1月16日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院召開2023年院工作會議。會上，發(fā)布2022年中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)10項(xiàng)。
1.幾丁質(zhì)定向生物合成的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)
（Structural basis for directional chitin biosynthesis）
?。?a target="_blank">植物保護(hù)研究所，陳威，第一作者；楊青，通訊作者）
?。ㄆ诳篘ATURE，影響因子：69.504，學(xué)科排名：1/74）
幾丁質(zhì)生物合成對農(nóng)業(yè)病蟲害的生存和繁殖至關(guān)重要，其關(guān)鍵反應(yīng)由幾丁質(zhì)合成酶催化完成。該研究以大豆疫霉菌的幾丁質(zhì)合成酶PsChs1為研究對象，揭示了“門鎖”控制的底物結(jié)合、幾丁質(zhì)鏈的延伸、轉(zhuǎn)運(yùn)和釋放的定向合成過程，以及幾丁質(zhì)合成酶被天然產(chǎn)物尼克霉素抑制的機(jī)制。該研究首次從原子尺度闡明了從寒武紀(jì)開始就已經(jīng)存在的幾丁質(zhì)生物合成機(jī)制，為靶向幾丁質(zhì)合成酶的綠色農(nóng)藥開發(fā)提供了基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性信息，具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。
大豆疫霉幾丁質(zhì)合成酶PsChs1的三維結(jié)構(gòu)
幾丁質(zhì)生物合成的模型
天然產(chǎn)物尼克霉素抑制幾丁質(zhì)合成酶的機(jī)制
2.圖泛基因組捕捉番茄缺失的遺傳力并為育種賦能
?。℅raph pangenome?captures?missing?heritability?and?empowers?tomato?breeding）
（深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所，周姚，第一作者；黃三文，通訊作者）
?。ㄆ诳篘ATURE，影響因子：69.504，學(xué)科排名：1/74）
“遺傳力丟失”是指通過遺傳標(biāo)記估計(jì)的遺傳力以及通過全基因組關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)的所有相關(guān)基因所貢獻(xiàn)的遺傳力總和低于通過家系估計(jì)的實(shí)際遺傳力。該研究以番茄為模式生物，結(jié)合圖泛基因組和新開發(fā)的基于多組學(xué)的關(guān)聯(lián)分析流程，從不完全連鎖、等位基因異質(zhì)性和位點(diǎn)異質(zhì)性等三個(gè)方面找回“丟失的遺傳力”。研究進(jìn)一步證明，找回“丟失的遺傳力”，可從分子標(biāo)記輔助選擇和基因組選擇等方面促進(jìn)番茄風(fēng)味育種。
番茄基因組和圖泛基因組
遺傳變異對遺傳力的貢獻(xiàn)
番茄圖泛基因組研究布局
黃三文研究員與其科研團(tuán)隊(duì)成員在番茄大棚內(nèi)觀察實(shí)驗(yàn)樣本
3.野生與栽培馬鈴薯的基因組進(jìn)化與多樣性
?。℅enome evolution and diversity of wild and cultivated potatoes）
（深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所，唐蝶，第一作者；黃三文，通訊作者）
?。ㄆ诳篘ature，影響因子：69.504，學(xué)科排名：1/74）
該研究解析了栽培和野生馬鈴薯的遺傳多樣性和復(fù)雜演化史。發(fā)現(xiàn)與依賴種子繁殖的近源物種相比，依賴薯塊無性繁殖的馬鈴薯抗病基因數(shù)量顯著擴(kuò)張；通過多組學(xué)比較分析，發(fā)現(xiàn)了在調(diào)控馬鈴薯塊莖發(fā)育過程中發(fā)揮核心功能的薯塊身份基因IT1；構(gòu)建了馬鈴薯倒位圖譜，為育種過程中排除連鎖累贅提供了思路。
茄屬植物的地理分布與種系發(fā)生
馬鈴薯抗性基因的進(jìn)化
黃三文研究員及其科研團(tuán)隊(duì)成員于實(shí)驗(yàn)田收獲馬鈴薯
4.轉(zhuǎn)錄因子OsDREB1C可協(xié)同實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)和早熟
(A transcriptional regulator that boosts grain yields and shortens the growth duration of rice)
（作物科學(xué)研究所，魏少博，第一作者；周文彬，通訊作者）
?。ㄆ诳篠CIENCE，影響因子：63.832，學(xué)科排名：2/120）
