『近期南农科研扫描』

工学院

工学院薛金林课题组利用语义分割结果和双目视觉实现复杂果园场景高精度目标测距。

生科院

强胜团队揭示了链格孢菌毒素TeA杀草过程中EXECUTER1/2（EX1/2）蛋白介导的单态氧（1O2）信号通过增加茉莉酸（JA）合成和激活JA信号来诱导细胞死亡的分子机制。

园艺院

侯喜林团队发现了BcZAT12与BcZAT10负调控不结球白菜耐寒性，首次证明了BcZAT12蛋白能够与BcABF2/BcABF4蛋白互作，同时提出BcZAT12与BcZAT10影响不结球白菜耐寒性的模型。

园艺院

菊花遗传育种团队揭示了菊花转录抑制因子CmERF4通过介导能量代谢和活性氧路径相关基因，负调控菊花耐涝性。

园艺院

白菜系统生物学创新团队揭示了BcGSTF10基因在协调植物生长发育和低温响应中的分子机理。

园艺院

徐迎春团队揭示了自噬在植物繁殖过程中的重要调控作用，特别是在能量限制条件下，通过自噬调节开花过程，以提高植物的繁殖效率和能量利用效率。

工学院

工学院薛金林课题组利用语义分割结果和双目视觉实现复杂果园场景高精度目标测距。

11月27日，南京农业大学薛金林教授团队在Computers and Electronics in Agriculture期刊发表了题为：High-precision Target Ranging in Complex Orchard Scenes by Utilizing Semantic Segmentation Results and Binocular Vision的研究论文。该研究提出了基于多尺度特征融合（Multi-scale Feature Fusion，MsFF）Segformer语义分割模型，同时，结合高精度果园场景语义分割结果，提出了一种结合双目视觉的果园不同目标测距的新方法TPDMR（Target Pixel Depth Mean Ranging）。

近年来，人工智能(AI)技术的快速发展不断推动果园生产自动化。然而，准确理解语义信息并精确定位果园环境中的各种目标仍然是挑战。目前的研究通常依赖于昂贵的多传感器融合技术或分割效果不足的纯视觉技术。为了解决这些问题，作者提出了一种新的语义分割网络MsFF-Segformer(Multi-scale Feature Fusion Segformer)，采用多尺度特征融合来生成高精度语义分割图像。该模型结合了利用纯注意力机制的MiT-B0 编码器和专为多尺度特征融合而设计的MsFF 解码器。MsFF 解码器包含AFAM 模块，可有效对齐相邻尺度的特征。此外，引入通道注意力模块和深度可分离卷积模块，减少模型参数大小，获得语义层次丰富的特征向量，增强果园多尺度目标的分割性能。

基于果园环境中精确的语义分割结果，作者提出了一种新的方法TPDMR(Target Pixel Depth Mean Ranging)，结合双目视觉来估计果园中各种物体的距离。首先，将语义类别矩阵与深度信息矩阵进行匹配。然后，得到表示目标类别的深度信息数组，并过滤掉无效的深度信息。最后，计算目标的平均深度。

在自制的果园数据集上进行语义分割实验。将结果与PSPnet和其他现有模型的结果进行比较。实验结果表明，该模型的平均交并比(MIoU)达到89.98%，平均像素精度(MPA)达到94.96%。参数量和检测一幅图像所需的时间仅为15.1M和0.019秒，较U-net、Deeplabv3+、Hrnet模型分别减少了84.1%、32.5%、5.9%和69.4%、59.7%、64.2%。采用TPDMR算法在果园内对不同目标进行测距实验。结果表明，所有目标类别的测距误差均小于6%，体现了较高的准确性和稳定性。此外，整体算法的运行时间约为0.8 s，表明性能高效。

本文的第一作者为南京农业大学工学院研究生温瑜，通讯作者为薛金林教授。博士研究生孙晗、宋悦、吕鹏飞、刘少华，硕士研究生褚阳阳、张田煜参与研究。该成果得到江苏省现代农业产业技术体系、南京市现代农机装备与技术创新示范项目资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.compag.2023.108440

生科院

强胜团队揭示了链格孢菌毒素TeA杀草过程中EXECUTER1/2（EX1/2）蛋白介导的单态氧（1O2）信号通过增加茉莉酸（JA）合成和激活JA信号来诱导细胞死亡的分子机制。

