Multiplex gene precise editing and large DNA fragment deletion by the CRISPR-Cas9-TRAMA system in edible mushroom Cordyceps militaris

The medicinal mushroom Cordyceps militaris contains abundant valuable bioactive ingredients that have attracted a great deal of attention in the pharmaceutical and cosmetic industries. However, the development of this valuable mushroom faces the obstacle of lacking powerful genomic engineering tools. Here, by excavating the endogenous tRNA-processed element, introducing the extrachromosomal plasmid and alongside with homologous template, we develop a marker-free CRISPR-Cas9-TRAMA genomic editing system to achieve the multiplex gene precise editing and large synthetic cluster deletion in C. militaris. We further operated editing in the synthetases of cordycepin and ergothioneine to demonstrate the application of Cas9-TRAMA system in protein modification, promoter strength evaluation and 10 kb metabolic synthetic cluster deletion. The Cas9-TRAMA system provides a scalable method for excavating the valuable metabolic resource of medicinal mushrooms and constructing a mystical cellular pathway to elucidate the complex cell behaviours of the edible mushroom.     

Biocontrol: Endophytic bacteria could be crucial to fight soft rot disease in the rare medicinal herb,Anoectochilus roxburghii

Microbial destabilization induced by pathogen infection has severely affected plant quality and output, such as Anoectochilus roxburghii, an economically important herb. Soft rot is the main disease that occurs during A. roxburghii culturing. However, the key members of pathogens and their interplay with non-detrimental microorganisms in diseased plants remain largely unsolved. Here, by utilizing a molecular ecological network approach, the interactions within bacterial communities in endophytic compartments and the surrounding soils during soft rot infection were investigated. Significant differences in bacterial diversity and community composition between healthy and diseased plants were observed, indicating that the endophytic communities were strongly influenced by pathogen invasion. Endophytic stem communities of the diseased plants were primarily derived from roots and the root endophytes were largely derived from rhizosphere soils, which depicts a possible pathogen migration image from soils to roots and finally the stems. Furthermore, interactions among microbial members indicated that pathogen invasion might be aided by positively correlated native microbial members, such as Enterobacter and Microbacterium, who may assist in colonization and multiplication through a mutualistic relationship in roots during the pathogen infection process. Our findings will help open new avenues for developing more accurate strategies for biological control of A. roxburghii bacterial soft rot disease.     

Evolutionary history and climate conditions constrain the flower colours of woody plants in China

进化历史和气候条件共同影响中国木本植物花色的分布 本研究以中国木本植物为研究对象,主要探讨两个问题：(1)不同生活型物种花色组成的差异;(2)生物地理区、进化年龄和气候条件对不同花色地理分布格局的影响。研究使用7673种木本植物的物种分布数据和花色信息(分为白色、红色、黄色、黄绿色、绿色和蓝紫色),并结合属级系统进化树来比较不同生活型(包括灌木、乔木和藤本)物种花色组成的差异,分析不同生物地理区、进化年龄和现代气候对花色地理格局的影响。研究结果表明,与乔木和藤本植物相比,灌木具有更高比例 的由花青素着色的红色花和蓝紫色花物种。中国木本植物的花色地理格局受到区域效应和现代气候(尤其是降水和UVB辐射)的共同影响。倾向于蜂媒传粉的黄色花和蓝紫色花物种和由花青素着色、耐环境胁迫的红色花和蓝紫色花物种比例在中国西北部地区更高。绿色花物种的进化起源更早,但进化时间对花色地理格局的解释力很弱。这些结果说明中国木本植物花色的地理格局受到进化历史和现代环境的共同影响。     

Effects of biodiversity,stand factors and functional identity on biomass and productivity during the restoration of subtropical forests in Central China

恢复梯度上华中亚热带森林生物多样性、林分因子及功能特性对生物量、生产力的影响 草地群落上进行的控制实验大都发现生物多样性对生态系统功能有显著促进作用。然而,在天然林中,多样性与林分因子、群落功能特性的相对作用大小仍存在争议。本文在森林恢复梯度上,研究这3类因素对生物量和生产力的相对影响。我们在湖北神农架设置了处于不同恢复阶段的24块(600 m²)亚热 带森林样地,计算了林分生物量和生产力。选择5个关键的植物功能性状,并计算了群落的功能多样性(功能丰富度、功能均匀度和功能离散度)和性状的加权平均值(CWM)。使用一般线性模型(GLMs)、变异分离等方法探究林分因子(密度、林龄、群落最大树高等)、功能特性、物种和功能多样性对生物量和生产力的相对重要性。研究结果表明,随着森林恢复,林分生物量和生产力显著增加,群落物种丰富度显著增加,而功能离散度显著降低。变异分离结果表明,多样性对生物量和生产力的单独效应不显著,但可能通过与林分因子和功能特性的协同效应来影响生物量和生产力。总体而言,我们发现林分因子对亚热带森林生物量和生产力的影响最大,功能特性显著影响生产力,但不影响生物量。这些结果说明,在森林经营中,调整林分结构和群落物种特性是提高森林碳储量和固碳潜力的有效途径。     

