Integrated tool for microsatellite isolation and validation from the reference genome and their application in the study of breeding turnover in an endangered avian population

Accurate individual identification is required to estimate survival rates in avian populations. For endangered species, non‐invasive methods of obtaining individual identification, such as using molted feathers as a source of DNA for microsatellite markers, are preferred because of less disturbance, easy sample preparation and high efficiency. With the availability of many avian genomes, a few pipelines isolating genome‐wide microsatellites have been published, but it is still a challenge to isolate microsatellites from the reference genome efficiently. Here, we have developed an integrated tool comprising a bioinformatic pipeline and experimental procedures for microsatellite isolation and validation based on the reference genome. We have identified over 95 000 microsatellite loci and established a system comprising 10 highly polymorphic markers (PIC value: 0.49–0.93, mean: 0.79) for an endangered species, saker falcon (Falco cherrug). These markers (except 1) were successfully amplified in 126 molted feathers, exhibiting high amplification success rates (83.9–99.7%), high quality index (0.90–0.97) and low allelic dropout rates (1–9.5%). To further assess the efficiency of this marker system in a population study, we identified individual sakers using these molted feathers (adult) and 146 plucked feathers (offspring). The use of parent and offspring samples enabled us to infer the genotype of missing samples (N = 28), and all adult genotypes were used to ascertain that breeding turnover is a useful proxy for survival estimation in sakers. Our study presents a cost‐effective tool for microsatellite isolation based on publicly available reference genomes and demonstrates the power of this tool in estimating key parameters of avian population dynamics.     

冬小麦?夏玉米体系磷效率对塿土磷素肥力的响应

【目的】 研究塿土区冬小麦?夏玉米轮作体系磷肥利用效率 (PUE) 和土壤肥力 (磷素) 的关系,可以界定土壤磷素的最佳管理范围及合理施磷量,为实现作物高产和减少磷素损失提供理论依据。 【方法】 采取塿土长期定位试验5个不同磷素水平的土壤,有效磷含量依次为3.90 (F1)、15.00 (F2)、23.60 (F3)、35.70 (F4) 和50.00 (F5) mg/kg进行盆栽试验,供试作物为小麦‘小偃22’和玉米‘郑单958’。每个磷素水平土壤上设置5个施磷量 (P₂O₅ 0、30、60、90、120 kg/hm2)。作物成熟后,收获地上部所有植株,晒干、脱粒后测定地上部生物量、籽粒产量,籽粒和秸秆样品粉碎后测定其含磷量。作物收获后均匀采集盆内土样约50 g/盆,风干并混匀后分别过1 mm和0.15 mm筛,测定土壤速效磷和全磷含量。计算冬小麦?夏玉米种植体系磷肥利用效率与土壤磷素水平的关系。 【结果】 F1土壤增施磷肥可显著提高小麦和玉米的籽粒产量,与P0相比,所有施磷处理小麦增产52.2%～119.7%、玉米增产94.7%～212.7%;F2、F3、F4和F5土壤磷肥增产效果不显著。经过两季作物种植,与P0相比,F2土壤施磷60 kg/hm2、120 kg/hm2和F5土壤施磷120 kg/hm2显著提高了全磷含量,其他磷水平土壤全磷含量无显著变化;F1、F2、F3、F4和F5土壤施磷处理的土壤速效磷含量分别增加了?4.08%～434.69%、26.49%～112.77%、6.74%～48.24%、4.07%～43.65%和?4.84%～28.29%。冬小麦磷肥利用效率 (PUE) 与土壤Olsen-P之间呈显著的正相关关系 (P < 0.05),P30、P60、P90和P120线性关系决定系数分别达到0.996、0.899、0.760和0.820。夏玉米PUE在P30下随土壤磷素水平的提高呈二次抛物线形式增加,据此可得出在Olsen-P为12.32 mg/kg时PUE达到100%,当土壤速效磷为33.63 mg/kg时PUE达到最大值155.24%;在P60、P90和P120时,PUE随土壤Olsen-P含量上升而直线增加,Olsen-P分别达到12.22 mg/kg、16.64 mg/kg和14.39 mg/kg后维持在一个水平。整个冬小麦?夏玉米体系PUE随土壤速效磷的变化趋势和夏玉米类似,冬小麦 (P30) 和夏玉米 (P30) 总施磷量为P ₂O₅ 60 kg/hm2时,可算出土壤速效磷为17.97 mg/kg时PUE达到100%;当速效磷达到40.11 mg/kg时,PUE达到最大值131.51%。在同一磷素水平土壤上,随施磷量增加,小麦和玉米PUE均显著降低,尤其是施磷量高于60 kg/hm2后。 【结论】 关中塿土区冬小麦?夏玉米体系,小麦季土壤速效磷应大致控制在17～40 mg/kg范围内,玉米季土壤速效磷控制在13～34 mg/kg范围内进行管理;整个冬小麦?夏玉米体系将土壤速效磷大概控制在17～40 mg/kg范围内,总推荐施磷量为P₂O₅ 60～120 kg/hm2为宜。      

