Atg3 promotes Atg8 lipidation via altering lipid diffusion and rearrangement

Atg3‐catalyzed transferring of Atg8 to phosphatidylethanolamine (PE) in the phagophore membrane is essential for autophagy. Previous studies have demonstrated that this process requires Atg3 to interact with the phagophore membrane via its N‐terminal amphipathic helix. In this study, by using combined biochemical and biophysical approaches, our data showed that in addition to binding to the membranes, Atg3 attenuates lipid diffusion and enriches lipid molecules with smaller headgroup. Our data suggest that Atg3 promotes Atg8 lipidation via altering lipid diffusion and rearrangement.     

Uncovering the evolutionary origin of blue anthocyanins in cereal grains

Functional divergence after gene duplication plays a central role in plant evolution. Among cereals, only Hordeum vulgare (barley), Triticum aestivum (wheat) and Secale cereale (rye) accumulate delphinidin‐derived (blue) anthocyanins in the aleurone layer of grains, whereas Oryza sativa (rice), Zea mays (maize) and Sorghum bicolor (sorghum) do not. The underlying genetic basis for this natural occurrence remains elusive. Here, we mapped the barley Blx1 locus involved in blue aleurone to an approximately 1.13 Mb genetic interval on chromosome 4HL, thus identifying a trigenic cluster named MbHF35 (containing HvMYB4H, HvMYC4H and HvF35H). Sequence and expression data supported the role of these genes in conferring blue‐coloured (blue aleurone) grains. Synteny analyses across monocot species showed that MbHF35 has only evolved within distinct Triticeae lineages, as a result of dispersed gene duplication. Phylogeny analyses revealed a shared evolution pattern for MbHF35 in Triticeae, suggesting that these genes have co‐evolved together. We also identified a Pooideae‐specific flavonoid 3′,5′‐hydroxylase (F3′5′H) lineage, termed here Mo_F35H2, which has a higher amino acid similarity with eudicot F3′5′Hs, demonstrating a scenario of convergent evolution. Indeed, selection tests identified 13 amino acid residues in Mo_F35H2 that underwent positive selection, possibly driven by protein thermostablility selection. Furthermore, through the interrogation of barley germplasm there is evidence that HvMYB4H and HvMYC4H have undergone human selection. Collectively, our study favours blue aleurone as a recently evolved trait resulting from environmental adaptation. Our findings provide an evolutionary explanation for the absence of blue anthocyanins in other cereals and highlight the importance of gene functional divergence for plant diversity and environmental adaptation.     

使用动态分子开关调控大肠杆菌生产莽草酸

莽草酸是大肠杆菌合成芳香族氨基酸的中间代谢物,也是抗流感药物"达菲"的重要合成前体。合成莽草酸需要截断莽草酸途径,导致芳香族氨基酸无法合成,因此面临细胞生长受到抑制的问题。使用动态调控策略通过将细胞生长和莽草酸的合成相互分离,可以提高菌株的生产性能。通过使用生长偶联型启动子和降解决定子(Degrons),组建动态分子开关。利用该动态分子开关实现细胞生长与莽草酸合成分离,在5L发酵罐中经过72h发酵得到了14.33g/L的莽草酸。结果表明,这种动态分子开关可以通过调控靶蛋白丰度来改变碳流量平衡,使菌株获得更优秀的生产性能。     

低海拔地区黑苦荞酚类物质含量、组成及抗氧化活性研究

为探究黑苦荞的市场利用价值,该研究选择种植于湖北江汉平原低海拔地区的川荞1号和九江苦荞作为材料,分析苦荞籽粒中游离酚、结合酚、总酚、游离黄酮、结合黄酮和总黄酮的含量,利用DPPH自由基法、ABTS自由基法和铁离子还原抗氧化法(FRAP)三种抗氧化测试模型综合评价其体外抗氧化活性,并运用高效液相色谱(HPLC)技术对其酚类物质的组成进行鉴定。结果表明:(1)川荞1号籽粒的总酚和总黄酮含量显著高于九江苦荞,分别为27.38 mg GAE·g~(-1)DW、31.46 mg RE·g~(-1)DW和12.71 mg GAE·g~(-1)DW、14.68 mg RE·g~(-1)DW;其中游离酚与游离黄酮含量显著高于结合酚与结合黄酮含量,均占总酚和总黄酮含量的79%以上,且九江苦荞中结合酚和结合黄酮的含量高于川荞1号。(2)苦荞籽粒中酚类物质主要由芦丁、槲皮素、表儿茶素、山奈酚、山奈酚-3-芸香糖苷和槲皮素-3-O-芸香糖苷-3'-O-吡喃葡萄糖苷等黄酮类化合物组成,其中游离酚以芦丁和槲皮素为主,结合酚以表儿茶素和芦丁为主。(3)苦荞籽粒提取物均具有一定的抗氧化活性,黑苦荞川荞1号游离态DPPH、ABTS和FRAP抗氧化能力值分别为30.14、11.03、18.84 mg TE·g~(-1)DW,高于九江苦荞,而结合态三种抗氧化能力值低于九江苦荞,但黑苦荞川荞1号总抗氧化能力显著高于九江苦荞。在低海拔地区江汉平原,种植的黑苦荞川荞1号籽粒具有较高含量的酚类物质,符合后续的食品加工的生产要求,市场开发前景广阔。     

