基于文献计量学BSA在作物育种领域的应用现状与展望

为了解国内外集群分离分析法(bulked segregant analysis,BSA)在作物育种领域的研究现状与前沿动态,客观反映各国家、机构及研究人员在该领域的影响力,本文基于文献计量学分析方法使用文献计量分析软件CiteSpace对WOS(Web of Science)数据库2000~2023年2111项和CNKI(China National Knowledge Infrastructure)数据库2003~2023年446项研究成果进行关键词共现分析、突显词分析、关键词聚类分析、聚类时间线分析及作者共被引分析。结果表明:BSA在作物育种领域应用的研究成果在国内外的发文趋势相同,国内外期刊发文量均逐年上升;在发文量国家排序中,中国排名第一、美国第二、印度第三。在CNKI数据库中华中农业大学的发文量最多,而在WOS数据库中中国农业科学院的发文量最多。国外BSA在作物育种领域应用的文章主要集中在植物科学、农学、园艺学和遗传学等学科,而国内主要集中在作物学、植物保护学、园艺学、生物学等学科;Michlmore RW、Kosambi DD和Li H这3位作者在该领域的影响力最高,而Michlmore RW、Lander ES、Li H这3位作者与其他作者有更密切的联系。国内研究的热点作物和性状分别是水稻(Oryza sativa)、大豆(Glycine max)、玉米(Zea mays L.)和抗病性、株高;国外研究的热点作物和性状分别是水稻、拟南芥(Arabidopsis thaliana)、小麦(Triticum aestivum L.)和抗病性。目前,BSA在国内集中应用于作物目标性状候选基因及作物突变体突变基因的定位和功能验证,而国外则集中应用于作物目标性状基因的精细定位和功能验证及遗传机制的解析。此外,BSA在作物育种领域应用的研究前沿分析表明,未来在该领域热点研究的对象为水稻、花生(Arachis hypogaea L.)、陆地棉(Gossypium hirsutum L.)、作物突变体和作物代谢产物。

基于简化基因组测序的稗草遗传多样性研究

【目的】利用SNP分子标记,分析稗草(Echinochloa spp.)种质资源(野生材料和栽培品种)遗传多样性水平,揭示不同类型稗草种质资源之间的亲缘关系以及群体遗传结构差异,为稗草的遗传多样性保护、野生资源的开发利用奠定基础。【方法】以20份野生稗草和24份栽培稗草为材料,采用RAD-seq技术对各样本进行测序并开发SNP标记,通过构建系统进化树并进行主成分、群体遗传结构和遗传多样性参数分析,探讨遗传结构差异并评估不同群体间遗传多样性水平。【结果】测序产生的序列数据量为161.51 Gb,过滤后共获得31284个高质量SNP位点。遗传结构分析结果将44份稗草资源划分为4个类群,类群Ⅰ和Ⅱ主要为野生资源,类群Ⅲ和Ⅳ主要为栽培资源。4个类群间的遗传多样性指数(Pi)为0.000061~0.000154,遗传分化指数(FST)为0.2892~0.5078,观测杂合度(HO)为0.1007~0.2264,期望杂合度(HE)为0.1404~0.2512,其中野生类群Ⅰ和Ⅱ的遗传多样性指数(Pi)、观测杂合度(HO)、期望杂合度(HE)均高于栽培类群Ⅲ和Ⅳ;遗传分化结果表明4个类群两两之间均发生了显著的遗传分化,野生类群Ⅱ与栽培类群Ⅳ遗传分化最为显著。【结论】SNP标记能将野生稗草和栽培稗草区分开来,证实了在稗草分类方面的可行性;野生稗草群体的遗传多样性水平高于栽培稗草群体,其中野生类群Ⅱ(稗、水田稗、西来稗)遗传多样性水平最高,但总体上稗草遗传多样性水平偏低;并推测遗传漂变、人类活动以及授粉方式可能是导致稗草植物遗传多样性水平下降和产生遗传分化的重要原因。

盐碱胁迫下湖南稷子苗期根系分泌物代谢组学

盐碱胁迫下植物根系分泌物包含丰富生化信息并具有重要生态作用。为了探讨耐盐碱牧草湖南稷子(Echinochloa frumentacea)在盐碱胁迫下根系分泌物组成,揭示其在盐碱胁迫下的生理及生态作用,以湖南稷子为试验对象,在人工气候室开展水培试验,并在苗期分别进行中性盐(NaCl+Na_(2)SO_(4)100 mmol/L)、碱性盐(NaCl+NaHCO_(3)100 mmol/L)和碱(Na_(2)CO_(3)+NaHCO_(3)50 mmol/L)处理。在处理3 d后,利用液质联用仪(LC⁃MS/MS)检测对照组和处理组根系分泌物的化合物成分。结果表明,盐碱胁迫下湖南稷子根系分泌物共有334种化合物。依据正交偏最小二乘法判别分析(OPLS、|DA),重要值(VIP)得分及t检验的P值,发现对照比SaSo100(碱性盐处理100 mmol/L),对照比Soda50(碱处理50 mmol/L)和对照比Salt100(中性盐处理100 mmol/L)分别有22、15和21个差异根系分泌物。其中碱性盐和碱处理下根系分泌物组成相近,包括脂质、酚酸,生物碱,苯酞类,氨基糖,萜类,醌类,氨基酸及其衍生物;中性盐处理下有脂质、酚酸,生物碱,苯酞类,萜类。京都基因与基因组百科全书注释及富集发现,盐碱胁迫下根系分泌物不仅含有三羧酸循环代谢产生的碳水化合物、核苷酸,氨基酸,脂肪酸,类脂和维生素等物质,而且与瓦博格效应、膜运输,信号传导以及遗传信息处理等途径有关。研究表明,湖南稷子通过根系分泌物渗出,调节自身代谢物浓度,加强或改变碳同化、呼吸作用、信号传导等提高对盐碱胁迫的适应性。

