2023中国农业科学十大进展公布！

为充分展示我国农业科技原始创新能力，宣传我国农业领域的重大科学成果，加快推动我国农业高水平科技自立自强，中国农业科学院组织开展了2023年度“中国农业科学重大进展”论文评选工作。按照“前沿引领、开创卓越、重大突破”的原则，以2022年度Web of Science收录的农业领域中国学者以第一或通讯作者发表的2231篇高水平论文为基础，经初选、院士遴选和综合遴选等过程，评选出10篇重大进展论文。现将拟入选的10篇重大进展论文予以公示（排名不分先后），公示期为5个工作日（2023年11月21日至11月26日）。如对入选论文有异议，请于公示期内向中国农业科学院农业信息研究所提出书面意见，并写明真实姓名、工作单位、联系方式。

中国农业科学院农业信息研究所

联系人：李周晶 010-82106265 kelab@caas.cn

地址：北京市海淀区中关村南大街12号中国农业科学院农业信息研究所

中国农业科学院农业信息研究所

二〇二三年十一月二十一日

1.A transcriptional regulator that boosts grain yields and shortens the growth duration of rice

（一种提高粮食产量并缩短水稻生长周期的转录调节因子）

复杂的生物过程，如植物的生长和发育，通常受转录因子的控制，这些转录因子调节大量基因的表达，并以级联方式激活从属转录因子。在这里，通过筛选水稻中候选的光合作用相关转录因子，我们鉴定了一个 DREB（脱水响应元件结合）家族成员 OsDREB1C，其表达受光照和低氮状态诱导。我们表明，OsDREB1C 驱动功能多样的转录程序，决定光合能力、氮利用和开花时间。现场试验与OsDREB1C-过表达水稻的产量增加了 41.3% 至 68.3%，此外，还缩短了生长持续时间，提高了氮的利用效率，促进了资源的有效配置，从而为实现急需的农业生产力提高提供了战略。

DOI: 10.1126/science.abi8455

2.Convergent selection of a WD40 protein that enhances grain yield in maize and rice

（提高玉米和水稻籽粒产量的WD40蛋白的趋同选择）

更好地了解作物之间趋同选择的程度可以大大改进育种计划。我们发现数量性状基因座KRN2在玉米及其水稻直系同源物中，OsKRN2，经验丰富的收敛选择。这些直系同源物编码 WD40 蛋白并与功能未知的基因 DUF1644 相互作用，从而负调控两种作物的籽粒数量。在玉米中敲除KRN2或在水稻中敲除OsKRN2分别使籽粒产量增加约10%和约8%，而在其他农艺性状上没有明显的变化。此外，全基因组扫描确定了 490 对直系同源基因，这些基因在玉米和水稻进化过程中经历了趋同选择，这些基因富集了两条共享的分子途径。KRN2与其他聚合选择的基因一起，为未来的作物改良提供了极好的目标。

DOI: 10.1126/science.abg7985

3.Graph pangenome captures missing heritability and empowers tomato breeding

（图泛基因组捕捉缺失的遗传能力，并赋予番茄育种能力）

全基因组关联研究中遗传性的缺失定义了复杂生物性状遗传分析的一个主要问题。这个问题的解决方案是识别所有因果遗传变异并测量它们的个体贡献。在此，我们报告了通过精确编目 838 个基因组中超过 1900 万个变异（包括 32 个新的参考级基因组组件）而构建的番茄泛基因组图。该图泛基因组用于 20,323 个基因表达和代谢特征的全基因组关联研究分析和遗传力估计。平均估计性状遗传力为 0.41，而使用单一线性参考基因组时为 0.33。估计遗传力增加了 24%，这主要是由于通过包含使用图泛基因组识别的额外因果结构变异解决了不完全连锁不平衡。此外，通过解决等位基因和基因座异质性，结构变异提高了识别农艺重要性状背后的遗传因素的能力，例如，识别出可能有助于可溶性固体含量的两个新基因。新发现的结构变异将通过标记辅助选择和基因组选择促进番茄的遗传改良。我们的研究增进了对复杂性状遗传力的理解，并证明了图泛基因组在作物育种中的力量。

https://doi.org/10.1038/s41586-022-04808-9

4.Inactivation of a wheat protein kinase gene confers broad-spectrum resistance to rust fungi

