基于物理信息和先验数据驱动：一种用于水稻生长参数反演的混合堆叠框架
Tianao Wu, Junjie Zheng, Minghan Cheng, Kaihua Liu, Xiyun Jiao
摘要：过准确监测水稻生长状况对于稻田的科学水肥管理至关重要。利用遥感数据结合辐射传输模型和人工智能算法可以实现半机理的参数反演。然而，常用的混合反演模型难以适应水层覆盖的稻田场景。此外，数据模拟方法通常忽略参数间的相关性，导致模拟数据与实际不符。为解决上述问题，本研究开发了考虑下垫面水分状态对冠层反射率影响的PROSAIL-Dw模型，并提出了一种基于C-Vine Copula多变量联合先验知识的数据模拟方法，最终构建了一种基于堆叠模型的新型混合框架，用于从多光谱影像中反演水稻生长参数。结果表明，通过引入反映水层存在和深度的两个参数，PROSAIL-Dw模型能够更准确地模拟水层覆盖下的近红外反射率（低氮处理下R2值提高了0.42）。采用C-Vine Copula方法模拟的生长参数能够保持参数间的相关性，从而有效提高了堆叠模型的精度。本研究构建的混合反演框架进一步提高了水稻生长参数反演的精度和可靠性，对早期稻田水肥科学管理具有重要的实践意义。
花生荚果缢缩性状图像评价指标的开发及相关QTL定位分析
Shengzhong Zhang, Feifei Wang, Xiaohui Hu, Huarong Miao, Jun Hong, Shihua Shan, Xiaoyuan Chi, Jing Chen, Xinyou Zhang, Shengzhong Zhang, Feifei Wang, Xiaohui Hu, Huarong Miao, Jun Hong, Shihua Shan, Xiaoyuan Chi, Jing Chen, Xinyou Zhang
摘要：荚果缢缩，是决定花生荚果制品商品价值及产量的关键形态性状。传统表型评价指标（如目测评分或基于果腰长度的衍生指标）存在测量精度不足或适用性有限等问题，尤其对于特殊类型的荚果测量效果不佳，限制了对该性状基因的发掘。为解决这些问题，本研究引入两种新型图像评价指标：正面与背面缢缩深度指数（Front_DI和Back_DI）。这些新型指标能够实现对不同类型荚果缢缩程度的准确、稳健评估。此外，本研究开发了基于深度学习技术的自动测量脚本，以实现上述指标的高效精准提取。本研究同时利用新型指标和传统指标对一个重组自交系群体（鲁花11号×06B16）进行表型鉴定，在三种环境中定位到4个与Front_DI相关的QTL、4个与Back_DI相关的QTL、3个与目测评分相关的QTL以及2个与果腰长度衍生指标相关QTL。在第2号染色体上检测到一个主效且不同指标共定位的QTL区域。Meta分析进一步将该区域精细定位至一个728 kb区间。在此区间内，Arahy.X14VTN基因编码区在亲本间存在一个InDel变异，导致移码突变及预测的蛋白质结构改变。针对该候选基因开发了诊断标记，并验证了其对荚果缢缩变异的遗传效应。本研究提出的新型图像评价指标与遗传位点，为阐明花生荚果缢缩性状的遗传调控机制提供了新见解，并为后续该性状的遗传改良提供了可靠工具。
利用随机森林算法识别中国主要玉米产区玉米产量限制因素
Liangbing Rong, Qianlan Jia, Kaiyuan Gong, Fengying Duan, Xia Li, Congfeng Li, Peng Liu, Dalei Lu, Gang Zhao, Ning Yao, Yi Li, Hao Feng, Jianqiang He, Qiang Yu, Wenbin Zhou
