• Energy Research
• 2. Zero hunger close
• CN close
• GB close
• IT close
• PLoS ONE close

Agricultural management methods, such as cultivation or fallowing, have led to significant changes in soil fertility and hence, crop yield. Such changes may have stemmed from changes in soil microbial communities and associated biogeochemical processes. This phenomenon is particularly true in organic-poor soil in the Loess Plateau of China. In this study, we examined three existing soil management regimes as part of a 10-year field experiment and evaluated their effects on fungal and bacterial community structures by performing high-throughput 454 pyrosequencing. These management regimes were (i) fertilized winter wheat (Triticum aestivum L.) (FW), (ii) continuous natural fallow with weeds but without crop grown (NF), and (iii) continuous bare fallow without weeds or crop grown (BF). After 10 years, soil organic carbon (SOC), microbial biomass carbon (MBC), and available potassium (K) concentrations were highest in NF. Soil N behaved differently, with BF obtaining the highest nitrate nitrogen (N). Meanwhile, slight differences in total N (TN) were observed among FW, NF, and BF. Available phosphorus (P) was highest and available K was lowest in FW. Microbial communities were dominated by Ascomycota (59.1% of fungal sequences), and Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, and Proteobacteria (75.7% of bacterial sequences) in FW, NF and BF at the phylum level. Soil management regimes did not affect the fungal and bacterial richness and diversity but significantly modified their community compositions. Compared with FW, the abundances of Ascomycota (fungi phylum) and Alternaria, Gibberella, and Emericella (fungi genus) were increased by NF, whereas the values of Chaetomium, Humicola, and Cryptococcus (fungi genus) were decreased by BF. The abundances of Verrucomicrobia (bacteria phylum), and Steroidobacter (bacteria genus) were increased by NF, and Bacteroides (bacteria genus) was increased by BF. Canonical correspondence analysis showed that SOC, available P, and TN might be the key factors in community formation. Therefore, the decadal absence of plants (BF) affected soil fertility by increased available K and nitrate N, whileas natural fallow (NF) affected soil fertility by increased SOC, available K, and MBC, and they all changed fungal and bacterial community compositions.

L'agriculture subsaharienne a été identifiée comme vulnérable au changement climatique en cours. L'adaptation de l'agriculture a été suggérée comme un moyen de maintenir la productivité. Une meilleure connaissance de la diversité intra-spécifique des variétés est une condition préalable à la bonne gestion de cette adaptation. Parmi les cultures, les racines et les tubercules jouent un rôle important dans la sécurité alimentaire et la croissance économique des populations les plus vulnérables d'Afrique. Ici, nous nous concentrons sur la patate douce. La patate douce (Ipomoea batatas) a été domestiquée en Amérique centrale et en Amérique du Sud et a ensuite été introduite en Afrique et est maintenant cultivée dans toute l'Afrique tropicale. Nous avons évalué sa diversité en Afrique de l'Ouest en échantillonnant une région s'étendant de la zone côtière du Togo à la région septentrionale sahélienne du Sénégal qui représente une gamme de conditions climatiques. À l'aide de 12 marqueurs microsatellites, nous avons évalué 132 variétés le long de ce gradient. Des données phénotypiques issues d'essais sur le terrain menés en trois saisons ont également été obtenues. La diversité génétique en Afrique de l'Ouest s'est avérée inférieure de 18 % à celle des États-Unis. La diversité génétique en Afrique de l'Ouest est structurée en cinq groupes, certains groupes se trouvant dans des zones climatiques très spécifiques, par exemple sous un climat tropical humide ou sous un climat sahélien. Nous avons également observé des groupes génétiques qui se produisent dans un plus large éventail de climats. Les groupes génétiques ont également été associés à la différenciation morphologique, principalement la forme des feuilles et la couleur de la tige ou de la racine. Cette structure particulière de la diversité le long d'un gradient climatique avec association à la variabilité phénotypique peut être utilisée pour des stratégies de conservation. S'il s'avère qu'une telle structure est associée à une adaptation climatique spécifique, elle permettra également de développer des stratégies pour adapter l'agriculture aux variations climatiques en cours en Afrique de l'Ouest. La agricultura subsahariana ha sido identificada como vulnerable al cambio climático en curso. Se ha sugerido la adaptación de la agricultura como una forma de mantener la productividad. Un mejor conocimiento de la diversidad intraespecífica de variedades es un requisito previo para el manejo exitoso de dicha adaptación. Entre los cultivos, la raíz y los tubérculos