農(nóng)業(yè)組學和生物信息學專輯

（專輯主持人：浙江大學 李飛教授 葉楚玉教授）

綜述

植物空間代謝組學研究的進展與挑戰(zhàn)

作者：張韻千, 蔡圣冠*

摘要：自組學技術(shù)興起以來，代謝組學在植物代謝物鑒定中得到了廣泛應用。然而，傳統(tǒng)代謝組學方法在揭示植物代謝物時空分布特征方面存在一定局限性。隨著空間分辨技術(shù)的快速發(fā)展，將傳統(tǒng)質(zhì)譜技術(shù)與空間成像技術(shù)相結(jié)合的空間代謝組學逐漸成為植物代謝物研究的重要工具。本文系統(tǒng)綜述了空間代謝組學的發(fā)展歷程及其主要技術(shù)，并探討了這些技術(shù)在植物代謝研究中的應用現(xiàn)狀。此外，本文還深入分析了當前空間代謝組學面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)及改進策略，旨在為推動植物空間代謝組學的發(fā)展提供理論支持和實踐參考。

關鍵詞：空間代謝組學；植物代謝組；質(zhì)譜成像；原位代謝分析；高分辨率質(zhì)譜

DOI：10.3785/j.issn.1008-9209.2025.01.021

長鏈非編碼RNA在植物開花調(diào)控中的作用

作者：鄭羽琪, 蘇逸然, 彭俊睿, 杜佳宏, 武亮*

摘要：開花是植物從營養(yǎng)生長向生殖生長的關鍵轉(zhuǎn)變，開花調(diào)控對于植物適應環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都有重要意義。植物的開花由植物內(nèi)源和外源的多重因素通過光周期途徑、春化途徑、自主途徑等進行調(diào)控。在這些途徑中，多種長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA, lncRNA）協(xié)同有關蛋白，從轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平及表觀遺傳水平，通過組蛋白修飾、參與可變剪接、生成或競爭性結(jié)合微RNA（microRNA, miRNA）和干擾小RNA（small interfering RNA, siRNA）等方式，調(diào)控開花途徑關鍵因子，從而促進或抑制成花。本文綜述了已發(fā)現(xiàn)的lncRNA參與光周期途徑、春化途徑、自主途徑的機制和研究進展，以期揭示lncRNA在植物開花調(diào)控中的作用，為后續(xù)的研究提供參考。

關鍵詞：長鏈非編碼RNA；開花調(diào)控；光周期途徑；春化途徑；自主途徑

DOI：10.3785/j.issn.1008-9209.2024.07.221

昆蟲染色體進化研究進展

作者：陸月琪, 陳曦*, 李飛

摘要：昆蟲在生態(tài)系統(tǒng)中扮演著不可或缺的角色，其染色體進化研究對揭示物種形成、性狀演化與環(huán)境適應機制具有重要意義。本文系統(tǒng)綜述了昆蟲染色體進化的研究進展，主要聚焦染色體核型進化和結(jié)構(gòu)變異這2大核心方向。在核型進化部分，本文梳理了以鱗翅目昆蟲為典型代表的全著絲粒染色體的融合與分裂事件，總結(jié)了相關研究中關于染色體數(shù)目極端變異的模式與機制；在結(jié)構(gòu)變異部分，重點歸納了倒位和易位等重排類型，具體介紹了它們在限制重組或連接適應性基因組合中的作用，并總結(jié)了這些結(jié)構(gòu)變異在物種分化與功能創(chuàng)新中的研究進展。本文旨在強調(diào)染色體進化機制在農(nóng)業(yè)害蟲防控和資源昆蟲開發(fā)中的潛在價值，為昆蟲染色體生物學的基礎研究以及害蟲防控的應用研究提供有益的參考和技術(shù)啟示。