摘要：玉米（Zea mays L.）是全球范围内一种重要的粮食作物，明确其产量限制因素对于在不同农业气候条件下优化玉米产量至关重要。本研究基于2017—2020年中国34个站点的观测数据，系统评估了气候、土壤和管理因素对春玉米和夏玉米产量变异的相对贡献。随机森林（RF）模型对产量变异的解释度均超过80%，并结合SHapley Additive exPlanations（SHAP）和Accumulated Local Effects（ALE）方法，对关键影响因子的作用机制进行了深入解析。结果表明，气候因子是影响玉米产量的主导驱动因素，其特征重要性贡献接近50%。对于春玉米而言，出苗期（establishment stage，ES）的太阳辐射对产量具有显著的正向影响，而灌浆期（grain-filling stage，GFS）的最低气温则对产量产生抑制作用。相比之下，夏玉米产量在ES阶段主要受夜间高温限制，但在GFS阶段受益于积温（growing degree days，GDD）的增加。在所有影响因子中，种植密度（planting density，PD）在两种玉米种植制度中均表现出稳定且重要的作用，提高PD是直接且有效的增产途径。进一步的产量构成分析表明，春玉米穗粒数显著高于夏玉米（平均多68粒），是其产量优势的主要来源。气候情景模拟结果显示，在缺乏适应性管理措施的条件下，未来气候变暖可能导致春玉米和夏玉米产量分别下降6.1–11.8%和5.5–9.1%。上述结果揭示了玉米对气候因子的阶段性敏感特征，为在未来气候变化背景下制定针对性的玉米适应与调控策略提供了科学依据。
通过喷雾诱导和寄主诱导的基因沉默技术同时干扰10个核盘菌关键基因增强油菜对菌核病的抗性
Sichao Ren, Ying Zhang, Yi Ye, Wenjing Huang, Wenxin Liu, Shengliang Yin, Yang Yang, Yu Liu, Jialin Fan, Yumei Wang, Youping Wang, Li Lin, Jian Wu
摘要：由坏死营养型真菌核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）引起的菌核病（Sclerotinia stem rot），是油菜（Brassica napus）在生产中最具危害性的病害之一。现有的油菜品种及其近缘种中缺乏有效抗源，迄今尚未发现能够赋予完全抗性的基因。为提高油菜对菌核病的抗性，本研究采用多靶标RNA干扰（RNAi）策略，设计并构建了一段可同时靶向核盘菌10个关键基因的嵌合双链RNA（dsRNA），其中包括8个与核盘菌生长发育相关的基因（SsChsI–VII、SsGas1）和2个与核盘菌致病性相关的基因（SsPG1、SsOAH1）。随后，分别通过喷施诱导基因沉默（spray-induced gene silencing, SIGS）和宿主诱导基因沉默（host-induced gene silencing, HIGS）两种技术对其防控效果进行分析。该嵌合dsRNA全长1,250 bp，由10个分别对应不同靶基因的125 bp片段串联组成。体外实验结果显示，该嵌合dsRNA处理可使核盘菌中9个靶基因的表达量下调50%以上，说明核盘菌能够有效摄取并加工长链dsRNA。经SIGS处理后，烟草和油菜植株的病斑面积及真菌生物量均显著降低。HIGS转基因油菜能够稳定产生针对靶基因的特异性小干扰RNA（siRNA），显著抑制核盘菌靶基因的表达，进而降低草酸积累和聚半乳糖醛酸酶活性，并抑制菌丝生长。HIGS转基因油菜对菌核病的抗性显著提高，且抗性在T2至T5代稳定遗传。在T5代中，叶片病斑面积和茎秆病斑长度分别较对照减少38.9%–59.1%和43.2%–65.8%。综上，HIGS在不影响产量和品质的情况下赋予植株稳定且可遗传的抗病性，而SIGS则提供了一种快速、非转基因的防控途径。本研究验证了长链嵌合dsRNA在多基因同时沉默中的有效性，为提升油菜对菌核病的抗性提供了新的防控策略。
