After significant increases in livestock productivity, China now needs to improve efficiency and environmental performance.

The largest livestock production and greatest fertilizer use in the world occurs in China. However, quantification of the nutrient flows through the manure management chain and their interactions with management-related measures is lacking. Herein, we present a detailed analysis of the nutrient flows and losses in the "feed intake–excretion–housing–storage–treatment–application" manure chain, while considering differences among livestock production systems. We estimated the environmental loss from the manure chain in 2010 to be up to 78% of the excreted nitrogen and over 50% of the excreted phosphorus and potassium. The greatest losses occurred from housing and storage stages through NH3 emissions (39% of total nitrogen losses) and direct discharge of manure into water bodies or landfill (30–73% of total nutrient losses). There are large differences among animal production systems, where the landless system has the lowest manure recycling. Scenario analyses for the year 2020 suggest that significant reductions of fertilizer use (27–100%) and nutrient losses (27–56%) can be achieved through a combination of prohibiting manure discharge, improving manure collection and storages infrastructures, and improving manure application to cropland. We recommend that current policies and subsidies targeted at the fertilizer industry should shift to reduce the costs of manure storage, transport, and application.

Abstract Crop pests have profoundly deleterious effects on crop yield and food security. However, conventional pest control depends heavily on the utilization of insecticides, which develops strong pesticide resistance and concerns of food safety. Crop and their wild relatives display diverse levels of pest resistance, indicating the feasibility for breeding of pest-resistant crop varieties. In this study, we integrate deep learning (DL)/machine learning (ML) algorithms, plant phenomics and whole genome sequencing (WGS) data to conduct genomic selection (GS) of pest-resistance in grapevine. We employ deep convolutional neural networks (DCNN) to accurately calculate the severity of damage by pests on grape leaves, which achieves a classification accuracy of 95.3% (Visual Geometry Group 16, VGG16, for binary trait) and a correlation coefficient of 0.94 in regression analysis (DCNN with Pest Damage Score, DCNN-PDS, for continuous trait). We apply DL models to predict and integrate phenotype (both binary and continuous) along with WGS data from 231 grape accessions, conducting Genome-Wide Association Studies (GWAS). This analysis detects a total of 69 QTLs, encompassing 139 candidate genes involved in pathways associated with pest resistance, including jasmonic acid (JA), salicylic acid (SA), ethylene, and other related pathways. Furthermore, through the combination with transcriptome data, we identify specific pest-resistant genes, such as ACA12 and CRK3 , which play distinct roles in resisting herbivore attacks. Machine learning-based GS demonstrates a high accuracy (95.7%) and a strong correlation (0.90) in predicting the leaf area damaged by pests as binary and continuous traits in grapevine, respectively. In general, our study highlights the power of DL/ML in plant phenomics and GS, facilitating genomic breeding of pest-resistant grapevine.

Spirulina (Arthrospira platensis) is rich in a variety of fermentable fibers and prebiotics, which can promote the proliferation of beneficial flora in the intestinal tract of ruminants and optimize the balance of microorganisms in the rumen. The aim of this study was to evaluate whether dietary supplementation with Spirulina has a beneficial effect on the rumen microbial community and serum indices in lambs. For this purpose, 36 lambs with a mean weight of 21.68 kg (standard deviation 1.04 kg) and an age of approximately 5 months (standard deviation 4 days) were selected for the study. The same scale was used for age standard deviation, i.e., 4 days/30.5 days (1 month) = 0.13 months. All lambs were randomly assigned into two treatments, and received non-Spirulina diet as the control (CK treatment) and the Spirulina added diet (Spirulina was added at a rate of 3% of the fresh weight of the diet). The results indicated that the triacylglycerol (p < 0.0001), alanine transaminase (ALT) (p < 0.0001), aspartate aminotransferase (AST) (p < 0.0001), glucose (p < 0.0001), immunoglobulin G (p = 0.0066) and insulin (p = 0.0025) levels were markedly increased in the Spirulina treatment compared to those in the CK treatment. The principal coordinates analysis showed that the bacterial community did not cluster separately between the CK and Spirulina treatments. Firmicutes, Bacteroidetes and Actinobacteria were the dominant members of the community in two treatments. Prevotella were the primary genera, followed by the Lachnospiraceae_NK3A20_group, Olsenella, Succinivibrionaceae_UCG-001 and Ruminococcus, and a significant (p < 0.05) difference was found in Olsenella between the two treatments. These results suggest that the addition of Spirulina is more beneficial for serum biochemical parameters and rumen microbiota of lambs. Overall, these findings contribute to the development of strategies to improve rumen microbial communities for healthy ecosystems on the Mongolian Plateau and provide a scientific basis for the use of Spirulina in feed.