關鍵詞：昆蟲；染色體進化；染色體結(jié)構(gòu)變異；鱗翅目昆蟲染色體；適應性進化

DOI：10.3785/j.issn.1008-9209.2024.12.313

鱗翅目昆蟲性染色體的起源與演化

作者：胡競衡, 羅惠, 陳曦, 李飛*

摘要：鱗翅目昆蟲（包括蛾類和蝶類）在生物多樣性中占據(jù)著重要的地位，其中很多種類是重要農(nóng)業(yè)害蟲，危害多種農(nóng)作物，對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟造成重大損失。本文綜述了鱗翅目昆蟲性染色體的起源與演化機制等研究進展，重點討論了性染色體的2種起源假說、W染色體的3種起源模式和“快速Z效應”對Z染色體演化的影響。深入研究鱗翅目昆蟲的性染色體不僅有助于揭示性別決定機制，還能為害蟲防治提供新的理論基礎和應用策略。本綜述旨在為鱗翅目昆蟲性染色體的基礎研究和害蟲防治提供有益的參考和啟示。

關鍵詞：鱗翅目昆蟲；性染色體；起源；演化

DOI：10.3785/j.issn.1008-9209.2025.02.131

黑翅土白蟻共生放線菌及其次級代謝產(chǎn)物在農(nóng)業(yè)中的應用研究進展

作者：劉佳敏, 馮一璐, 莫建初, 李鴻杰*

摘要：放線菌能產(chǎn)生豐富的次級代謝產(chǎn)物，是抗生素、酶和抗氧化劑等生物活性物質(zhì)的重要來源。隨著抗生素耐藥性問題的日益嚴峻，用傳統(tǒng)方法從土壤微生物中挖掘新化合物的效率逐漸降低，因此，對新生境微生物及其代謝產(chǎn)物的探索變得日益迫切。近年來，國內(nèi)外多個研究團隊從黑翅土白蟻體內(nèi)及其蟻巢菌圃中分離并鑒定出具有顯著抗菌活性的新型微生物天然產(chǎn)物，并在農(nóng)業(yè)領域表現(xiàn)出廣泛的應用前景。本文深入探討了源自黑翅土白蟻的放線菌菌株的類群多樣性、基因組代謝潛能多樣性以及次級代謝產(chǎn)物多樣性，并重點分析了這些天然產(chǎn)物在多種農(nóng)業(yè)病原菌防控中的應用潛力。此外，本文還展望了將其開發(fā)成環(huán)保型生物農(nóng)藥的未來研究重點，以期為新型農(nóng)藥的創(chuàng)制提供參考。

關鍵詞：放線菌；黑翅土白蟻；天然產(chǎn)物；基因組挖掘；生物農(nóng)藥

DOI：10.3785/j.issn.1008-9209.2024.07.151

研究論文

基于轉(zhuǎn)錄組的水稻‘甬秈15’早熟機制解析

作者：張雨潔, 楊繁婧, 應泉盛, 姜潔鋒, 葉楚玉, 施賢波*

摘要：‘甬秈15’是浙江省主推的早熟早秈稻品種，解析其早熟分子機制對早熟水稻育種具有重要意義。本研究對‘甬秈15’（早熟）及‘中早39’（中熟）在幼穗分化關鍵時期的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進行了系列分析。通過計算不同日期轉(zhuǎn)錄水平的皮爾遜相關系數(shù)，發(fā)現(xiàn)在水稻幼穗分化前后大量基因發(fā)生了差異表達。篩選階段性差異表達的振蕩基因發(fā)現(xiàn)，與茉莉酸（jasmonic acid, JA）合成及細胞壁合成有關的基因得到富集。時序聚類分析表明，JA合成及信號通路相關基因被特異性富集到了在幼穗分化開始后表達上調(diào)并在幼穗分化Ⅱ期后表達下降的基因簇中。通過比較振蕩基因的表達模式，推測JA信號通路參與調(diào)控‘甬秈15’幼穗分化，并發(fā)現(xiàn)OsGI、OsFD1、RFL、OsMADS15、OsHESO1等基因可能通過影響‘甬秈15’的光周期通路促進其幼穗分化。研究結(jié)果為早熟水稻分子設計育種提供了新靶點。