中花11号OsBRI1弱等位突变体的构建及其在水稻油菜素内酯信号研究中的应用
Yanzhao Feng, Qingfeng Zhu, Qiuyue Yuan, Pei Chen, Xielian Tan, Ning Huang, Jiao Xue, Yang Yu
摘要：油菜素内酯（brassinosteroids，BRs）是调控水稻株型建成、发育进程和产量形成的重要植物激素。尽管同属粳稻亚种，中花11（Zhonghua 11，ZH11）与台中65（Taichung 65，TC65）在BR相关性状上仍存在明显差异，这与其遗传背景及育种历程的分化密切相关。由于株型紧凑、抽穗期短、遗传转化效率高，并拥有完整的T2T基因组序列，ZH11已成为当前水稻功能基因组研究的重要模式材料。然而，ZH11中缺乏诸如OsBRI1等关键BR信号通路突变体，在一定程度上制约了BR相关研究的开展。本研究从形态、生理和分子层面系统比较了ZH11与TC65对外源BR处理的响应差异，揭示了两种材料在BR敏感性上的显著分化。基于此，我们通过连续回交并结合分子标记辅助选择，将TC65背景的弱等位d61-1突变导入ZH11背景，成功构建了近等基因系d61-zh11。该材料表现出适度的BR不敏感性和紧凑株型，遗传稳定，同时避免了强突变体常见的严重多效性缺陷。作为一种非转基因突变体，d61-zh11为在现代遗传背景下精细解析BR信号通路提供了理想平台，也可作为正向和反向遗传筛选的重要研究资源。本研究实现了经典激素遗传学与现代功能基因组学的有效衔接，为水稻BR相关基础研究和育种应用提供了重要的遗传材料。
结合低成本萌发成像与全基因组关联分析揭示小麦萌发期对盐胁迫时序响应的遗传变异
Qing Li, Zhuangzhuang Sun, Xiaofang Li, Zihan Jing, Xiaomiao Tian, Yinchen Zhang, Yingyin Yao
摘要：盐胁迫是制约全球小麦生产的关键因素，尤其是在种子萌发阶段影响显著。传统萌发期耐盐性评价方法通量低，且难以捕捉动态表型变化。本研究整合侧视RGB成像与图像分析算法，构建了一套低成本、高通量的种子萌发表型鉴定平台，并利用深度学习算法实现了器官级别的小麦萌发图像分割与萌发相关性状的精准提取，进而对多个小麦品种在不同盐浓度下的萌发动态进行系统表型解析。研究表明，器官级分割模型表现优异：平均精确率达89.08%，平均召回率91.65%，像素准确率91.65%，平均交并比（mIoU）83.20%；所提取的13项图像衍生性状与人工测量结果高度一致。该研究揭示了盐胁迫显著抑制根系与幼苗的生长，且抑制效应随盐浓度升高而增强，发现了胚根生长速率显著快于胚芽鞘，但种子大小与其萌发能力无显著相关性。基于动态图像提取指标开展的聚类分析将210份小麦材料划分为盐耐受性差异显著的两类。全基因组关联分析（GWAS）共鉴定出429个与萌发期盐胁迫响应显著相关的遗传位点，其中包含一个已被报道参与植物耐盐调控机制的潜在候选基因 TraesCS7A03G007080。综上，本研究不仅为小麦萌发期耐盐品种筛选提供了重要遗传和表型资源，同时建立了一套低成本、高通量、高可靠性的技术体系，为深入解析小麦萌发期耐盐性的遗传基础提供了有力支撑。
唾液蛋白NlSP6935影响稻飞虱生存和调控宿主防御的机制研究
Zelong Zhang, Xiaojing Wang, Xinye Xu, Tangbin Hu, Chuanxi Zhang, Haijian Huang