As animal husbandry advances, the demand for premium feed has seen substantial growth, while the availability of natural forage resources remains limited. Corn stover, characterized by its high yield and rich nutritional content, has become a vital source of roughage. The application of silage technology to corn stover enhances its palatability, improves its nutritional value, and exerts positive effects on livestock production performance. This study aims to evaluate the impact of different additives and their proportions on the nutrient composition, fermentation quality, and microbial community structure of corn stover silage. Specifically, Lactobacillus plantarum, cellulase preparations (commercial cellulase enzyme preparations), and xylanase preparations (commercial xylanase enzyme preparations) were employed as additives to investigate their synergistic effects and underlying mechanisms during the silage process. Furthermore, dosage gradients were established to determine the optimal dosage range, providing a robust scientific basis for the optimization of additive applications. In this experiment, corn stover was used as the substrate, with the moisture content maintained at 60%. Treatments with Lactobacillus plantarum, cellulase, and xylanase were applied, and silage samples were analyzed after 30 and 60 days of fermentation to assess fermentation quality, nutritional quality, and microbial community structure. The findings revealed that the nutritional quality of corn stover silage improved progressively with fermentation time. Compared to the control group, the addition of Lactobacillus plantarum, cellulase, and xylanase significantly increased the abundance of lactic acid bacteria, reduced the pH value, and effectively suppressed the proliferation of spoilage microorganisms. Among the treatments, xylanase demonstrated the most pronounced effects, substantially increasing lactic acid and soluble carbohydrate content while reducing levels of neutral detergent fiber (NDF) and acid detergent fiber (ADF). Notably, the incorporation of 20 U/g xylanase into the silage process facilitated the breakdown of xylan in corn stover into soluble carbohydrates, thereby providing essential substrates for lactic acid bacteria and other beneficial microorganisms. This, in turn, inhibited the growth of harmful microorganisms, ultimately improving the nutritional quality, fermentation quality, and microbial community structure of the silage. These findings provide a theoretical framework and practical guidance for optimizing the production of corn stover silage, promoting efficient resource utilization, and supporting the sustainable development of animal husbandry.

On the Loess Plateau, vast farmlands have suffered from severe land degradation and soil erosion. Afforestation and natural vegetation restoration are two main methods for ecological restoration on the degraded farmland in the last few decades. Previous studies have mainly investigated the effects of the two methods on soil organic carbon (SOC). However, few studies have focused on the influence of the two methods on soil inorganic carbon (SIC), which is the fundamental component of the local soil carbon pool. On the Loess Plateau, we measured SOC and SIC stocks, and the stable carbon isotope values of SOC and SIC (δ13C-SOC and δ13C-SIC) within 0–100 cm depth in an artificial forestland (Robinia pseudoacacia, 27 years) and a neighboring abandoned farmland (Poa annua and Bothriochloa ischaemum, 27 years). The results showed that SOC and SIC stocks at 0–100 cm in forestland were 23.43 Mg ha−1 and 16.89 Mg ha−1 higher than the abandoned farmland, respectively. The δ13C-SOC in topsoil was significantly (p < 0.05) lower than the subsoil in both lands. The δ13C-SIC in forestland was significantly (p < 0.05) lower than in abandoned farmland. The results indicated that afforestation is more suitable to conserve soil carbon than natural vegetation restoration on degraded farmland on the Loess Plateau. The forestland generated more pedogenic inorganic carbon than the abandoned farmland causing the difference in SIC stock between the two lands. Our findings highlight the importance of SIC, and the SIC may be more important than SOC in sequestrating soil carbon following vegetation restoration on the Loess Plateau.

ABSTRACT Mycobacterium abscessus (Mab) poses serious therapeutic challenges, principally due to its intrinsic resistance to a wide array of antibiotics. The pressing issue of drug resistance has spurred an urgent need to explore novel targets and develop new therapeutic agents against Mab. The MtrAB two-component system, conserved among Actinobacteria, is pivotal for regulating various metabolic processes. Nevertheless, the role of MtrAB in Mab remains elusive. In this study, we uncovered that Mab strains with disrupted mtrA, mtrB or both exhibited heightened susceptibility to a variety of antibiotics with diverse mechanisms of action, in contrast to the wild-type strain. In a murine model, rifabutin, bedaquiline, and amikacin, which were inactive against the wild-type Mab strain, demonstrated efficacy against all the mtrA, mtrB and mtrAB knockout strains, significantly reducing pulmonary bacterial burdens compared to vehicle controls after ten days of treatment. Notably, the virulence of all the mtrA, mtrB , and mtrAB knockout strains was highly diminished in the murine model, as evidenced by a substantial decrease in bacterial load in the lungs of mice after 16 days. We observed that all three knockout strains exhibited a significantly reduced growth rate compared to the wild-type strain. We discovered that cells lacking mtrA, mtrB or both exhibited an elongated cell length and had multiple septa, suggesting that both MtrA and MtrB regulate cell division of Mab. Subsequently, an ethidium bromide accumulation assay disclosed that the absence of either mtrA or mtrB or both significantly increased cell envelope permeability. In summary, this study suggests that mtrA and mtrB play an important role in the intrinsic resistance and virulence of Mab by affecting cell division and altering cell permeability. Consequently, MtrA and MtrB represent promising targets for the discovery of anti-Mab drugs. HIGHLIGHTS Knockout of mtrA, mtrB or mtrAB leads to increased sensitivity of M. abscessus in vitro and in vivo . The mtrA, mtrB or mtrAB knockout M. abscessus strains exhibit highly reduced virulence. MtrA and MtrB are potential targets for anti- M. abscessus drug discovery. Knockout of mtrA, mtrB or mtrAB results in defective cell division in M. abscessus .