因组可视化结果显示ZmIBH1-1蛋白可以结合靶基因启动子区;随后通过Dual-Luciferase试验进一步表明,ZmIBH1-1蛋白可以直接作用于11个候选靶基因,其中,ZmIBH1-1蛋白可以促进ZmCa-M、ZmSYCO、ZmbHLH54、ZmGlu-r1、ZmCLPB3和ZmP450-99A2的表达,抑制ZmAGD12、ZmCYS、ZmCYSB、ZmERF-107和ZmEIN3的表达。此外,在干旱胁迫下NAC、WRKY、MYB等转录因子在ZmIBH1-1-OE和WT株系中也存在差异表达。【结论】ZmIBH1-1的过表达可以增强玉米苗期的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控乙烯信号通路中的ZmERF-107和ZmEIN3的表达提高玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控钙信号相关基因ZmCa-M和ZmAGD12增强玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白可能通过间接调控NAC、WRKY、MYB等转录因子响应干旱胁迫。     

基于格网的GCM数据修订分析未来海南岛农业水热资源的变化特征

以海南岛为研究区域，选用5个大气环流模式（GCMs）1970−1999年的逐日输出数据和同期地面气象观测数据，使用空间插值降尺度到0.5°×0.5°格网。以格网单元为基础，应用系统误差修订（修正值法或比值法）和多模式集合平均方法（贝叶斯模型平均法BMA或等权重平均法EW），训练与验证GCMs输出值并进行综合修订。在此基础上，分析RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下，未来海南岛近期（2020−2059年）和远期（2060−2099年）农业水热资源，包括年平均气温、1月平均气温、≥10℃积温、≥20℃积温、年降水量、1月降水量和≥20℃界限温度生长期间降水量的变化特征。结果表明：GCMs输出值的系统误差和BMA权重系数在格网间存在较大的空间差异，且GCMs输出值低估逐日最高气温约3.55℃，高估逐日最低气温约1.19℃，逐日降水量仅为观测值的54.35%。基于格网的综合修订，可有效降低GCMs输出值在空间上的不确定性，BMA与EW的修订结果相似，均优于单一GCM模式。通过格网BMA综合修订后，最高气温、最低气温和降水量在验证期的相关系数r分别约提升0.10、0.07和0.06；均方根误差RMSE分别约降低2.38℃、1.01℃和1.01mm；较单一GCM相对观测值的偏差平均约减少3.25℃、1.13℃和25.67mm。未来海南岛农业热量资源在空间上主要表现为从中部向外围逐渐升高，高温主要分布在南部至西部沿海地区，年平均气温的增幅全岛较为接近，1月平均气温、≥10℃积温和≥20℃积温的增幅分别表现为由东向西、由北向南和由中部向外围递减。在时间上，RCP8.5情景下所有农业热量资源均为极显著增加且增温最快，RCP4.5情景为先增加后平缓，RCP2.6情景较为平缓，远期无显著增温。未来海南岛降水资源在空间上转为由东向西逐步递减的格局，南部和北部沿海地区降水变率增加，西部和中部降水变率减少，在时间上无显著变化趋势。随着未来海南岛气候变暖和降水格局的改变，农作物适宜种植面积扩大，会对农业生产带来巨大挑战，应提前布局，做好趋利避害。     

2020年通辽市开鲁县气候影响评价

本文采用统计分析方法，对2020年开鲁县国家基准气候站采集的气温、降水、日照等基本气象要素数据和相应历年值进行对比分析，并对局地大风、暴雪等重大灾害性天气进行综合分析，并根据分析结果，作出气候对生产生活影响的综合评价。结果表明，2020年气候条件对全县农业生产及人们的生活有利有弊。     

Expression of Anti-Lipopolysaccharide Factor Isoform 3 in Chlamydomonas reinhardtii Showing High Antimicrobial Activity

Antimicrobial peptides are a class of proteins with antibacterial functions. In this study, the anti-lipopolysaccharide factor isoform 3 gene (ALFPm3), encoding an antimicrobial peptide from Penaeus monodon with a super activity was expressed in Chlamydomonas reinhardtii, which would develop a microalga strain that can be used for the antimicrobial peptide production. To construct the expression cluster, namely pH2A-Pm3, the codon optimized ALFPm3 gene was fused with the ble reporter by 2A peptide and inserted into pH124 vector. The glass-bead method was performed to transform pH2A-Pm3 into C. reinhardtii CC-849. In addition to 8 μg/mL zeocin resistance selection, the C. reinhardtii transformants were further confirmed by genomic PCR and RT-PCR. Western blot analysis showed that the C. reinhardtii-derived ALFPm3 (cALFPm3) was successfully expressed in C. reinhardtii transformants and accounted for 0.35% of the total soluble protein (TSP). Furthermore, the results of antibacterial assay revealed that the cALFPm3 could significantly inhibit the growth of a variety of bacteria, including both Gram-negative bacteria and Gram-positive bacteria at a concentration of 0.77 μM. Especially, the inhibition could last longer than 24 h, which performed better than ampicillin. Hence, this study successfully developed a transgenic C. reinhardtii strain, which can produce the active ALFPm3 driven from P. monodon, providing a potential strategy to use C. reinhardtii as the cell factory to produce antimicrobial peptides.     