desempeñan un papel importante en la seguridad alimentaria y el crecimiento económico de las poblaciones más vulnerables de África. Aquí, nos centramos en la batata. La batata (Ipomoea batatas) se domesticó en América Central y del Sur y más tarde se introdujo en África y ahora se cultiva en toda el África tropical. Evaluamos su diversidad en África Occidental mediante el muestreo de una región que se extiende desde la zona costera de Togo hasta la región septentrional del Sahel en Senegal y que representa una variedad de condiciones climáticas. Utilizando 12 marcadores de microsatélites, evaluamos 132 variedades a lo largo de este gradiente. También se obtuvieron datos fenotípicos de ensayos de campo realizados en tres temporadas. Se encontró que la diversidad genética en África Occidental era un 18% menor que en América. La diversidad genética en África Occidental se estructura en cinco grupos, y algunos grupos se encuentran en áreas climáticas muy específicas, por ejemplo, en un clima tropical húmedo o en un clima saheliano. También observamos grupos genéticos que se producen en una gama más amplia de climas. Los grupos genéticos también se asociaron con la diferenciación morfológica, principalmente la forma de las hojas y el color del tallo o raíz. Esta estructura particular de diversidad a lo largo de un gradiente climático con asociación a la variabilidad fenotípica se puede utilizar para estrategias de conservación. Si se demuestra que dicha estructura está asociada con una adaptación climática específica, también permitirá desarrollar estrategias para adaptar la agricultura a la variación climática en curso en África Occidental. Sub-Saharan agriculture has been identified as vulnerable to ongoing climate change. Adaptation of agriculture has been suggested as a way to maintain productivity. Better knowledge of intra-specific diversity of varieties is prerequisites for the successful management of such adaptation. Among crops, root and tubers play important roles in food security and economic growth for the most vulnerable populations in Africa. Here, we focus on the sweet potato. The Sweet potato (Ipomoea batatas) was domesticated in Central and South America and was later introduced into Africa and is now cultivated throughout tropical Africa. We evaluated its diversity in West Africa by sampling a region extending from the coastal area of Togo to the northern Sahelian region of Senegal that represents a range of climatic conditions. Using 12 microsatellite markers, we evaluated 132 varieties along this gradient. Phenotypic data from field trials conducted in three seasons was also obtained. Genetic diversity in West Africa was found to be 18% lower than in America. Genetic diversity in West Africa is structured into five groups, with some groups found in very specific climatic areas, e.g. under a tropical humid climate, or under a Sahelian climate. We also observed genetic groups that occur in a wider range of climates. The genetic groups were also associated with morphological differentiation, mainly the shape of the leaves and the color of the stem or root. This particular structure of diversity along a climatic gradient with association to phenotypic variability can be used for conservation strategies. If such structure is proved to be associated with specific climatic adaptation, it will also allow developing strategies to adapt agriculture to ongoing climate variation in West Africa. تم تحديد الزراعة في جنوب الصحراء على أنها عرضة لتغير المناخ المستمر. تم اقتراح تكييف الزراعة كوسيلة للحفاظ على الإنتاجية. إن المعرفة الأفضل بتنوع الأصناف داخل الأنواع هو شرط أساسي للإدارة الناجحة لهذا التكيف. من بين المحاصيل، تلعب الجذور والدرنات أدوارًا مهمة في الأمن الغذائي والنمو الاقتصادي للفئات السكانية الأكثر ضعفًا في أفريقيا. هنا، نركز على البطاطا الحلوة. تم تدجين البطاطا الحلوة (إيبومويا باتاتاس) في أمريكا الوسطى والجنوبية وتم إدخالها لاحقًا إلى إفريقيا ويتم زراعتها الآن في جميع أنحاء إفريقيا الاستوائية. قمنا بتقييم تنوعها في غرب إفريقيا من خلال أخذ عينات من منطقة تمتد من المنطقة الساحلية لتوغو إلى منطقة الساحل الشمالي للسنغال التي تمثل مجموعة من الظروف المناخية. باستخدام 12 علامة للأقمار الصناعية الصغيرة، قمنا بتقييم 132 نوعًا على طول هذا التدرج. كما تم الحصول على بيانات النمط الظاهري من التجارب الميدانية التي أجريت في ثلاثة مواسم. وجد أن التنوع الوراثي في غرب إفريقيا أقل بنسبة 18 ٪ منه في أمريكا. ينقسم التنوع الوراثي في غرب أفريقيا إلى خمس مجموعات، حيث توجد بعض المجموعات في مناطق مناخية محددة للغاية، على سبيل المثال في ظل مناخ استوائي رطب، أو في ظل مناخ الساحل. لاحظنا أيضًا المجموعات الوراثية التي تحدث في مجموعة واسعة من المناخات. ارتبطت المجموعات الوراثية أيضًا بالتمايز المورفولوجي، بشكل أساسي شكل الأوراق ولون الجذع أو الجذر. يمكن استخدام هذا الهيكل الخاص للتنوع على طول التدرج المناخي مع الارتباط بالتغير الظاهري لاستراتيجيات الحفظ. إذا ثبت أن هذا الهيكل مرتبط بتكيف مناخي محدد، فسيسمح أيضًا بتطوير استراتيجيات لتكييف الزراعة مع التقلبات المناخية المستمرة في غرب إفريقيا.