摘要：唾液在植物-昆虫互作中扮演关键角色，然而其蛋白的功能多样性尚未被充分解析。本研究鉴定到一个唾液腺特异高表达的蛋白NlSP6935，该蛋白在取食水稻的三种稻飞虱中高度保守，但在取食竹子的近缘种中缺失。干扰NlSP6935表达可导致褐飞虱（Nilaparvata lugens）出现存活率下降、取食困难与繁殖不育等系列表型，且上述效应不依赖于寄主植物的抗性。功能分析表明，在本氏烟中瞬时表达NlSP6935能够抑制植物体内H₂O₂积累；而在水稻中过表达该蛋白则会抑制萜类化合物合成，并增强寄主对昆虫的吸引性。然而，在转基因水稻中表达NlSP6935仅能部分挽救由RNAi引起的褐飞虱死亡，说明该蛋白除调控植物防御外，对昆虫自身的生理功能也具有不可或缺的作用。本研究揭示了一个在稻飞虱生存与寄主适应中均起关键作用的唾液效应子，为探索新型害虫防控策略提供了理论依据与基因靶点。
小麦抽穗期遗传调控位点解析
Yueting Zheng, Zhenhai Jing, Haolong Feng, Yifei Yang, Jareer Abdullah, Chunyi Liu, Bangcai Zhao, Qianhui Xi, Fangyu Xiang, Qingmiao Yin, Ya Wang, Jiangmin Xing, Ge Kong, Lei Zhao, Xiaodong Yu, Congwei Sun, Feng Chen
摘要：抽穗期是评价小麦适应性最重要的指标之一。本研究利用三个关联群体构建了小麦全基因组重组景观，包含97个重组热点区域。进一步在六个双亲群体中鉴定到1043个重组热点区域，其中88个重组热点与关联群体热点重叠。通过表型全基因组关联分析（pGWAS），我们检测到2223个显著SNP位点，形成55个与抽穗开花期关联的聚集区间；53个稳定SNP 关联13个候选基因在至少两个环境中检测到。在双亲群体中定位到21个抽穗开花关联的数量性状位点（QTL），其中5个QTL与重组热点重叠。通过整合共线性分析、重组热点及单倍型分析，检测到5对同源区间，其中单倍型7D_Hap1可使抽穗期提前8.7天。进一步分析发现抽穗期调控网络基因参与转录调控与翻译后修饰（PTM）。同时，基于抽穗期调控核心模块基因的表达全基因组关联分析（eGWAS）鉴定出307个参与抽穗期调控网络的潜在新基因。以上发现为小麦适应机制提供了新见解，并为培育抗逆小麦品种提供了重要资源。
全面调查揭示云南豌豆和蚕豆具有丰富的病毒多样性且存在新病毒感染
Wenhui Li, Shuting Yu, Changfang Long, Guanlin Tan, Steve Wylie, Hong Cai, Xiaojiao Chen, Pingxiu Lan, Fan Li.
摘要：豌豆（Pisum sativum）和蚕豆（Vicia faba）是全球重要的豆类作物，其生产常受病毒病害威胁。云南省常年温和的气候和连作制度为病毒病的发生与传播提供了有利条件。2020—2022年，对云南省昆明市、玉溪市、保山市、楚雄州、大理市、红河州6个地区的豌豆、蚕豆主要种植区进行病毒病调查，并将采集到的261份豌豆和164份蚕豆典型症状样品进行高通量测序及RT-PCR检测。[结果]结果共鉴定出17种（包括一种新病毒）病毒共同侵染两种作物，且在豌豆中还单独发现芜菁黄化病毒（Turnip yellows virus，TuYV）的侵染。新病毒（暂时命名为PEnV-3）受基因组序列和系统发育分析结果的支持，我们建议命名为Enamovirus pisi。病毒分布分析显示，豌豆耳突花叶病毒1号（pea enation mosaic virus 1，PEMV-1）和菜豆黄花叶病毒（Bean yellow mosaic virus，BYMV）分别为豌豆和蚕豆中的优势病毒，检出率分别为54.02%和81.10%。