面向知识图谱约束问答的强化学习推理技术

知识图谱问答任务通过问题分析与知识图谱推理,将问题的精准答案返回给用户,现已被广泛应用于智能搜索、个性化推荐等智慧信息服务中.考虑到关系监督学习方法人工标注的高昂代价,学者们开始采用强化学习等弱监督学习方法设计知识图谱问答模型.然而,面对带有约束的复杂问题,现有方法面临两大挑战:(1)多跳长路径推理导致奖励稀疏与延迟;(2)难以处理约束问题推理路径分支.针对上述挑战,设计了融合约束信息的奖励函数,能够解决弱监督学习面临的奖励稀疏与延迟问题;设计了基于强化学习的约束路径推理模型COPAR,提出了基于注意力机制的动作选择策略与基于约束的实体选择策略,能够依据问题约束信息选择关系及实体,缩减推理搜索空间,解决了推理路径分支问题.此外,提出了歧义约束处理策略,有效解决了推理路径歧义问题.采用知识图谱问答基准数据集对COPAR的性能进行了验证和对比.实验结果表明:与现有先进方法相比,在多跳数据集上性能相对提升了2%-7%,在约束数据集上性能均优于对比模型,准确率提升7.8%以上.

宁夏无芒稗对光周期的响应与适应

采用盆栽试验研究了不同光周期(8、10、12、14、16 h·d^(-1))对宁夏无芒稗(Echinochloa crusgalli)生理特性的影响,通过揭示光周期对其生长发育的调控机理,寻找最适光周期,以期为其科学引种及高产栽培提供指导。结果表明:1)在16 h·d^(-1)光周期处理下,宁夏无芒稗的生育期显著延长。2)随光照时间延长,其地上生物量呈上升趋势;穗重呈“倒V”型变化。3)随光照时间延长,其抗氧化酶活性呈先降后升的趋势;叶绿素含量、净光合速率等呈相反变化;随着生育期的推进,光合色素含量呈下降趋势。综上所述,12 h·d^(-1)光周期处理促进了宁夏无芒稗光合色素的合成,增强了叶片光合能力,促进了植株的生长发育。因此,应将宁夏无芒稗引种种植在光周期12 h·d^(-1)的地区,在较短时间内通过适宜的光照时间更大程度地提高牧草产量。

毛乌素沙地杨柴蒸腾耗水及其与环境因子的关系

为探究杨柴的蒸腾耗水规律及其与环境因子的关系,以毛乌素沙地典型固沙灌木杨柴(Hedysarum mongolicum)为研究对象,利用野外称重式蒸渗仪搭配自动观测气象站的方法,于2021年6-9月对杨柴蒸腾过程及气象因子的日变化进行连续监测和记录。结果表明:①杨柴蒸腾强度在晴天和阴雨天均表现出单峰变化曲线,有明显的昼夜变化规律,阴雨天蒸腾强度约为晴天的一半。②研究期间降雨量为131.02 mm,杨柴总蒸腾耗水量为200.65 mm,土壤水分亏缺是限制杨柴蒸腾强度的主要原因。③环境因子对杨柴蒸腾强度(Ti)影响显著性大小排序为:太阳辐射>空气温度>饱和水汽压亏缺>10 cm土壤含水量>空气相对湿度>30 cm土壤含水量>50 cm土壤含水量>风速。综合分析表明:生长季杨柴蒸腾耗水日变化明显,其蒸腾强度主要受太阳辐射、土壤水分、空气温度和相对湿度的影响。

重金属铬胁迫对油菜生长状况与铬积累的影响

为了探究不同浓度铬(Cr 6+)对油菜生长的影响,以铬污染的土壤为培养基质,通过盆栽实验,测定分析油菜植株的叶表面积、株高、鲜重、叶片鲜重、叶片相对含水率、叶片中铬含量等指标。结果显示:油菜的株高、鲜重、叶表面积、叶片鲜重和叶片中铬浓度随着铬胁迫浓度增加而先增后降,与对照相比,整体呈现增加趋势,其中植株高度和叶表面积在铬浓度为100 mg/kg时,增长最大;植株鲜重、叶片鲜重和叶片中铬的浓度在铬浓度为200 mg/kg时,增长最大;油菜叶片相对含水率总体呈现先降低后增加再降低的趋势,与对照相比整体呈现下降趋势。本文研究结果表明,低浓度的铬能促进植株的生长,但叶片相对含水率并没有增加。