基于深度学习的农业植物表型研究综述

植物表型是指植物可测量的特征和性状,是植物受自身基因表达、环境影响相互作用的结果,也是决定农作物产量、品质和抗逆性等性状的重要因素.大多数植物表型信息可通过数字图像处理的方法获取和分析.随着基因组学研究的快速发展,传统植物表型研究方法在诸多方面已无法满足进一步研究的需要,高精度、高通量的植物表型获取技术成为植物表型研究的新兴热点方向.近年来深度学习在数字图像处理领域取得了突破性进展,在物体识别、分割等应用上,基于深度学习的图像处理在技术表现上远好于传统方法.在植物表型研究领域,如何使用深度学习技术研究植物表型已成为研究人员十分关注的一项研究问题.本综述从植物株型与生理参数获取、植物识别与杂草检测、病虫害检测以及产量预测四个方面,对近几年基于深度学习的植物表型检测方法进行概述,同时还分析了这些方法和传统机器学习方法的优劣,最后对基于深度学习的植物表型研究的未来趋势进行分析和展望.     

谷氨酸棒杆菌碱基编辑的条件优化

近年来,基于CRISPR/Cas9的碱基编辑技术因其具有不产生DNA双链断裂、无需外源DNA模板、不依赖宿主同源重组修复的优势,已经逐渐发展成为一种强大的基因组编辑工具,在动物、植物、酵母和细菌中得到了开发和应用。研究团队前期已在重要的工业模式菌株谷氨酸棒杆菌中开发了一种多元自动化的碱基编辑技术MACBETH,为进一步优化该方法,提高碱基编辑技术在谷氨酸棒杆菌中的应用效率,本研究首先在谷氨酸棒杆菌中构建了基于绿色荧光蛋白(GFP)的检测系统:将GFP基因的起始密码子ATG人工突变为ACG,GFP无法正常表达,当该密码子的C经编辑后恢复为T,即实现GFP蛋白的复活,结合流式细胞仪分析技术,可快速衡量编辑效率。然后,构建针对靶标位点的碱基编辑工具,经测试,该位点可成功被编辑,在初始编辑条件下碱基编辑效率为(13.11±0.21)%。在此基础上,通过对不同培养基类型、诱导初始OD600、诱导时间、诱导物浓度进行优化,确定最优编辑条件是:培养基为CGXII,初始OD600为0.05,诱导时间为20 h,IPTG浓度为0.01 mmol/L。经过优化,编辑效率达到(30.35±0.75)%,较初始条件提高了1.3倍。最后,选取原编辑条件下编辑效率较低的位点,进行了优化后编辑条件下的编辑效率评估,结果显示,不同的位点在最优编辑条件下的编辑效率提高了1.7–2.5倍,进一步证实该优化条件的有效性及通用性。研究结果为碱基编辑技术在谷氨酸棒杆菌中更好的应用提供了重要的参考价值。     

东北地区高温对玉米生产的影响及对策

极端高温是制约东北农作区玉米生产的主要气象灾害之一.本文通过研究气候变暖背景下玉米不同生育时期内日最高温度大于30℃的积温(AT)和日最高温度大于30℃的天数(AD)的时空变化特征,分析了极端高温对东北农作区不同地区玉米生产的影响,并探讨了应对高温的对策.结果表明:1961—2010年,东北农作区玉米生育期内温度显著升高,开花期(花前花后20 d)最高温度明显大于其他生育时期,玉米全生育期、营养生长期(播种到开花前11 d)、花期和生育后期(开花后11 d到收获)4个时期日最高温度的气候趋向率分别为0.16、0.14、0.06和0.23℃·10 a-1.近50年东北农作区玉米全生育期AT明显增加,西南部地区的AT明显高于其他区域,营养生长期AT的增加趋势明显大于其他两个时期.玉米全生育期AD明显增加,高值区也主要集中在西南部地区,生育后期的AD的增加趋势大于其他两个生育时期.东北农作区玉米生育期内极端高温显著影响玉米生产,其中营养生长期的极端高温对玉米产量的不利影响十分显著,松辽平原地区玉米生产的高温风险明显大于其他地区.优化作物布局,培育耐高温品种,调整玉米生产管理措施,构建防灾减灾玉米生产体系是东北农作区玉米生产应对高温风险的有效措施.     