病毒复合侵染现象普遍，豌豆与蚕豆上分别发现148和97种复合侵染类型。病毒分布在六个采样区域间差异显著。PEMV-1、豌豆种传花叶病毒（pea seed-borne mosaic virusl，PSbMV）、BYMV、芸薹黄化病毒（Brassica yellows virus，BrYV）和鹰嘴豆褪绿丛矮病毒分布最广，在所有区域均有出现。相比之下，野豌豆隐潜病毒（Vicia cryptic virus，VCV）仅在大理的豌豆样本中检出，而PEnV-3和三叶草黄脉病毒（clover yellow vein virus，ClYVV）则为昆明豌豆样本所特有。蚕豆中BYMV和PSbMV在五个区域被检测到，而PEnV-3同样仅限于昆明。病毒多样性以昆明豌豆（15种）和大理蚕豆（15种）最高，红河地区最低（豌豆9种，蚕豆仅BrYV）。本研究首次报道BrYV、番茄黄斑伴随病毒（tomato yellow mottle-associated virus，TYMaV）、鬼针草斑驳病毒（Bidens mottle virus，BiMoV）和VCV侵染豌豆，在国内首次报道TuYV侵染豌豆，并在云南首次鉴定出ClYVV侵染豌豆。同时，首次报道BrYV和TYMaV侵染蚕豆，在国内首次报道BiMoV侵染蚕豆，并于云南首次检出VCV和ClYVV侵染蚕豆。[结论与创新性]综上，云南省豌豆与蚕豆田间病毒多样性丰富，复合侵染普遍，分布具有明显的地理差异。研究首次报道PEnV-3新病毒并更新多种病毒发生记录，为云南省豆类病毒病害的监测与防控提供重要依据，同时也揭示了该地区作为病毒多样性热点的独特性，为病毒生态与进化研究提供新视角。
从饲喂到堆肥：低蛋白平衡饲粮驱动的猪场碳氮利用与减排机制
Xiaomin Shi, Lin Lu, Shengkai Li, Haitao Wei, Ming Liu, Xiangfang Zeng, Shiyan Qiao, Junyan Zhou
摘要：低蛋白饲粮可降低养猪蛋白摄入，但在实际生产中常受“能量与氨基酸吸收不同步”限制，导致营养利用提升有限；同时，饲料结构改变是否会通过粪便底物性质影响后续堆肥排放仍缺乏系统证据。本研究提出假设：通过优化碳水化合物与蛋白质的消化释放节律，提高碳氮消化同步性，可提升猪体内营养沉积，并在粪污堆肥阶段降低污染气体生成。设置低蛋白平衡饲粮（LPBD）与高蛋白传统饲粮（HPTD），开展生长猪饲喂试验与代谢平衡试验，测定生长性能、氮与能量摄入及粪尿排泄；并用体外胃—小肠消化模型获取葡萄糖与氨基酸的动态释放曲线以表征消化同步性。随后将两处理来源粪便与锯末混合进行好氧堆肥，连续监测堆体理化指标与NH₃、CO₂、CH₄、N₂O等污染气体排放，并通过宏基因组分析解析微生物群落与碳氮循环功能基因变化，结合路径分析评估“饲粮—粪便底物—堆肥环境—功能基因/酶系—气体排放”的关联。LPBD在降低氮摄入的同时维持了猪生长表现，并减少了粪尿中含氮与含能物质的排泄，提示营养沉积效率提高；体外消化结果显示LPBD具有更协调的葡萄糖与氨基酸释放节律。与HPTD来源粪便相比，LPBD来源粪便在堆肥过程中显著降低了NH₃及温室气体的累计排放。宏基因组结果表明，LPBD通过改变粪便碳氮组成与底物可利用性，重塑堆肥微生物群落结构与功能基因谱，碳水化合物降解相关酶系（CAZymes）及氮转化相关基因（如nirK、nosZ、nifH等）发生响应变化；路径分析进一步表明，底物驱动的堆体环境因子变化可通过功能基因/酶系间接调控气体排放。优化低蛋白饲粮消化同步性不仅提高猪体内营养利用，也会通过粪便底物“前端调控效应”降低堆肥阶段污染气体生成。该结果为将饲料配方与粪污处理联动优化提供了可检验的机制解释与技术方向。