（小麦蛋白激酶基因的失活赋予了对锈菌的广谱抗性）

小麦作物经常遭受由小麦条锈病 (Pst) 引起的大流行性条锈病的破坏。在这里，我们鉴定并表征了一种小麦受体样细胞质激酶基因 TaPsIPK1，它赋予了对该病原体的易感性。PsSpg1 是一种对 Pst 毒力至关重要的分泌型真菌效应子，可以结合 TaPsIPK1，增强其激酶活性，并促进其核定位，在核定位中磷酸化转录因子 TaCBF1d 以进行基因调控。TaCBF1d 的磷酸化会改变下游基因的转录活性。在两年的田间测试中，小麦中 TaPsIPK1 的 CRISPR-Cas9 失活赋予了对 Pst 的广谱抗性，而不影响重要的农艺性状。TaPsIPK1 的破坏会导致免疫启动，但不会持续激活防御反应。综上所述，TaPsIPK1是一种已知的锈病效应子靶标的易感基因，并且具有通过基因改造形成持久抗锈病能力的巨大潜力。

https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.06.027

5.Structural basis for directional chitin biosynthesis

（定向几丁质生物合成的结构基础）

几丁质是自然界中最丰富的氨基多糖，是一种由 N-乙酰氨基葡萄糖 (GlcNAc) 单元组成的细胞外聚合物。几丁质生物合成的关键反应由几丁质合酶 2,3,4 催化，这是一种膜整合糖基转移酶，可将 GlcNAc 从 UDP-GlcNAc 转移到不断增长的几丁质链上。然而，这一过程的确切机制尚未阐明。在这里，我们报告了来自毁灭性大豆根腐病致病卵菌大豆疫霉（PsChs1）的几丁质合酶的五种冷冻电子显微镜结构。它们代表了酶的 apo、GlcNAc 结合、新生几丁质寡聚物结合、UDP 结合（合成后）和几丁质合酶抑制剂尼可霉素 Z 结合状态，提供了几丁质生物合成及其竞争性抑制的多个步骤的详细视图。该结构揭示了甲壳素合成反应室，该反应室具有底物结合位点、催化中心和允许产物聚合物排出的聚合物易位通道的入口。这种排列反映了几丁质生物合成中从 UDP-GlcNAc 结合和聚合物延伸到产物释放的连续关键事件。我们在几丁质易位通道内发现了一个摆动环，它充当“门锁”，防止底物离开，同时引导产物聚合物进入易位通道以排出到细胞膜的细胞外侧。该工作揭示了几丁质生物合成的定向多步机制，并为抑制几丁质合成提供了结构基础。

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05244-5

6.ABO genotype alters the gut microbiota by regulating GalNAc levels in pigs

（ABO基因型通过调节猪的GalNAc水平改变肠道微生物群）

肠道微生物组的组成在个体之间差异很大，并且与健康相关1。了解宿主遗传学在多大程度上以及如何促成这种变异至关重要，但事实证明，了解这种变异的关联性很少，尤其是在人类中，这种关联很少被复制。我们在本文中研究了宿主基因型对大型镶嵌猪群肠道微生物群组成的影响。我们证明，在遗传多样性和环境均匀性加剧的条件下，微生物群的组成和特定类群的丰度是可遗传的。我们绘制了一个影响丹毒菌科物种丰度的数量性状基因座，并表明它是由支撑人类 ABO 血型的 N-乙酰半乳糖胺基转移酶基因中的 2.3-Kb 缺失引起的。我们证明这种缺失是平衡选择下≥350万年前的跨物种多态性。我们证明它降低了肠道中 N-乙酰半乳糖胺的浓度，从而减少了可以输入和分解代谢 N-乙酰半乳糖胺的丹毒科的丰度。我们的结果为宿主基因型对肠道中特定细菌丰度的影响提供了非常有力的证据，并结合了对支持这种关联的分子机制的见解。它们为确定农村人口中的相同效应铺平了道路。

https://doi.org/10.1038/s41586-022-04769-z

7.Virome characterization of game animals in China reveals a spectrum of emerging pathogens