該研究鑒定到一個(gè)受光和低氮誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子OsDREB1C，可協(xié)同調(diào)控光合作用效率、氮素利用效率及抽穗期等生理過程；增強(qiáng)該基因表達(dá)可實(shí)現(xiàn)水稻田間產(chǎn)量提高30%以上，同時(shí)縮短生長周期；此外，OsDREB1C在小麥等不同物種中均具有高產(chǎn)早熟的保守性功能。該研究通過單一基因?qū)Χ鄠€(gè)重要生理途徑的聚合調(diào)控實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的突破，為未來作物育種以及作物生產(chǎn)方式變革、實(shí)現(xiàn)作物大幅度增產(chǎn)以及資源高效利用提供了重要的基因資源，創(chuàng)新了作物高產(chǎn)理論，對保障國家糧食和生態(tài)安全具有重要意義。
過表達(dá)OsDREB1C促進(jìn)水稻高產(chǎn)早熟
OsDREB1C協(xié)同調(diào)控產(chǎn)量和生育期
周文彬研究員及其科研團(tuán)隊(duì)成員在觀察水稻生長情況
5.高質(zhì)量豌豆參考基因組和泛基因組揭示基因組結(jié)構(gòu)和進(jìn)化特征
?。↖mproved pea reference genome and pan-genome highlight genomic features and evolutionary characteristics）
（作物科學(xué)研究所，楊濤，第一作者；宗緒曉，通訊作者）
?。ㄆ诳篘ATURE GENETICS，影響因子：41.307，學(xué)科排名：2/175）
該研究組裝并解析了中國豌豆主栽品種“中豌6號”的基因組，解決了長期以來豌豆基因組精細(xì)物理圖譜組裝難題。揭示了豌豆基因組結(jié)構(gòu)和進(jìn)化的獨(dú)特特征，發(fā)掘了一批與粒型、株高等孟德爾性狀和重要農(nóng)藝性狀相關(guān)的位點(diǎn)和基因，構(gòu)建了栽培和野生豌豆泛基因組，展示了豌豆近緣野生種和地方品種作為未來豌豆育種改良資源的巨大潛力。高質(zhì)量的參考基因組和泛基因組為豌豆起源馴化、基因挖掘、種質(zhì)創(chuàng)新和育種改良以及豆科植物比較基因組學(xué)研究提供了重要借鑒和寶貴資源。
豌豆基因組的重要特征
116個(gè)代表性栽培和野生豌豆的泛基因組分析結(jié)果
宗緒曉研究員及其科研團(tuán)隊(duì)成員
6.甘藍(lán)型油菜產(chǎn)量持續(xù)提升的遺傳基礎(chǔ)
?。℅enetic basis underpins continuous yield increasing in rapeseed）
?。?a target="_blank">油料作物研究所，胡繼宏，第一作者；伍曉明，通訊作者）
?。ㄆ诳篘ature Genetics，影響因子：41.376，學(xué)科排名：2/175）
油菜是我國最大油料作物，單產(chǎn)近70年提升了近4倍。該研究首次發(fā)現(xiàn)我國甘藍(lán)型油菜基因組經(jīng)歷了適應(yīng)性和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)選擇兩個(gè)過程，通過對控制發(fā)育節(jié)律、株型、光合作用、產(chǎn)量和抗逆等有益基因的多方位和持續(xù)性選擇，推動了適應(yīng)性和產(chǎn)量的提升；同時(shí)發(fā)掘出控制56個(gè)育種性狀的遺傳位點(diǎn)或基因628個(gè)，包括功能得到驗(yàn)證的粒重新基因BnRRF。研究揭示了油菜產(chǎn)量持續(xù)提升的遺傳基礎(chǔ)，為進(jìn)一步提升油菜產(chǎn)能奠定了重要的理論、技術(shù)和基因資源基礎(chǔ)。
甘藍(lán)型油菜現(xiàn)代育種中的全基因組選擇位點(diǎn)及關(guān)聯(lián)位點(diǎn)
甘藍(lán)型油菜基因組變異及重要性狀基因位點(diǎn)分布
伍曉明研究員及其科研團(tuán)隊(duì)成員在進(jìn)行油菜性狀調(diào)查
7.H7N9禽流感病毒對人致死性感染的分子機(jī)制
?。℉7N9 virus infection triggers lethal cytokine storm by activating gasdermin?E-mediated?pyroptosis?of?lung?alveolar?epithelial?cells）
?。?a target="_blank">哈爾濱獸醫(yī)研究所，萬曉朋，第一作者；陳化蘭，通訊作者）
?。ㄆ诳篘ational Science Review，影響因子：23.178，多學(xué)科科學(xué)排名：4/73）
該研究發(fā)現(xiàn)，H7N9病毒在肺臟高效復(fù)制時(shí)可活化肺泡上皮細(xì)胞內(nèi)caspase-3，使其高效剪切肺泡上皮細(xì)胞內(nèi)大量存在的GSDME分子，剪切后的GSDME分子N段結(jié)構(gòu)域?qū)Ψ闻萆掀ぜ?xì)胞膜打孔，使其發(fā)生“焦亡”，進(jìn)而引發(fā)細(xì)胞因子風(fēng)暴；并發(fā)現(xiàn)GSDME敲除小鼠可抵抗H7N9病毒的致死性感染而全部存活。研究揭示了GSDME介導(dǎo)的肺上皮細(xì)胞焦亡是H7N9病毒誘發(fā)肺“細(xì)胞因子風(fēng)暴”導(dǎo)致死亡的獨(dú)特機(jī)制，提示可通過阻斷GSDME分子切割的策略治療H7N9病毒感染，為H7N9病毒感染高效治療藥物研發(fā)提供了全新思路。
H7N9病毒感染肺泡細(xì)胞引起caspase-3活化和GSDME切割
H7N9病毒感染肺泡細(xì)胞引起GSDME介導(dǎo)的焦亡
GSDME敲除小鼠中H7N9禽流感病毒復(fù)制和毒力均顯著下降
8.磷鐵養(yǎng)分信號拮抗互作調(diào)控分子模塊