发菜磷酸葡糖胺变位酶(glmM)对干旱胁迫的响应及其基因克隆

glmM编码的磷酸葡糖胺变位酶是肽聚糖合成前体的关键酶。为探究发菜glmM响应干旱胁迫的表达调控机制及明确其分子信息,本研究对干旱胁迫条件下发菜glmM在转录水平的差异表达进行了分析,并对glmM的表达水平、磷酸化修饰、乙酰化修饰和琥珀酰化修饰水平进行了检测,克隆了发菜glmM,进行了序列分析和原核表达。结果表明,干旱胁迫条件下,发菜glmM在转录水平上的表达量先增加后减少,glmM上调表达,glmM的磷酸化修饰水平逐渐增加,乙酰化修饰水平相对稳定,琥珀酰化修饰水平有明显变化。设计特异性引物克隆glmM基因,获得全长1416 bp发菜glmM基因,与肺衣(5183)glmM的核苷酸序列同源性为95%,氨基酸同源性为97%。将glmM在大肠杆菌中表达,获得一个51.45 kD的外源蛋白,MALDI-TOF-TOF/MS分析证明该蛋白为磷酸葡糖胺变位酶。研究结果为深入研究发菜glmM的分子信息、生物学功能及其响应干旱胁迫的分子机制提供帮助。     

谷氨酸棒杆菌中基于CRISPR/Cas9的多位点碱基编辑系统的优化

作为新型的基因组编辑工具,碱基编辑技术结合了CRISPR/Cas系统的定位功能和碱基脱氨酶的编辑功能,可实现特定位点的碱基突变,具有不产生双链DNA断裂,无需外源模板且不依赖染色体DNA同源重组的优势.目前,研究者们已在重要的工业生产菌株谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)中开发了多种碱...     

多基因同步调控结合高通量筛选构建高产L-苯丙氨酸的谷氨酸棒杆菌工程菌株

L-苯丙氨酸（L-Phe）是重要的食品及医药中间体,但由于其生物合成途径较长且调控机制复杂,仅依靠质粒或者周期漫长的基因组逐轮改造,难以实现各个模块之间的通量平衡,在一定程度上限制了其产量的进一步提升。本研究将L-Phe生物合成途径中的7个携带组成型启动子PF11及核糖体结合位点（ribosome binding site, RBS）为GGGGGGGG的关键基因ppsA、tktA、aroFfbr、aroE、aroL、pheAfbr和tyrB,整合到谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）的基因组中;利用课题组前期研发的基于CRISPR/Cas系统和胞苷脱氨酶的无模板基因表达调控技术（base editor-targeted and template-free expression regulation, BETTER）,对每个关键基因的RBS进行同步编辑,生成富含G/A的RBS突变文库;利用前期开发的荧光蛋白型L-Phe生物传感器结合液滴微流控系统（droplet microfluidics）对RBS突变文库进行高通量筛选。最终,从大约7万个RBS突变文库中...     

三角叶滨藜的组织培养和植株再生

1　植物名称　三角叶滨藜 (Atriplextriangu laris)。2　材料类别　无菌苗的子叶。3　培养条件　培养基 :( 1 )MS + 6 BA 1mg·L- 1(单位下同 ) + 2 ,4 D 1 ;( 2 )MS + 6 BA 1 +NAA 1 ;( 3)MS + 6 BA 1 +IBA 1 ;( 4 )MS + 6 BA 1 +IAA1 ;( 5 )MS + 6 BA 0 .5 +IAA 0 .1 +GA 0 .2 ;( 6)MS + 6 BA 0 .5 +IAA 0 .4+GA 2 ;( 7)MS + 6 BA1 +IAA 0 .2 +GA 2 ;( 8)MS + 6 BA 1 +IAA 0 .4+GA 2 ;( 9) 1 /2MS +IAA 2 ;( 1 0 ) 1 /2MS。上述培养基 ( 1 )～ ( 4 )加CH(水解酪蛋白 ) 2 0 0、45 g·L- 1 蔗糖 ,( 5 )～ ( 8…     