關鍵詞：水稻；‘甬秈15’；早熟；幼穗分化；轉(zhuǎn)錄組

DOI：10.3785/j.issn.1008-9209.2024.12.312

963份世界甘藍型油菜種質(zhì)資源的表型變異分析

作者：郭文慧, 周虹宇, 張梓, 王瑞森, 姚祥坦, 蔣立希*

摘要：甘藍型油菜（Brassica napus）是世界重要的油料作物。在充分了解世界油菜種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀表型變異的基礎上鑒定基因資源，是進一步開展油菜分子育種或基因操縱的重要基礎性工作。本研究以963份世界甘藍型油菜品種（系）為觀察對象，對其19個重要農(nóng)藝性狀進行測定，進而對遺傳群體進行遺傳多樣性分析、相關性分析、主成分分析、聚類分析。結(jié)果表明，群體內(nèi)大部分性狀（超過70%）的表型具有豐富的遺傳變異，性狀間存在著較強的相關性，尤其是株型、產(chǎn)量、品質(zhì)性狀三者之間關系密切。通過主成分分析，共提取到7個主成分因子。通過聚類分析，將這些種質(zhì)材料劃分為4個類群，其中類群Ⅳ在產(chǎn)量和品質(zhì)方面具有優(yōu)勢，類群Ⅱ在緊湊型株型方面表現(xiàn)較好，類群Ⅲ抗倒伏能力較強。本研究結(jié)果為充分利用已有基因組數(shù)據(jù)平臺，鑒定與發(fā)掘調(diào)控主要農(nóng)藝性狀的關鍵基因奠定了基礎。

關鍵詞：甘藍型油菜；表型變異；遺傳多樣性；相關性分析；主成分分析；聚類分析

DOI：0.3785/j.issn.1008-9209.2024.03.281

基于比較轉(zhuǎn)錄組發(fā)掘控制大麥根毛長度的基因

作者：賀小彥, 王永梅, 何東, 吳港, 孫慶譯, 孫雪蓮, 劉文星, 曾建斌*

摘要：根毛是吸收水分和養(yǎng)分的主要部位，大麥因長根毛特征和強環(huán)境適應性成為發(fā)掘根毛調(diào)控基因的理想材料。本研究通過分析根毛長度差異顯著的大麥根系轉(zhuǎn)錄組，鑒定到274個共有差異表達基因；進一步通過基因本體（Gene Ontology, GO）功能注釋、京都基因和基因組數(shù)據(jù)庫（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG）富集、MapMan代謝通路分析和蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用（protein-protein interaction, PPI）網(wǎng)絡預測，挖掘到一批根毛長度調(diào)控基因，它們在長根毛基因型中有較高的表達水平。這些基因主要包括生長素、乙烯和水楊酸等激素信號通路基因，苯丙素、木質(zhì)素和木脂素等次生代謝通路基因，維持活性氧穩(wěn)態(tài)的過氧化物酶和谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶基因，泛素通路基因，受體激酶類以及鈣信號轉(zhuǎn)導基因。本研究結(jié)果初步揭示了大麥根毛長度的分子調(diào)控機制，為作物根系性狀遺傳改良提供了候選基因。

