Assembly of yield heterosis of an elite rice hybrid is promising by manipulating dominant quantitative trait loci

In the past, rice hybrids with strong heterosis have been obtained empirically, by developing and testing thousands of combinations. Here, we aimed to determine whether heterosis of an elite hybrid could be achieved by manipulating major quantitative trait loci. We used 202 chromosome segment substitution lines from the elite hybrid Shanyou 63 to evaluate single segment heterosis (SSH) of yield per plant and identify heterotic loci. All nine detected heterotic loci acted in a dominant fashion, and no SSH exhibited overdominance. Functional alleles of key yield-related genes Ghd7, Ghd7.1, Hd1, and GS3 were dispersed in both parents. No functional alleles of three investigated genes were expressed at higher levels in the hybrids than in the more desirable parents. A hybrid pyramiding eight heterotic loci in the female parent Zhenshan 97 background had a comparable yield to Shanyou 63 and much higher yield than Zhenshan 97. Five hybrids pyramiding eight or nine heterotic loci in the combined parental genome background showed similar yield performance to that of Shanyou 63. These results suggest that dominance underlying functional complementation is an important contributor to yield heterosis and that heterosis assembly might be successfully promised by manipulating several major dominant heterotic loci.     

民勤绿洲—荒漠过渡带植物叶性状的研究

以民勤绿洲—荒漠过渡带20种主要植物为研究对象,通过对叶片6个功能性状的测定,分析荒漠植物叶性状的变异及相关性,比较不同功能群植物叶性状的差异性,探讨荒漠植物对环境的适应性,为该地区植被的恢复和重建提供理论依据。结果表明：①叶性状存在种间差异且变异程度不同,变异范围为14.11%~47.63%,叶绿素含量（ChlC）变异系数最大,叶片全氮含量（LCC）变异系数最小。②叶干物质含量（LDMC）与ChlC、LCC均呈极显著正相关（P＜0.01）,ChlC与LCC呈极显著正相关（P＜0.01）,其他叶性状间相关性不显著。③不同功能群植物叶性状存在显著差异。其中,豆科植物叶片LDMC、ChlC、LCC极显著高于藜科植物（P＜0.01）。草本植物叶片比叶面积（SLA）极显著高于灌木植物叶片（P＜0.01）。一年生植物叶片SLA、LNC显著高于多年生植物（P＜0.05）;多年生植物叶片LDMC极显著高于一年生植物（P＜0.01）;多年生植物叶片C含量显著高于一年生植物（P＜0.05）。C₃植物叶片LDMC、ChlC显著高于C₄植物（P＜0.05）;C₄植物叶片δ¹³C极显著高于C₃植物 （P＜0.01）;C₃植物叶片LCC极显著（P＜0.01）高于C₄植物。     

适合度的相对性与路径依赖的自然选择

自然选择理论认为生物个体或者种群在进化的过程中, 其基因或者性状、行为策略的选择一定是能够提高其适合度或者达到某个可期的“目标”。然而, 随着某个突变基因或者性状特征、行为策略在种群中扩散, 其期望收益将随着其在种群中分布的密度变化或环境改变而发生改变, 这就是适合度景观的悖论, 即静态的、固定可期望的收益可能因此而不存在。基于动态而非静态适合度景观的概念, 我们提出路径依赖的自然选择概念。路径依赖的自然选择过程中, 一个突变的基因或表型在某种环境下随机产生, 但是该基因或表型在某些特定环境下会产生正反馈。尤其是在正反馈与随机漂变的共同作用下, 多条路径的演化就可能发生, 并且其路径的形成将同时受到其种群进化历史过程和空间特征分布等因素的强烈影响。而在不同路径下, 由于观测维度、角度和尺度的不同, 适合度意义将因此而存在不同。在此意义下, 自然选择更可能选择路径频率而不是适合度大小。基于上述概念, 我们借鉴现代物理学中复函数的方法, 来描述多重动力对物种形成或者生物特征、种群进化等路径依赖的演化过程, 以期为同域物种、隐存种形成以及生物多样性演化提供解释机制。     