12月3日，Plant Communications在线发表了南京农业大学强胜教授团队题为“Alternaria TeA toxin activates a chloroplast retrograde signaling pathway to facilitate JA-dependent pathogenicity”的研究论文。该研究揭示了链格孢菌毒素TeA杀草过程中EXECUTER1/2（EX1/2）蛋白介导的单态氧（1O2）信号通过增加茉莉酸（JA）合成和激活JA信号来诱导细胞死亡的分子机制。

H2O2作为植物信号分子的功能已广为人知；然而，单线态氧（1O2）作为胁迫下叶绿体产生的主要活性氧（ROS）种类一直被认为是细胞毒性分子，其信号功能的研究相对较少。近年来的研究指出细胞核编码的叶绿体蛋白EX1和EX2是介导1O2逆行信号传递的主要参与者（Lee et al., 2007；Dogra et al., 2019，2022）。然而，EX1/2依赖的1O2信号到底参入了哪些胁迫过程？其生理功能和分子机制是什么？仍不清楚。

前期研究表明，链格孢菌毒素TeA是一种新型光合抑制类生物除草剂，能激活拟南芥幼苗中EX1/2依赖的1O2信号，是研究1O2信号的理想工具（Chen et al., 2010，2015）。本研究发现，链格孢菌病原体主要通过分泌毒素TeA诱导叶绿体1O2产生，激活EX1/2介导的叶绿体到细胞核的逆行信号来推动叶片病害的发展。EX1蛋白上1O2感受器的完全缺失或氧化位点EX1-Trp643的突变能显著抑制1O2响应基因的表达和叶片病害的形成；而且，EX1对TeA诱导的高水平JA积累、JA合成和信号相关基因的表达极其重要。

该研究揭示了EX1/2介导的1O2信号与JA信号协同推动细胞死亡的分子机制，增进了对腐生真菌与植物互作过程中1O2与激素信号交叉对话机制的理解，为进一步提高TeA杀草活性提供了新的思路。

南京农业大学博士生施佳乐为该论文的第一作者，南京农业大学陈世国教授、中科院分子植物科学卓越创新中心Chanhong Kim研究员为论文共同通讯作者。南京农业大学强胜教授、马洪雨教授、张裕副教授、王赫博士、鲁焕博士、成丹高级实验师、在读博士生米丽汝、高雅芝（已毕业硕士），中科院分子植物科学卓越创新中心李梦萍博士，美国诺贝研究所戴新宾博士参入该研究。该研究得到了国家重点研发计划、江苏省自主创新项目、国家自然科学基金、中国科学院任务/战略性先导科技专项的资助。

该团队就链格孢菌毒素TeA作为新的光系统II抑制剂的作用机理及其作为生物源除草剂的应用潜力开展了长期而系统的研究，本文是耕耘该领域的又一新进展。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2023.100775

园艺院

侯喜林团队发现了BcZAT12与BcZAT10负调控不结球白菜耐寒性，首次证明了BcZAT12蛋白能够与BcABF2/BcABF4蛋白互作，同时提出BcZAT12与BcZAT10影响不结球白菜耐寒性的模型。

近日，ENVIRONMENTAL AND EXPERIMENTAL BOTANY在线发表了南京农业大学侯喜林教授团队题为“Genome-wide identification of C2H2-ZFPs and functional analysis of BcZAT12and BcZAT10under cold stress in non-heading Chinese cabbage/不结球白菜C2H2-ZFPs的全基因组鉴定及冷胁迫下BcZAT12和BcZAT10的功能分析”的研究论文。

不结球白菜(Brassica campestrisssp. chinensis)原产于中国，栽培历史悠久，是我国南方及长江流域的重要叶菜。低温严重影响不结球白菜的品质和产量，而C2H2型锌指蛋白（C2H2-ZFPs）在温度响应环境胁迫中发挥着重要作用。运用全基因组鉴定方法鉴定出不结球白菜C2H2-ZFPs基因家族成员，转录组分析筛选出低温胁迫下不结球白菜冷响应关键基因，进一步研究其在冷胁迫下的调控机制。

（1）鉴定出了不结球白菜C2H2-ZFPs 163个基因家族成员，并将其分为9个亚科（图1），筛选到不结球白菜冷响应关键基因BcZAT12和BcZAT10。VIGS（图2）、瞬时转化（图3）、PCR分析等实验表明BcZAT12和BcZAT10负调控不结球白菜耐寒性。