（中国狩猎动物的病毒组特征揭示了新出现的病原体谱）

野生动物是作为食物进行贸易和消费的野生动物物种，是 SARS-CoV 和 SARS-CoV-2 的潜在宿主。我们对来自中国各地的 1,941 只野生动物（代表 18 个物种和 5 个哺乳动物目）进行了宏转录组分析。由此，我们鉴定出了 102 种感染哺乳动物的病毒，其中 65 种病毒是首次描述。二十一种病毒被认为对人类和家畜具有潜在的高风险。果子狸（Paguma larvata）携带的潜在高风险病毒数量最多。我们推断与蝙蝠相关的冠状病毒从蝙蝠到果子狸的传播，以及冠状病毒从蝙蝠到刺猬、从鸟类到豪猪、从狗到貉的跨物种跳跃。值得注意的是，我们在果子狸和亚洲獾中发现了禽流感 A 病毒 H9N2，后者表现出呼吸道症状，以及可能的人与野生动物病毒传播的病例。这些数据凸显了狩猎动物作为疾病出现的潜在驱动因素的重要性 。

https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.02.014

8.Soil quality both increases crop production and improves resilience to climate change

（土壤质量既能提高作物产量，又能提高对气候变化的适应能力）

土壤质量和气候变化之间的相互作用可能会影响农田生产足够粮食的能力。在这里，我们通过使用 12,115 个站点年的土壤、气候和相关产量观测数据来解决这个问题，这些站点年占中国谷物总产量的 90%。在作物和环境条件下，我们发现优质土壤降低了作物产量对气候变化的敏感性，从而提高了作物平均产量（10.3±6.7％）和更高的产量稳定性（变化性降低了15.6±14.4％）。与低质量土壤相比，高质量土壤可将气候变化下的产量提高 1.7% (0.5–4.0%)。到 2080-2099 年，按照代表性浓度路径 RCP 8.5，气候驱动的产量变化可能导致全国谷物产量每年减少 11.4 吨。虽然由于土壤退化，产量减少了 14%，但通过土壤改良可以减少 21%。这项研究强调了气候变化下土壤质量对农业的重要作用。

https://doi.org/10.1038/s41558-022-01376-8

9.De novo biosynthesis of rubusoside and rebaudiosides in engineered yeasts

（工程酵母中甜茶苷与莱鲍迪苷的从头生物合成）

高糖饮食会导致健康问题，其中许多问题可以通过使用糖替代品来解决。甜茶苷和莱鲍迪苷是有趣的分子，由于其低热量、卓越的甜味和感官特性而被认为是下一代糖替代品。然而，它们在自然界中的丰度较低，使得传统的植物提取工艺既不经济也不环保。在这里，我们设计了面包酵母酿酒酵母作为从头生产甜茶苷和莱鲍迪苷的基础。在此过程中，我们发现了限制生产的多个问题，包括限速步骤、产品对细胞适应性的压力和不平衡的代谢网络。我们实施了系统工程策略来解决这些问题，生产出甜茶苷和莱鲍迪苷，滴度分别为 1368.6mg/L 和 132.7mg/L。这里构建的甜茶苷底盘菌株为可持续、大规模发酵生产各种莱鲍迪苷铺平了道路。

https://doi.org/10.1038/s41467-022-30826-2

10.The biodiversity and ecosystem service contributions and trade-offs of forest restoration approaches

（森林恢复方法的生物多样性和生态系统服务贡献及其权衡）

全球范围内正在扩大森林恢复规模，以提供关键的生态系统服务和生物多样性效益，但我们缺乏对不同恢复方法之间的共同效益交付的严格比较。在全球综合中，我们使用来自 53 个国家的 264 项研究的 25,950 个匹配数据对来评估一系列人工林和原生森林的气候、土壤、水和木材生产服务以及生物多样性的提供情况。原生林可以更好地提供碳储存、水供应，特别是土壤侵蚀控制和生物多样性效益，而在干燥地区，成分较简单、较年轻的人工林表现尤其差。然而，种植园在木材生产方面表现出优势。这些结果强调了政策制定者在实现森林恢复承诺时必须在环境和生产目标之间进行重要权衡。

DOI: 10.1126/science.abl4649

来源丨艾朗编辑

编辑丨农财君

联系农财君丨18565265490

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