?。ˋ reciprocal inhibitory module for Pi and iron signaling）
（農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，阮文淵，第一作者；易可可，通訊作者）
?。ㄆ诳篗olecular Plant，影響因子：21.949，學(xué)科排名：3/239）
我國大面積黃紅壤磷鐵養(yǎng)分不均衡，易造成作物缺磷及鐵毒害的雙重風(fēng)險(xiǎn)；而磷鐵養(yǎng)分的相互拮抗進(jìn)一步制約了作物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，危及國家糧食安全。該研究首次發(fā)現(xiàn)磷養(yǎng)分信號中心調(diào)控因子PHRs和鐵養(yǎng)分信號核心調(diào)控因子HRZs共同介導(dǎo)了磷鐵養(yǎng)分信號的拮抗互作過程，從而適應(yīng)土壤不同的磷鐵養(yǎng)分狀況，以保證作物正常的磷鐵養(yǎng)分需求。對磷鐵養(yǎng)分信號拮抗轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的解析，為通過分子育種手段解決我國黃紅壤耕地磷鐵養(yǎng)分不均衡問題提供了新思路。
黃紅壤磷低鐵高嚴(yán)重抑制作物產(chǎn)量（圖片來源：地質(zhì)調(diào)查科普網(wǎng)）
磷鐵養(yǎng)分拮抗互作調(diào)控工作模型
易可可研究員及其團(tuán)隊(duì)
9.畜禽養(yǎng)殖業(yè)綜合減排措施可以實(shí)現(xiàn)正的環(huán)境健康效益
?。↖ntegrated livestock sector nitrogen pollution abatement measures could generate net benefits for human and ecosystem health in China ）
?。?a target="_blank">農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，朱志平，第一作者；董紅敏，通訊作者）
?。ㄆ诳篘ature Food，影響因子：20.961，學(xué)科排名：1/144）
該研究首次構(gòu)建了畜禽養(yǎng)殖業(yè)環(huán)境污染核算方法，建立了高分辨率的養(yǎng)殖布局和畜禽養(yǎng)殖污染狀況分布圖，探明了我國畜禽養(yǎng)殖污染產(chǎn)生和排放的時(shí)間和空間變化特征；并提出通過養(yǎng)殖業(yè)的空間布局優(yōu)化、廢棄物利用政策實(shí)施、提升畜牧業(yè)系統(tǒng)氮素利用效率、提高畜禽廢棄物循環(huán)利用率等，可驅(qū)動區(qū)域農(nóng)業(yè)養(yǎng)分循環(huán)，顯著降低環(huán)境污染和養(yǎng)分損失。相關(guān)技術(shù)和政策的投入產(chǎn)出比可達(dá)1:5，有效改善生態(tài)環(huán)境和人的健康，實(shí)現(xiàn)正的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。
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不同減排情景的減排效果和環(huán)境健康效益
董紅敏研究員與科研團(tuán)隊(duì)成員討論畜禽糞污成分測定情況
10.融合多分辨率特征的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)高精度水稻制圖
?。ˋ full resolution deep learning network for paddy rice mapping using Landsat data）
?。?a target="_blank">農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，夏浪，第一作者；孫曉，通訊作者）
?。ㄆ诳篒SPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing，影響因子：11.774，學(xué)科排名：1/50）
及時(shí)準(zhǔn)確獲取大區(qū)域尺度水稻時(shí)空分布信息對確保國家糧食安全意義重大。該研究構(gòu)建了覆蓋我國東北水稻產(chǎn)區(qū)的大規(guī)模高質(zhì)量訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，提出了新的融合多分辨率特征的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，深度解析了Landsat影像數(shù)據(jù)的空間語義信息，有效克服了以往深度學(xué)習(xí)模型邊界分割不清晰的缺陷，顯著提升了大區(qū)域尺度水稻遙感識別精度。該研究將為我國水稻時(shí)空分布信息的高精度、高時(shí)效、智能監(jiān)測提供新的途徑和思路，具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。
融合多分辨率特征的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖
深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)水稻遙感制圖結(jié)果比較（黑龍江三江平原）