未来气候变化情景下河南省粮食安全气候承载力评估

为探究未来气候变化对河南省粮食生产的影响,基于夏玉米和冬小麦两种主粮作物的生产潜力和气候资源承载力,结合1961—2017年河南省111个气象站的观测数据以及区域气候模式输出的2041—2080年RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下的气象资料,采用农业生态区域法(AEZ模型)计算了河南省气候生产潜力及其变化特征,并根据不同生活水平下的粮食需求指标,分析了河南省的气候承载力和剩余空间。结果表明: 1961—2017年,河南省夏玉米气候生产潜力平均为18408.87 kg·hm^-2,表现为中东部高、西部低;与基准时段(1981—2010年)相比,RCP4.5和RCP8.5情景下分别下降13.0%和8.0%,高值中心由豫东地区向豫西南地区转移。1961—2017年,冬小麦气候生产潜力平均值为10889.79 kg·hm^-2,呈中部高、北部低;与基准时段相比,RCP4.5和RCP8.5情景下分别减少18.6%、21.7%。当前,在温饱水平和小康水平粮食需求条件下,最大气候资源承载力分别平均养活人口2.52亿和1.83亿。2070s(2071—2080年)最大气候资源承载力平均养活人口有所减少,与基准时段相比,RCP4.5情景下小康水平和温饱水平分别下降9.7%和18.4%,RCP8.5情景下小康水平和温饱水平分别下降7.7%和16.6%。当前气候条件下,河南省气候资源相对剩余率在-93.0%～356.9%,与基准时段相比,未来气候资源相对剩余率减少近40%。     

特异性适应稻作系统的稗草种群生活史特性

长期进行除草剂药效试验可能会导致田间杂草种群发生适应性进化。本研究在安徽南陵县除草剂药效试验专用稻田中采集了1个稗草种群A,并以从常规稻田采集的3个稗草种群为对照,开展同质园栽培试验。结果表明: 与3个对照种群相比,A种群稗草植株的单株种子产量显著减少,种子千粒重显著增加,幼苗生长速率显著加快,结实分蘖数显著增多,生育期显著缩短;A种群稗草成株的株高、生物量及对除草剂五氟磺草胺的敏感性均显著降低。A种群稗草幼苗3～4叶期时经五氟磺草胺推荐剂量2倍量(有效成分60 g·hm^-2)处理后,其株高、生物量及成熟种子产量(平均每株1066粒)显著降低,而抽穗期、结实分蘖数、单个总状花序的种子数及种子千粒重无显著差异。因此,种子较重、生活史周期短、植株矮小、结实分蘖多及对除草剂五氟磺草胺具有抗药性,使得A种群稗草对稻作系统具有特异适应性,应防止此类种群扩散至常规稻田。     

泰国蒙河流域水沙变化趋势及影响因素

水沙变化是影响泰国社会经济发展的重要因素。基于湄公河支流蒙河流域下游乌汶水文站1980—2014年径流量和输沙量监测数据,运用线性回归、Mann-Kendall及小波变化等方法分析了水沙序列的演变规律,探讨了流域水沙变化的驱动力。结果表明: 研究期间,蒙河流域年径流量呈微弱增加趋势,输沙量呈减少趋势;2000年以前,输沙量与径流量保持同步变化,但2000年以来输沙量显著减少;汛期径流量和输沙量均呈下降趋势。水沙突变点的发生年份不完全一致,径流量的突变点分别发生在1999、2006和2011年,而输沙量的突变点为1986、1999和2011年。径流量变化的主周期依次为14、8和4年,输沙量的主周期依次为32、12、9及4年,除输沙量32年变化周期外,水沙变化周期基本一致,均与南方涛动、地极移动、太阳黑子活动等因素有关。月径流量与输沙量具有显著的相关关系。海-气作用和人类活动是流域水沙变化的重要影响因素。厄尔尼诺和拉尼娜与流域降雨关系密切,并直接影响流域水沙变化。2000年以来,流域内建设用地面积增加,林地面积减少,流域产流能力提高,而水库大坝的建设导致流域汛期径流量和输沙量减少,抵消了林地减少对输沙量增加的影响。     