冬小麦–夏休闲体系作物产量和土壤磷形态对长期施肥的响应

【目的】 研究土壤无机磷和有机磷组分变化,有助于选择和优化特定作物体系下不同肥料管理措施,提高磷资源效率。 【方法】 基于20年土冬小麦/夏休闲体系长期肥料定位试验,利用Tiessen-Moir磷素分级法,测定土壤无机磷和有机磷组分,并分析其与小麦磷吸收量、土壤磷表现平衡之间的关系。试验设7个处理:不施肥 (CK)、单施化学氮肥 (N)、氮钾化肥配施 (NK)、磷钾化肥配施 (PK)、氮磷化肥配施 (NP)、氮磷钾化肥配施 (NPK) 和氮磷钾化肥配施有机肥 (MNPK)。 【结果】 旱作条件下,20年长期NP、NPK和MNPK处理较CK、N、NK、PK处理显著提高了小麦籽粒产量,年平均增产在205～265 kg/hm2之间,以MNPK增幅最高。NP、NPK和MNPK处理较CK处理显著提高了小麦籽粒和秸秆吸磷量。PK、NP、NPK、MNPK处理较CK处理显著提高了树脂磷 (Resin-P)、碳酸氢钠提取无机磷 (NaHCO₃-Pi)、氢氧化钠提取无机磷 (NaOH-Pi)、浓盐酸提取无机磷 (C.HCl-Pi) 和残余磷 (Residual-P) 含量,显著降低了碳酸氢钠提取有机磷 (NaHCO₃-Po) 和氢氧化钠提取有机磷 (NaOH-Po) 含量。PK、NP、NPK与CK相比,对稀盐酸提取无机磷 (D.HCl-Pi)、浓盐酸提取有机磷 (C. HCl-Po) 含量影响不大,而MNPK显著提高了D. HCl-Pi和C. HCl-Po含量。N、NK处理较CK显著增加了Residual-P和C. HCl-Po,显著降低了NaHCO₃-Po和NaOH-Po,对Resin-P、NaHCO₃-Pi、NaOH-Pi、C.HCl-Pi和D.HCl-Pi含量没有影响。与试验初始时相比,长期施用化学磷肥和有机肥主要增加了土壤中可利用态无机磷的比例,降低了残余态磷和有机磷的比例。土壤中Resin-P、NaHCO₃-Pi和C. HCl-Pi与小麦磷吸收量之间呈显著正相关关系。磷素盈余显著增加了D. HCl-Pi、Resin-P和NaHCO₃-Pi的含量。 【结论】 供试土壤条件下,NP、NPK和MNPK三种平衡施肥措施都不仅有利于作物增产,而且有利于保持高比例的土壤有效磷库。