關鍵詞：大麥；根毛長度；轉(zhuǎn)錄組測序；差異表達基因；代謝通路

DOI：10.3785/j.issn.1008-9209.2024.07.121

短童期百合營養(yǎng)生長階段轉(zhuǎn)變的重要通路篩選

作者：郭振峰, 徐蘊晨, 梅宏建, 康婕, 楊中振, 楊燕, 夏宜平, 吳昀*

摘要：百合（Lilium spp.）是最具代表性的球根花卉之一，但絕大多數(shù)百合存在童期長問題，已成為整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要瓶頸。本研究分析了不同種質(zhì)與不同規(guī)格百合鱗莖童期轉(zhuǎn)換情況，并以短童期新鐵炮百合（Lilium×formolongi）實生苗為材料，取童期（0～4月）、轉(zhuǎn)換期（4～6月）和成年期（6～24月）植株的莖頂端分生組織（shoot apical meristem, SAM）進行二代轉(zhuǎn)錄組測序，并對轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進行組裝和注釋，結(jié)果共篩選到15 172個差異表達基因，同時挖掘出新鐵炮百合從童期向成年期階段轉(zhuǎn)變的關鍵候選調(diào)控通路，如碳水化合物代謝及胚后發(fā)育調(diào)控等。利用實時熒光定量聚合酶鏈反應（real-time fluorogenic quantitative polymerase chain reaction, qRT-PCR）方法對6個差異表達基因在童期向成年期階段轉(zhuǎn)變過程中的表達模式進行驗證，結(jié)果表明，所選基因在不同發(fā)育期的表達趨勢與轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果基本一致，決定系數(shù)達0.913 0，證明轉(zhuǎn)錄組測序數(shù)據(jù)具有可靠性。本研究在利用特異性優(yōu)質(zhì)資源的基礎上，以實生苗生長過程為基礎開展的轉(zhuǎn)錄組測序可為后續(xù)共表達網(wǎng)絡的構(gòu)建和核心基因挖掘奠定數(shù)據(jù)基礎。

關鍵詞：新鐵炮百合；短童期；營養(yǎng)生長階段轉(zhuǎn)變；通路篩選；差異種質(zhì)；胚后發(fā)育調(diào)控

DOI：10.3785/j.issn.1008-9209.2024.12.311

二氯喹啉酸抗性稗草對灰飛虱體內(nèi)微生物群落結(jié)構(gòu)及功能的影響

作者：郭嘉雯, 皮藝萌, 魯艷輝, 楊霞, 許益鵬, 呂仲賢, 李永豐, 徐紅星*

摘要：二氯喹啉酸抗性稗草能促進灰飛虱的生長和繁殖，而這一過程與其體內(nèi)微生物群落密切相關。本研究利用16S rRNA基因擴增子測序技術(shù)，分析和比較了取食二氯喹啉酸抗性稗草、敏感稗草以及水稻的灰飛虱體內(nèi)菌群結(jié)構(gòu)特征，并預測了細菌菌群的功能，以探究二氯喹啉酸抗性稗草對灰飛虱體內(nèi)微生物群落結(jié)構(gòu)及功能的影響。結(jié)果表明：取食二氯喹啉酸抗性稗草降低了灰飛虱體內(nèi)變形菌門菌群的相對豐度，而增加了擬桿菌門菌群的相對豐度。在屬水平上，沃爾巴克菌屬菌群相對豐度呈下降趨勢，而金黃桿菌屬和寡養(yǎng)單胞菌屬菌群相對豐度呈上升趨勢，但菌群α多樣性指數(shù)無顯著差異。功能預測結(jié)果顯示，取食二氯喹啉酸抗性稗草和敏感稗草的灰飛虱體內(nèi)細菌菌群在能量代謝、免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等通路上基因豐度顯著上升，而取食二氯喹啉酸抗性孔雀稗的灰飛虱耐藥性相關基因豐度下降。本研究結(jié)果揭示了取食二氯喹啉酸抗性稗草可改變灰飛虱體內(nèi)微生物群落結(jié)構(gòu)并影響菌群基因功能，為深入闡明灰飛虱微生物群落響應抗性稗草的動態(tài)調(diào)控機制提供了理論依據(jù)。