The rising demand for bioethanol, the most common alternative to petroleum-derived fuel used worldwide, has encouraged a feedstock shift to non-food crops to reduce the competition for resources between food and energy production. Sweet sorghum has become one of the most promising non-food energy crops because of its high output and strong adaptive ability. However, the means by which sweet sorghum stalks can be cost-effectively utilized for ethanol fermentation in large-scale industrial production and commercialization remains unclear. In this study, we identified a novel Saccharomyces cerevisiae strain, TSH1, from the soil in which sweet sorghum stalks were stored. This strain exhibited excellent ethanol fermentative capacity and ability to withstand stressful solid-state fermentation conditions. Furthermore, we gradually scaled up from a 500-mL flask to a 127-m3 rotary-drum fermenter and eventually constructed a 550-m3 rotary-drum fermentation system to establish an efficient industrial fermentation platform based on TSH1. The batch fermentations were completed in less than 20 hours, with up to 96 tons of crushed sweet sorghum stalks in the 550-m3 fermenter reaching 88% of relative theoretical ethanol yield (RTEY). These results collectively demonstrate that ethanol solid-state fermentation technology can be a highly efficient and low-cost solution for utilizing sweet sorghum, providing a feasible and economical means of developing non-food bioethanol.

Understory vegetation plays a vital role in regulating soil carbon (C) and nitrogen (N) characteristics due to differences in plant functional traits. Different understory vegetation types have been reported following aerial seeding. While aerial seeding is common in areas with serious soil erosion, few studies have been conducted to investigate changes in soil C and N cycling as affected by understory vegetation in aerially seeded plantations. Here, we studied soil C and N characteristics under two naturally formed understory vegetation types (Dicranopteris and graminoid) in aerially seeded Pinus massoniana Lamb plantations. Across the two studied understory vegetation types, soil organic C was significantly correlated with all measured soil N variables, including total N, available N, microbial biomass N and water-soluble organic N, while microbial biomass C was correlated with all measured variables except soil organic C. Dicranopteris and graminoid differed in their effects on soil C and N process. Except water-soluble organic C, all the other C and N variables were higher in soils with graminoids. The higher levels of soil organic C, microbial biomass C, total N, available N, microbial biomass N and water-soluble organic N were consistent with the higher litter and root quality (C/N) of graminoid vegetation compared to Dicranopteris. Changes in soil C and N cycles might be impacted by understory vegetation types via differences in litter or root quality.

Cette étude a cherché à identifier et à caractériser les facteurs de transcription régulant la photosynthèse chez le riz. Le criblage des populations de lignées d'activation de l'ADN-T du riz a conduit à l'identification d'un mutant de l'ADN-T avec une augmentation de l'efficacité intrinsèque de l'utilisation de l'eau (iWUE) dans des conditions bien arrosées. L'analyse de la séquence flanquante a montré que la construction d'ADN-T était située en amont de LOC_Os07g38240 (OsSAP16) codant pour une protéine associée au stress (SAP). Un second mutant identifié avec une activation dans le même gène présentait le même phénotype ; l'expression de OsSAP16 s'est révélée améliorée dans les deux lignées. Il n'y avait aucune différence dans le développement ou la morphologie stomatique chez l'un ou l'autre de ces mutants, bien que la surexpression d'OsSAP16 ait réduit la conductance stomatique. Ce phénotype limitait l'absorption de CO2 et le taux de photosynthèse, ce qui entraînait l'accumulation de moins de biomasse chez les deux mutants. L'analyse complète du transcriptome a montré que la surexpression d'OsSAP16 entraînait des changements globaux dans l'expression des gènes compatibles avec la fonction des facteurs de transcription à doigt de zinc. Ces résultats montrent que le gène est impliqué dans la modulation de la réponse du riz au stress de la sécheresse par la régulation de l'expression d'un ensemble de gènes associés au stress. Este estudio se propuso identificar y caracterizar los factores de transcripción que regulan la fotosíntesis en el arroz. El cribado de poblaciones de líneas de activación de ADN-T de arroz condujo a la identificación de un mutante de ADN-T con un aumento en la eficiencia intrínseca del uso del agua (iWUE) en condiciones bien regadas. El análisis de la secuencia flanqueante mostró que la construcción de ADN-T se encontraba aguas arriba de LOC_Os07g38240 (OsSAP16) que codifica una proteína asociada al estrés (SAP). Un segundo mutante identificado con activación en el mismo gen exhibió el mismo fenotipo; se demostró que la expresión de OsSAP16 estaba potenciada en ambas líneas. No hubo diferencias en el desarrollo estomático o la morfología en ninguno de estos mutantes, aunque la sobreexpresión de OsSAP16 redujo la conductancia estomática. Este fenotipo limitó la absorción de CO2 y la tasa de fotosíntesis, lo que resultó en la acumulación de menos biomasa en los dos mutantes. El análisis del transcriptoma completo mostró que la sobreexpresión de OsSAP16 condujo a cambios globales en la expresión génica consistentes con la función de los factores de transcripción de dedos de zinc. Estos resultados muestran que el gen está involucrado en la modulación de la respuesta del arroz al estrés por sequía a través de la regulación de la expresión de un conjunto de genes asociados al estrés. This study set out to identify and characterize transcription factors regulating photosynthesis in rice. Screening populations of rice T-DNA activation lines led to the identification of a T-DNA mutant with an increase in intrinsic water use efficiency (iWUE) under well-watered conditions. Flanking sequence analysis showed that the T-DNA construct was located upstream of LOC_Os07g38240 (OsSAP16) encoding for a stress-associated protein (SAP). A second mutant identified with activation in the same gene exhibited the same phenotype; expression of OsSAP16 was shown to be enhanced in both lines. There were no differences in stomatal development or morphology in either of these mutants, although overexpression of OsSAP16 reduced stomatal conductance. This phenotype limited CO2 uptake and the rate of photosynthesis, which resulted in the accumulation of less biomass in the two mutants. Whole transcriptome analysis showed that overexpression of OsSAP16 led to global changes in gene expression consistent with the function of zinc-finger transcription factors. These results show that the gene is involved in modulating the response of rice to drought stress through regulation of the expression of a set of stress-associated genes. تهدف هذه الدراسة إلى تحديد وتوصيف عوامل النسخ التي تنظم التمثيل الضوئي في الأرز. أدى فحص مجموعات خطوط تنشيط T - DNA للأرز إلى تحديد طفرة T - DNA مع زيادة في كفاءة استخدام المياه الجوهرية (iWUE) في ظل ظروف مائية جيدة. أظهر تحليل التسلسل المجاور أن بنية T - DNA كانت تقع في اتجاه المنبع لترميز LOC_Os07g38240 (OsSAP16) لبروتين مرتبط بالإجهاد (SAP). أظهرت طفرة ثانية تم تحديدها مع التنشيط في نفس الجين نفس النمط الظاهري ؛ وقد تبين أن التعبير عن OsSAP16 يتحسن في كلا الخطين. لم تكن هناك اختلافات في تطور الفم أو التشكل في أي من هذه الطفرات، على الرغم من أن التعبير المفرط عن OsSAP16 قلل من التوصيل الفموي. أدى هذا النمط الظاهري إلى الحد من امتصاص ثاني أكسيد الكربون ومعدل التمثيل الضوئي، مما أدى إلى تراكم كتلة حيوية أقل في الطافرتين. أظهر تحليل النسخ الكامل أن الإفراط في التعبير عن OsSAP16 أدى إلى تغييرات عالمية في التعبير الجيني بما يتفق مع وظيفة عوامل نسخ إصبع الزنك. تظهر هذه النتائج أن الجين يشارك في تعديل استجابة الأرز لإجهاد الجفاف من خلال تنظيم التعبير عن مجموعة من الجينات المرتبطة بالإجهاد.

The Tibetan Plateau is an important component of the global carbon cycle due to the large permafrost carbon pool and its vulnerability to climate warming. The Tibetan Plateau has experienced a noticeable warming over the past few decades and is projected to continue warming in the future. However, the direction and magnitude of carbon fluxes responses to climate change and elevated CO2 concentration under Representative Concentration Pathways (RCP) scenarios in the Tibetan Plateau grassland are poorly known. Here, we used a calibrated and validated biogeochemistry model, CENTURY, to quantify the contributions of climate change and elevated CO2 on the future carbon budget in the alpine grassland under three RCP scenarios. Though the Tibetan Plateau grassland was projected a net carbon sink of 16 ~ 25 Tg C yr-1 in the 21st century, the capacity of carbon sequestration was predicted to decrease gradually because climate-driven increases in heterotrophic respiration (Rh) (with linear slopes 0.49 ~ 1.62 g C m-2 yr-1) was greater than the net primary production (NPP) (0.35 ~ 1.52 g C m-2 yr-1). However, the elevated CO2 contributed more to plant growth (1.9% ~ 7.3%) than decomposition (1.7% ~ 6.1%), which could offset the warming-induced carbon loss. The interannual and decadal-scale dynamics of the carbon fluxes in the alpine grassland were primarily controlled by temperature, while the role of precipitation became increasingly important in modulating carbon cycle. The strengthened correlation between precipitation and carbon budget suggested that further research should consider the performance of precipitation in evaluating carbon dynamics in a warmer climate scenario.