生物炭配施氮肥对典型黄河故道区土壤理化性质和冬小麦产量的影响

探讨典型黄河故道区生物炭配施氮肥对耕层土壤理化性质和作物产量的影响,阐明生物炭配施氮肥后土壤碳氮含量和理化性质的变化规律,可为合理培肥土壤、提升耕地质量、提高冬小麦产量提供科学依据。本研究以黄河故道典型区域潮土和中性生物炭为供试材料,连续两年进行田间定位试验,开展不同生物炭用量(0、15、30 t·hm^-2)配施氮肥(N 270、330 kg·hm^-2)对土壤理化性质的影响研究。结果表明: 生物炭施入2年后,土壤广义土壤结构指数(GSSI)增大、土壤三相结构距离指数(STPSD)减小,显著改善了土壤三相比,其中在30 t·hm^-2施炭量条件下土壤三相比最接近理想状态;土壤紧实度和容重降低,土壤总孔隙度和毛管孔隙度增加,田间持水量和透水透气性增大,土壤板结状况得到缓解;>0.25 mm粒径团聚体显著增加(增幅70.6%～94.4%),团聚体平均重量直径(MWD)增大(增幅24.0%～48.0%),土壤团聚体结构得到改善。施加生物炭可显著增加土壤有机碳含量(增幅15.8%～67.0%),并可调节土壤C/N,降低氮素释放强度,提高氮肥利用率,显著增加土壤肥力,但未提高土壤pH值,其中10～20 cm土层土壤pH值呈显著下降趋势。在相同施氮条件下,施用生物炭比不施用处理的冬小麦产量2年平均增加9.6%～25.6%,增产效果显著;在相同生物炭施用量下,高氮处理比常规氮处理的冬小麦平均增产2.5%～4.4%,但差异不显著。综上,生物炭配施氮肥能够改善土壤微生态环境,提高土壤肥力,增加作物产量。从改善土壤理化性质、作物增产效果和投入成本等方面综合考虑,推荐在黄河故道区耕作层施入生物炭30 t·hm^-2并配施氮肥330 kg·hm^-2较为适宜。     

中国植被分类系统修订方案

为了推动《中国植被志》研编工作, 该文回顾了中国植被分类系统的发展过程和主要阶段性成果, 提出了作为《中国植被志》研编技术框架组成部分的中国植被分类系统修订方案, 对各植被型组及各植被型进行了简单定义和描述, 并针对中国植被分类系统若干问题, 特别就中国植被分类系统总体框架、混交林的界定以及土壤在植被分类中的重要性等问题进行了讨论。1960年侯学煜在《中国的植被》中首次提出了中国植被分类的原则和系统, 1980年出版的《中国植被》制定了分类等级和划分依据等更加完善的系统, 之后《中国植被及其地理格局——中华人民共和国1:1 000 000植被图说明书》和《中国植物区系与植被地理》以及很多省区的植被专著对该系统进行过修订。2017年宋永昌在《植被生态学》中提出了一个分类等级单位调整的方案。本次提出的中国植被分类系统修订方案基本沿用《中国植被》的植被分类原则、分类单位及系统, 采用“植物群落学-生态学”分类原则, 主要以植物群落特征及其与环境的关系作为分类依据, 包含三级主要分类单位, 即植被型(高级单位)、群系(中级单位)和群丛(低级单位); 在三个主要分类单位之上分别增加辅助单位植被型组、群系组和群丛组, 在植被型和群系之下主要根据群落的生态差异和实际需要可再增加植被亚型或亚群系。修订方案包含了森林、灌丛、草本植被(草地)、荒漠、高山冻原与稀疏植被、沼泽与水生植被(湿地)、农业植被、城市植被和无植被地段9个植被型组, 划分为48个植被型(含30个自然植被型、12个农业植被型、5个城市植被型和无植被地段)。自然植被中有23个植被型进一步划分出了81个植被亚型。