關鍵詞：除草劑抗性；稗草；灰飛虱；微生物群落

DOI：10.3785/j.issn.1008-9209.2025.02.111

11種鐵皮石斛葉綠體基因組分析及分化時間推算

作者：周宇, 劉苑坤, 方玉占, 周堅宏, 陳家悅*

摘要：研究不同產(chǎn)地來源的鐵皮石斛（Dendrobium officinale）遺傳差異性，有利于深入了解鐵皮石斛物種起源與分化，為鐵皮石斛種質(zhì)資源的保護提供理論依據(jù)。本研究分析了11種不同產(chǎn)地來源的鐵皮石斛葉綠體基因組結(jié)構(gòu)及特征。結(jié)果表明：11種鐵皮石斛葉綠體基因組均為四分體結(jié)構(gòu)，總長度為152 018～152 250 bp，包含124～131個基因，其中蛋白編碼基因76～80個，rRNA基因8個，tRNA基因37～38個。通過對比葉綠體基因組大單拷貝區(qū)（large single copy, LSC）/反向重復區(qū)（inverted repeat, IR）/小單拷貝區(qū)（small single copy, SSC）邊界信息、序列共線性和簡單重復序列發(fā)現(xiàn)，11種鐵皮石斛葉綠體基因組整體差異度較小，但也存在一定的序列不一致性，如浙江鐵皮石斛與其他10種鐵皮石斛在IRb/SSC邊界處顯示出不同；以雁蕩山鐵皮石斛為參考基因組的共線性分析顯示其與臺灣鐵皮石斛在IRb區(qū)域表現(xiàn)出較大的序列差異；同樣，在簡單重復序列的數(shù)量和種類上11種鐵皮石斛也表現(xiàn)出一定的差異。利用分子鐘原理推算顯示，在本研究的11種鐵皮石斛中，云南鐵皮石斛最先分化形成，分化時間為8.98百萬年前（million years ago, Mya），隨后依次分化出現(xiàn)雁蕩山、臺灣、廣西、貴州、浙江、福建、廣東、湖南和江西等地鐵皮石斛，安徽霍山鐵皮石斛最后分化出現(xiàn)，時間為0.02 Mya。綜上所述，本研究的11種鐵皮石斛序列差異小且保守、進化速率相對較慢。不同地域之間鐵皮石斛親緣關系較近、種植背景模糊，可能與不同地域相互引種有關，也可能是在自然演化過程中部分產(chǎn)地地理條件特殊，使得該產(chǎn)地鐵皮石斛更容易發(fā)生變異。

關鍵詞：鐵皮石斛；葉綠體基因組；序列分析；分化時間

DOI：10.3785/j.issn.1008-9209.2024.08.261

向日葵熱激轉(zhuǎn)錄因子基因家族鑒定及其在非生物脅迫下的表達分析

作者：宋慧芳, 薛宏宇, 王茜, 盧俊潔, 李晨雨, 劉阿克*

摘要：熱激轉(zhuǎn)錄因子（heat shock transcription factor, HSF）廣泛分布于植物中，參與多種轉(zhuǎn)錄調(diào)控途徑，特別是熱應激信號傳導和其他應激反應。本研究利用生物信息學方法研究HSF基因家族，對其系統(tǒng)發(fā)育關系、基因結(jié)構(gòu)和表達模式等進行了分析。結(jié)果表明：在向日葵中共鑒定到39個HSF家族成員（HaHSF），并將其分為3個組、8個亞家族；全基因組重復和轉(zhuǎn)座重復是向日葵HSF家族擴增的主要原因。由于功能約束強烈，大多重復基因經(jīng)歷了純化選擇。轉(zhuǎn)錄組分析明確了HaHSF基因在不同組織中和激素或非生物脅迫條件下的表達模式。HaHSF12、HaHSF22、HaHSF27和HaHSF33基因能響應脫落酸、水楊酸等外源植物激素；而HaHSF17、HaHSF18和HaHSF33基因可能參與向日葵幼苗的多種非生物抗逆性。高溫脅迫下基因的共表達網(wǎng)絡分析發(fā)現(xiàn)，HaHSF23、HaHSF18和HaHSF29基因處于網(wǎng)絡的核心，與其共表達的基因主要參與響應高溫、響應活性氧、促分裂原活化的蛋白質(zhì)激酶信號通路以及次生代謝物生物合成等功能。通過對向日葵HSF基因家族的系統(tǒng)研究，可為后期向日葵HSF基因功能和分子育種研究提供參考。