综合多组学数据的肝细胞癌分层策略及进展

肝细胞癌（hepatocellular carcinoma,HCC）是最常见和致命的肝脏恶性肿瘤。这种疾病的治疗一直受到其异质性的阻碍,极大限制了其个性化治疗的进展。因此,将高度异质的HCC分成具有相似特征的分子亚类对其临床治疗有着重要意义。随着高通量技术的不断发展,多种组学数据的关联研究可以加深了解HCC发生背后的生物学机制,也为HCC分层研究打开了新的思路。本文对当前HCC多组学分层策略及其相关研究进行了综述,并总结了当前HCC亚型的多组学特征。     

谷氨酸棒杆菌中胞嘧啶碱基编辑工具的PAM拓展

碱基编辑是一种新兴的基因组编辑技术,具有不产生双键断裂、不依赖同源重组且不需要添加外源模板的优势,在真核及原核生物中得到了广泛的开发与应用。为了进一步扩展碱基编辑技术在谷氨酸棒杆菌中的基因组覆盖范围,本研究将3种PAM限制较为宽松的新型Cas9突变体应用于胞嘧啶碱基编辑工具中,分别为近乎PAMless的SpRY突变体（NRN>NYN PAM）、SpG突变体（NGN PAM）,以及ScCas9++蛋白（NNG PAM）,实现对碱基编辑工具的PAM拓展。结合SpRY突变体的碱基编辑系统展示出了更宽松的PAM识别,除对CAT、CAC、TAA PAM的位点完全没有编辑外,对其他NRN种类的PAM位点均出现了不同程度的识别,但整体编辑效率低,难以推广应用;结合SpG突变体的碱基编辑系统可实现对所有NGN种类PAM位点的编辑,且编辑效率优于SpRY突变体,但对NGG PAM位点的编辑,相比原始Cas9蛋白,编辑效率下降9.3%-55.9%;结合ScCas9++蛋白的碱基编辑系统,除对TCG、CTG PAM的基因组位点没有编辑外,可实现对其他测试NNG PAM的基因组位点编辑,大部分位点基因组...     

千渭之会国家湿地公园典型植物底泥真菌群落结构及功能研究

通过研究陕西省宝鸡市千渭之会国家湿地公园不同植被类型的底泥中真菌群落结构、多样性及功能差异,为千渭之会国家湿地公园水生植物的优化选择提供依据。以芦苇、香蒲、白茅、水葱、荷花等典型湿地植物底泥样本为研究对象,采用高通量测序技术对底泥样本DNA的ITS1片段进行基因测序,获取底泥中真菌群落结构组成并预测其功能信息,测定样本理化性质及酶活性。结果表明,测序共获得11 778个OTUs(Operational Taxonomic Units),划分为34个门、58个纲、134个目、244个科、599个属;真菌群落以子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)为主;芦苇底泥样品的真菌多样性最低;子囊菌门的相对丰度与蔗糖酶、磷酸酶活性呈显著正相关(P<0.05),担子菌门的相对丰度与总碳、总有机碳含量以及蔗糖酶活性呈显著正相关(P<0.05);底泥真菌群落主要包括3类营养型和6类互有交叉营养型功能菌群。探讨了湿地中不同植物群落的底泥中真菌群落结构、多样性以及潜在功能的差异,分析相关理化性质的影响,以期为筛选人工湿地植物、有效利用湿地资源和生态修复提供参考。