程序性细胞死亡因子10抑制Ⅰ型干扰素表达并促进FMDV复制

旨在探究宿主蛋白程序性细胞死亡因子10（programmed cell death factor 10，PDCD10）通过抑制Ⅰ型干扰素表达进而促进口蹄疫病毒（foot-and-mouth disease virus，FMDV）的复制。首先，本研究验证了过表达和沉默PDCD10对FMDV复制的影响，接着利用双荧光素酶报告系统探究PDCD10对Ⅰ型干扰素信号通路活化的影响，最后，利用实时荧光定量PCR探究PDCD10对Ⅰ型干扰素通路下游刺激基因（IFN-stimulated genes，ISGs）转录的影响。结果表明，过表达PDCD10显著促进FMDV的复制，沉默PDCD10显著抑制FMDV的复制。与对照相比，过表达PDCD10后感染仙台病毒（Sendai virus，SeV）的细胞培养液上清液显著促进FMDV复制，进一步，PDCD10显著抑制SeV诱导的IFN-β启动子以及NF-κB的激活且呈剂量依赖性，并且PDCD10负调控Ⅰ型干扰素通路信号分子转录，最后还发现PDCD10负调控Ⅰ型干扰素下游ISGs转录。本研究结果为深入探究PDCD10在抗病毒天然免疫中的作用积累了资料。     

锡林郭勒盟生态系统格局演变及驱动因素分析

在自然因素和人类活动的共同作用下，生态系统格局和质量都发生变化，而生态系统格局和质量的变化直接影响生态系统服务和人类福祉。锡林郭勒盟位于内蒙古中部地区，是京津冀地区的重要生态安全屏障，也是主要的畜产品供应地，研究锡林郭勒盟生态格局演变及驱动因素对于构建内蒙古北方生态安全屏障有重要意义。本研究利用遥感影像，通过分析2000和2015年生态系统类型和质量的变化，探讨资源开发、城市化发展、政策实施等多重因素对生态系统格局演变的作用。研究结果表明： 2000-2015年间锡林郭勒盟生态系统质量整体好转，草地生态系统质量中东部地区提高最为明显；草地、灌丛、城镇、裸地、湿地、森林、矿区面积有所增加，农田、沙地、水域面积有所减少；锡林郭勒盟生态系统格局和质量受到人为和自然因素的共同影响，其中，与降水正相关，与温度负相关。GDP与采矿用地显著正相关，退耕还草政策促使农田向草原转移。     

气候变化对藏药独一味适生区分布格局的影响

本研究通过实地调查，运用最大熵（MaxEnt）模型和环境气候数据模拟未来气候变化对青藏高原地区藏药独一味（Lamiophlomis rotata（Benth.）Kudo）适生区空间分布格局的影响，探索其适生区变迁规律。通过ArcGIS和SPSS对模拟结果分析显示，当前气候条件下独一味最适宜生长地区主要分布于青藏高原地区的四川与西藏，甘肃与青海交界处，占青藏高原总面积的24.87%，其中西藏自治区适生区面积最大，其次是四川和青海，甘肃和云南占比最小；未来气候变化使适生区几何中心向西南方向迁移97.1 km，且海拔上升267 m；气候变化带来的适生区扩大面积约为退化面积的2倍，各省适生区面积均呈现增加，西藏增加最多，其次是四川，青海略有增加，云南和甘肃变化不大；如果气候变暖持续发生，人工引种驯化应选择海拔相对较高区域，而低海拔地区由于退化风险，应作为物种保护区域重点监测。本研究将为气候敏感地区野生濒危药用植物的引种驯化及资源保护提供参考依据。     

农村互联网发展对中国玉米全要素生产率的影响

采用DEA-mamlquist指数测算2004—2019年中国17个玉米主产省(区)的全要素生产率,运用联立方程组模型实证检验农村互联网发展对玉米全要素生产率的影响及其作用机理,并分区域探讨其差异性。结果显示:2004—2019年中国玉米全要素生产率年均增长0.2%,主要依靠技术进步的单轨模式驱动。农村互联网的发展显著(P<0.01)提升玉米全要素生产率,主要依靠技术进步和技术效率的协同作用驱动。分区域来看,农村互联网发展对玉米全要素生产率均具有显著(P<0.01)的促进作用,其影响程度由高到低依次为北方春播玉米区>黄淮海平原夏播玉米区>西北灌溉玉米区>西南山地玉米区。建议进一步提高农村互联网的配套设施建设,发挥互联网“连接经济”的优势,应用多元化互联网技术,促进不同生态类型区玉米生产效率的提升。