關鍵詞：向日葵；HSF基因家族；系統(tǒng)進化分析；基因重復；基因表達

DOI：10.3785/j.issn.1008-9209.2024.04.302

青年科學家論壇

綠葉揮發(fā)物對植物抗逆和土壤生態(tài)的調(diào)控作用與研究展望

作者：張詩苑, 劉子琳, 徐建明, 胡凌飛*

摘要：植物受到生物或非生物脅迫時會大量釋放綠葉揮發(fā)物。綠葉揮發(fā)物不但可以增強植物自身及鄰近植物的抗性，還可以顯著調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育。本文綜述了綠葉揮發(fā)物的合成及其在調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育、應對生物和非生物脅迫中的功能和作用機制，并對綠葉揮發(fā)物在調(diào)控土壤根際生態(tài)過程中的潛在作用進行了展望。探究綠葉揮發(fā)物對土壤生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控作用及機制，可為改善土壤健康、提高耕地生產(chǎn)力提供新思路。

關鍵詞：綠葉揮發(fā)物；土壤生態(tài)系統(tǒng)；土壤健康

DOI：10.3785/j.issn.1008-9209.2024.04.251

非特異性脂質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白在水稻中的研究進展

作者：趙敏章, 常忠原, 許守領, 洪麗蘭*

摘要：水稻（Oryza sativa）是我國主要的糧食作物，其產(chǎn)量和品質(zhì)對國家糧食安全具有重要戰(zhàn)略意義。非特異性脂質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白（non-specific lipid transfer proteins, nsLTPs）是一種小分子分泌性蛋白質(zhì)，在細胞中分布廣泛，參與脂質(zhì)的非囊泡運輸途徑，促進植物體內(nèi)的脂質(zhì)轉(zhuǎn)運，近年來在水稻中得到了廣泛的研究。nsLTPs與水稻的生長發(fā)育和抗逆能力密切相關，參與了水稻脂質(zhì)分泌、信號傳導、花藥發(fā)育、種子發(fā)育、病原體防御等生理過程。本文主要介紹了nsLTPs的結(jié)構(gòu)特點、分類方式、在水稻生長發(fā)育中的基本作用和在抵御干旱、低溫、高鹽等非生物脅迫及稻瘟病、褐飛虱、二化螟等生物脅迫中的作用，對了解nsLTPs在水稻中的作用具有重要參考價值。

關鍵詞：非特異性脂質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白；水稻；生長發(fā)育；抗逆性

DOI：10.3785/j.issn.1008-9209.2024.03.182

責任編輯：胡清華 梁容

期刊簡介

《浙江大學學報（農(nóng)業(yè)與生命科學版）》創(chuàng)刊于1956年，是浙江大學主辦，由國家教育部主管的農(nóng)業(yè)與生命科學類學術(shù)性雙月刊，國內(nèi)外公開發(fā)行，現(xiàn)已被國內(nèi)外許多重要的檢索系統(tǒng)作為收錄對象，例如美國《化學文摘》(CA)、英國《動物學記錄》(ZR)、英國《國際農(nóng)業(yè)與生物科學研究中心文摘》(CABI)、俄羅斯《文摘雜志》(AJ)、聯(lián)合國糧農(nóng)組織農(nóng)業(yè)索引(AGRIS)、英國《食品科技文摘》(FSTA)、美國《烏利希期刊指南》(Ulrichsweb)、瑞典開放獲取期刊目錄(DOAJ)等。在國內(nèi)，《浙江大學學報（農(nóng)業(yè)與生命科學版）》被《中國科學引文數(shù)據(jù)庫》《中國科技論文統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)庫》《中國學術(shù)期刊綜合評價數(shù)據(jù)庫》《中文科技期刊數(shù)據(jù)庫》《中國學術(shù)期刊文摘》等收錄，并被《萬方數(shù)據(jù)資源系統(tǒng)數(shù)字化期刊》和《中國學術(shù)期刊》等全文收錄。并且還被北京大學圖書館《中文核心期刊要目總覽》列為《全國綜合性農(nóng)業(yè)科學類核心期刊》。2024年入選農(nóng)業(yè)工程領域高質(zhì)量科技期刊分級目錄T1級。主要刊登生物科學、作物科學、園藝科學、植物保護、食品科學與工程、農(nóng)業(yè)資源利用與環(huán)境保護、動物科學與動物醫(yī)學、農(nóng)業(yè)工程及其相關交叉學科的學術(shù)論文、文獻綜述和研究快報等。讀者對象是廣大的科技工作者、高等院校的教師與研究生等。

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