中国梭梭属植物历史分布格局及其驱动机制

梭梭属(Haloxylon)植物是藜科的古老孑遗物种, 探究末次间冰期(last interglacial period, LIG)和末次盛冰期(last glacial maximum period, LGM)以来中国梭梭属植物的历史地理分布格局及其驱动机制, 对了解气候变化背景下旱生植物区系的发展与演化具有重要意义。本研究利用梭梭属85个自然分布点数据(60条梭梭(Haloxylon ammodendron)分布记录、25条白梭梭(H. persicum)分布记录)和2套环境因子数据, 整合GIS空间分析和9种物种分布模型, 分析了梭梭属末次间冰期以来的地理分布格局变化及其驱动机制。基于62个梭梭属种群的叶绿体基因测序数据, 利用最小成本路径方法, 模拟了末次间冰期以来梭梭属可能的扩散路径。利用R软件prcomp函数对影响梭梭属分布的环境变量进行主成分分析(principal component analysis, PCA), 评价了环境变量对梭梭属适宜分布的贡献, 并分析了关键变量与分布适宜性的相关性。结果表明: (1)集成模型的模拟精度较单一模型显著提升, 且对白梭梭的模拟精度高于梭梭; (2)末次间冰期以来, 梭梭属植物的分布均经历了显著收缩和冰后期扩张, 末次间冰期至末次盛冰期时期, 在准噶尔盆地、塔里木盆地西部广泛分布的梭梭大面积向西退缩至避难所(准噶尔盆地西北缘和塔里木盆地西北缘); 白梭梭从准噶尔盆地、塔里木盆地西端向南退缩至避难所(准噶尔盆地南缘); 末次盛冰期至今, 梭梭向东沿甘肃北部扩张直至内蒙古西部阿拉善荒漠, 白梭梭向东北方向小范围扩张, 占据了准噶尔盆地西部和南缘; (3)末次间冰期以来的气候波动对梭梭属植物的分布存在较大限制, 降水因子主导了梭梭属适宜分布面积的变化, 温度因子影响了梭梭属分布适宜性的高低。     

中国西藏种子植物区系新资料

本文报道了采自西藏喜马拉雅南坡的8个中国种子植物新记录种以及1个西藏新记录属。前者分别是吉隆牛奶菜(Marsdenia roylei)、塔基棕榈(Trachycarpus takil)、喀西蜂斗草(Sonerila khasiana)、旋花锡生藤(Cissampelos convolvulacea)、吉隆角盘兰(Herminium edgeworthii)、尼泊尔西番莲(Passiflora napalensis)、椭穗姜花(Hedychium ellipticum)和藏南象牙参(Roscoea brandisii); 1个西藏新记录属为箭药藤属(Belostemma) (箭药藤 Belostemma hirsutum)。凭证标本存放于中国科学院西双版纳热带植物园标本馆(HITBC)和西藏自治区高原生物研究所标本室(XZ)。     

干扰素通路调控与自身免疫疾病

干扰素信号通路是细胞抵抗病原微生物侵染的重要防线。通过识别病源相关模式分子、激活下游通路,干扰素的表达被显著上调并分泌于细胞外,作用于自身和周围细胞,引发众多下游基因的转录激活。这些基因产物直接参与抗侵染过程或调控机体免疫反应。干扰素信号通路需要被正确调控,其异常激活会导致炎症和自身免疫疾病的发生。正确地识别“自己”和“非己”分子是首要的一步。鉴于干扰素通路所抵抗的微生物侵染中,核酸分子是重要的免疫原性分子,内源性核酸分子的代谢调控显得尤为重要。细胞编码一系列参与核酸代谢的酶,这些蛋白质功能的发挥对保持细胞核酸稳态至关重要。以单基因突变引发的自身免疫疾病Aicardi-Goutières综合征为例,目前发现9种基因可突变致病,均来自DNA代谢相关的和RNA代谢相关的基因。尽管这9种基因突变都导致干扰素通路的异常激活,但中间所依赖的参与蛋白并不相同。可见,同样症状的疾病,其致病机理也可能不同,这也将影响有效治疗方案的确定,凸显基因检测在诊治自身免疫疾病中的必要性。本综述通过阐述细胞内环境稳态对干扰素通路正确识别“自己”和“非己”的重要作用,帮助理解自身免疫疾病的发病机理。     

Cell-penetrating peptide-mediated transfection of proteins into tissues of Arabidopsis and Chinese cabbage

In Vitro Cellular & Developmental Biology - Plant - Cell-penetrating peptides (CPPs) are a class of short peptides, which have the ability of intracellular delivery. CPPs can also be used as an...     

Characteristics of replication and pathogenicity of SARS-CoV-2 Alpha and Delta isolates

The continuously arising of SARS-CoV-2 variants has been posting a great threat to public health safety globally, from B.1.17 (Alpha), B.1.351 (Beta), P.1 (Gamma), B.1.617.2 (Delta) to B.1.1.529 (Omicron). The emerging or reemerging of the SARS-CoV-2 variants of concern is calling for the constant monitoring of their epidemics, pathogenicity and immune escape. In this study, we aimed to characterize replication and pathogenicity of the Alpha and Delta variant strains isolated from patients infected in Laos. The amino acid mutations within the spike fragment of the isolates were determined via sequencing. The more efficient replication of the Alpha and Delta isolates was documented than the prototyped SARS-CoV-2 in Calu-3 and Caco-2 cells, while such features were not observed in Huh-7, Vero E6 and HPA-3 cells. We utilized both animal models of human ACE2 (hACE2) transgenic mice and hamsters to evaluate the pathogenesis of the isolates. The Alpha and Delta can replicate well in multiple organs and cause moderate to severe lung pathology in these animals. In conclusion, the spike protein of the isolated Alpha and Delta variant strains was characterized, and the replication and pathogenicity of the strains in the cells and animal models were also evaluated.