Competition and abiotic stress affect the size of mangroves near their geographic range limit

竞争和非生物胁迫影响处于地理分布边界的红树植物的个体大小 关于红树植物竞争的研究大多局限于幼苗和人工林。我们首次对天然红树林中成年红树的种内竞争进行了控制实验研究,旨在检验竞争和非生物因子在决定红树植物个体大小中的相对重要性。研究样 地位于靠近红树林地理分布边界的美国德克萨斯州阿兰萨斯港(Port Aransas)附近区域。该区域的红树林由“灌丛”状的黑红树(萌芽白骨壤,Avicennia germinans)单一物种组成。我们对10个样方中原生红树 林进行疏伐,形成系列红树林覆盖度梯度,在2013–2019年期间观测各样方中红树植物的生长指标,量化分析红树林覆盖度对红树植物生长的影响;并于2019年调查了红树林的冠层高度。研究结果表明,在该研究期间,红树植物的相对生长速率随着红树林覆盖度的增加而降低,100%红树林覆盖度样方中的红 树植物大小几乎没有增长,说明它们已经达到了该红树林密度条件下的最大尺寸。在红树林覆盖度降低 的样方中,株高明显增加,在红树林覆盖度为11%的样方中,红树植物株高增加了约52%。对比临水岸 边和林内两种生境中的样方,处于临水岸边生境的红树林冠层高度比处于林内生境的高约30%,且这两 种生境的红树林冠层高度均随红树林覆盖度的增加而降低。叶片叶绿素含量和冠层光截留量的测定数据 显示,该区域红树植物的生长也受到氮限制的影响。由此表明,处于地理分布边界的“灌丛”状红树林一 方面受到营养的限制,另一方面红树植物种内个体间仍存在较为强烈的竞争,且种内竞争对红树植物生长的影响较该红树林内非生物生境因子更为重要。     

逆境胁迫下向日葵的耐受机制

向日葵作为我国五大油料作物之一,具有极高的食用价值和油用价值。向日葵在我国的种植分布集中在东北、西北和华北地区,时常面临着干旱、盐碱、温度和重金属胁迫的问题。主要综述了近年来向日葵面临的几种主要逆境胁迫的最新研究进展,以及在不同逆境胁迫下向日葵的耐受机制,并根据不同逆境胁迫筛选出了相应的抗逆向日葵品种,同时进行了生理差异和基因信息分析。通过阐明向日葵在逆境胁迫下的耐受机制,以期对向日葵高产育种及耐逆育种提供理论依据和指导方向。     

外来养殖鱼类的入侵风险评估及防控对策——以尼罗罗非鱼为例

[目的]筛选合适的指标建立一套外来养殖鱼类的生物入侵风险评估体系,并对外来养殖鱼类的生物入侵防控提出对策建议。[方法]通过文献资料的收集和整理,对外来养殖鱼类中典型入侵物种的入侵过程、影响危害和入侵生物学特性进行分析和归纳,从适应能力、繁殖能力、扩散能力3方面指示其入侵性;从对生物的影响和对环境的影响2方面指示其生态影响;从自然因素和人为因素2方面指示环境可入侵性,以上述3方面为框架进行评估体系构建。[结果]筛选20个指标构建了外来养殖鱼类的生物入侵风险评估体系,并举例说明该评估体系的应用。从法规政策、科学研究、治理技术和公众参与等4个方面针对性地提出外来养殖鱼类生物入侵风险防控对策。[结论]防范和治理入侵生物是一个系统工程。对于外来养殖鱼类的管理,既不能只考虑经济效益而置生态风险于不顾,也不能片面放大外来养殖良种的入侵风险。科学管控的关键在于完善制度建设、加强风险评估、发展防治手段、促进公众参与,使外来鱼类养殖业在严格受控的前提下发挥其经济效益,将其潜在的生态危害效应降到最低。