（2）筛选到了BcZAT12的互作蛋白BcABF2和BcABF4（图4），上游基因BcNTL4/BcNAC055（图5）以及下游基因BcCBF1(图6)。

本研究发现了BcZAT12与BcZAT10负调控不结球白菜耐寒性，首次证明了BcZAT12蛋白能够与BcABF2/BcABF4蛋白互作，同时发现NAC家族成员BcNTL4/BcNAC055能够结合BcZAT12启动子上的G-BOX元件，而BcZAT12与BcCBF1上的ACT核心元件结合，提出了BcZAT12与BcZAT10影响不结球白菜耐寒性的模型（图7），为进一步探究不结球白菜耐寒调控网络奠定了基础，同时也为不结球白菜遗传改良耐寒品种提供了新思路。

南京农业大学硕士研究生陈蕾为该论文的第一作者，园艺学院侯喜林教授为该文的通信作者。博士研究生蒋程、毕业硕士生叶丽、高跃参与了本项研究。本研究获得了江苏省高等学校优势学科建设项目的资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2023.105574

园艺院

菊花遗传育种团队揭示了菊花转录抑制因子CmERF4通过介导能量代谢和活性氧路径相关基因，负调控菊花耐涝性。

近日，我校菊花遗传育种团队在权威杂志Journal of Experimental Botany在线发表了题为“A group VIIIa ethylene-responsive factor, CmERF4, negatively regulates waterlogging tolerance in chrysanthemum”的研究论文，揭示了菊花转录抑制因子CmERF4通过介导能量代谢和活性氧路径相关基因，负调控菊花耐涝性。

菊花（Chrysanthemum morifolium）是我国十大传统名花和世界四大切花之一，具有很高的观赏和经济价值。菊花生产过程极易遭受各种生物胁迫和非生物胁迫的危害，其中涝害是菊花最为严重的非生物胁迫之一，数小时涝渍即会导致大面积死苗，造成严重的经济损失，严重影响菊花产业发展。目前，关于菊花耐涝的研究多集中在不同菊花品种的耐涝性评价及淹水胁迫对菊花生理生化的影响，而调控菊花耐涝性的关键基因及其分子调控机制还鲜有报道。开展菊花耐涝分子机制研究，是进行菊花耐涝性改良与育种的基础，对解决制约菊花产业健康发展的问题意义重大。

该研究发现，CmERF4受涝渍胁迫诱导上调表达，属于ERFVIIIa亚家族，具有转录抑制活性。过表达该基因降低了菊花的耐涝性，而CmERF4-VP64转基因株系的耐涝性显著增强，这说明CmERF4负调控菊花的耐涝性（图1）。

对转基因菊花株系的转录组分析和生理指标测定表明，CmERF4影响了能量代谢相关基因（ADH、PK和HK2-like）和活性氧相关基因（POD20、POD1-like和CAT-like）的表达（图2）。

综上所述，该研究揭示了CmERF4介导能量代谢和活性氧路径相关基因负调控菊花耐涝性的分子机制（图3）。研究结果为深入解析菊花的耐涝分子机制奠定了基础，为培育耐涝菊花新品种提供了新的理论依据和基因资源。

南京农业大学园艺学院陈发棣教授为通讯作者，园艺学院已毕业博士生李川微为论文第一作者。南京农业大学园艺学院王利凯教授、蒋甲福教授和陈素梅教授等参与了此项研究。该研究得到了国家自然科学基金(32102421)、江苏省自然科学基金(BK20210395)、江苏省种业振兴“揭榜挂帅”项目(JBGS[2021]020)、现代农业产业技术体系(CARS-23-A18)、江苏现代农业产业技术体系建设项目、中央高校基本科研业务费专项资助(KYGL2022001, KYQN2022048)和江苏高校优势学科建设工程项目的资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1093/jxb/erad451

园艺院

白菜系统生物学创新团队揭示了BcGSTF10基因在协调植物生长发育和低温响应中的分子机理。

近日，南京农业大学白菜系统生物学创新团队在JOURNAL OF EXPERIMENTAL BOTANY在线发表了题为“Regulation of the trade-off between cold stress and growth by BcGSTF10”的研究论文。该研究揭示了BcGSTF10基因在协调植物生长发育和低温响应中的分子机理。

不结球白菜[NHCC; Brassica campestris(syn. Brassica rapa) ssp. chinensis]起源于中国，是中国、韩国、日本等亚洲国家重要的叶菜类作物。低温导致不结球白菜提前抽薹，严重影响其产量和品质。低温可造成植物体内酶活性降低，从而限制了植物正常生长发育。

该研究首先利用不结球白菜酵母双杂筛库筛选到一个编码谷胱甘肽s-转移酶的基因BcGSTF10，转基因验证其可正向调控低温胁迫。通过体内和体外试验验证了其与BcICE1蛋白能够互作，BcGSTF10能够增强BcICE1蛋白的转录活性，提高了下游冷响应因子BcCBF2的转录水平。研究证明BcCBF2能够直接结合到BcGSTF10启动子区域，并负调控BcGSTF10基因的表达。对BcGSTF10基因的过表达和沉默株系进行表型鉴定，发现其同时促进不结球白菜的生长发育。

进一步提出了BcGSTF10协调不结球白菜耐寒和生长发育的模型（图1）。在低温胁迫前期BcGSTF10通过增强BcICE1的转录活性，促进了下游低温响应基因BcCBF2的表达。随着胁迫时间的延长，BcCBF2蛋白积累，又抑制了BcGSTF10基因的表达，从而使生长发育受阻。

本研究发现了BcGSTF10在促进不结球白菜生长发育和抵御低温胁迫中的双重功能，揭示了BcGSTF10在协调植物生长发育和低温响应中的分子机理。

南京农业大学博士研究生沈云楼为该论文的第一作者，园艺学院侯喜林教授和李英教授为该论文的共同通讯作者。博士研究生王光鹏、李屹然、王惠玉、丁强以及硕士研究生冉家俊参与了该项研究。该研究得到江苏省种业振兴“揭榜挂帅”项目[JBGS (2021)015]、中央高校基本科研业务费和国家大宗蔬菜产业技术体系项目(CARS-23-A-16)的资助。

原文链接：

https://academic.oup.com/jxb/advance-article/doi/10.1093/jxb/erad494/7469273?searchresult=1

园艺院

徐迎春团队揭示了自噬在植物繁殖过程中的重要调控作用，特别是在能量限制条件下，通过自噬调节开花过程，以提高植物的繁殖效率和能量利用效率。

近日，园艺学院徐迎春教授团队在国际知名期刊《The Plant Journal》上发表了题为“NnSnRK1-NnATG1-mediated autophagic cell death governs flower bud abortion in shaded lotus”的论文。该研究揭示了自噬在植物繁殖过程中的重要调控作用，特别是在能量限制条件下，通过自噬调节开花过程，以提高植物的繁殖效率和能量利用效率，为理解植物如何在逆境下调整其生殖策略提供了新的视角。

荷花，一种广泛受欢迎的多年生水生植物，其花芽发育受环境因素如阴雨天和植物间相互遮挡的强烈影响。这些不利条件下的花芽败育现象，严重影响了荷花的观赏性和经济价值。该研究团队通过深入研究发现，在低光照条件下，荷花花芽中的自噬性细胞死亡（ACD）是导致花芽败育的关键因素（图1）。团队运用了组织化学染色、荧光显微镜和透射电子显微镜（TEM）等多种技术，系统地揭示了弱光环境下自噬水平的显著增加及其导致的细胞死亡现象。

研究团队还发现了一条至关重要的信号调控途径，即NnSnRK1-NnATG1信号通路（图2），这一途径在荷花逆境下开花的调控中扮演着关键角色。通过对自噬相关基因（ATGs）的研究，团队发现NnSnRK1与NnATG1之间的相互作用，以及其他几种可能介导此信号调控网络的中间基因。研究发现通过阻断这条信号通路，即使在不利环境下，荷花也能更好地开花。这一发现不仅阐明了荷花应对不利生长环境的生物学机制，还展现了植物如何在能量节约和繁殖成功之间找到平衡。

南京农业大学园艺学院已毕业硕士李谢宏升为论文的第一作者，荷花睡莲团队的金奇江副教授为该文的通讯作者。徐迎春教授、王彦杰副教授、博士研究生况佳颖、已毕业硕士生魏宗瑶、已毕业本科生佘铭钊参与了本项研究。该研究得到了国家自然科学基金（31971710）等项目的资助。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.16590

来源：南京农业大学

转自：“iPlants”微信公众号

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