Environmental evaluation plays a significant role in the development of the culture and economy in modern times. When the environmental condition becomes degraded, the complete evaluation of ecological analysis is highly necessary to evaluate the environment. Hence, the development of a scientific assessment system of environmental assessment is highly significant in the development of the culture and economy. In this research, the present state of environmental evaluation is discussed, and the evaluation system is integrated through a computational process. Secondly, an environmental evaluation system is presented to establish the model in the evaluation process. Further, in this research, Advanced Artificial Intelligence Framework (AIF) for environmental development and protection has been proposed to improve the culture and economy in modern times. Studies reports indicate clear connections between the criteria of environmental assessment, the protection and development of the environment. The practical application of study findings involves establishing specific proposals for reducing pollution and improving the protection of the environment in China.

Abstract Alfalfa ( Medicago sativa L.), the most valuable perennial legume crop, referred to as “Queen of the Forages” for its high nutritional value and yield production among forage crops. Comprehensive genomic information of germplasm resources from different ecological regions and modern breeding strategies, such as molecular-marker assisted breeding are of great importance to breed new alfalfa varieties with environmental resilience. Here, we report assembly of the genome sequence of Zhongmu-4 (ZM-4), one of the most planted cultivars in China, and identification of SNPs associated with alfalfa agronomic traits by Genome-wide Association Studies (GWAS). Sequence of 32 allelic chromosomes was assembled successfully by single molecule real time sequencing and Hi-C technique with ALLHiC algorithm. About 2.74 Gbp contigs, accounting for 88.39% of the estimated genome, were assembled with 2.56 Gbp contigs anchored to 32 pseudo-chromosomes. In comparison with M. truncatula A17, distinctive inversion and translocation on chromosome 1, and between chromosome 4 and 8, respectively, were detected. Moreover, we conducted resequencing of 220 alfalfa accessions collected globally and performed GWAS analysis based on our assembled genome. Population structure analysis demonstrated that alfalfa has a complex genetic relationship among germplasm with different geographic origins. GWAS identified 101 SNPs associated with 27 out of 93 agronomic traits. The updated chromosome-scale and allele-aware genome sequence, coupled with the resequencing data of most global alfalfa germplasm, provides valuable information for alfalfa genetic research, and further analysis of major SNP loci will accelerate unravelling the molecular basis of important agronomic traits and facilitate genetic improvement of alfalfa.

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.

Abstract Seedlessness is a crucial quality trait in table grape ( Vitis vinifera L.) breeding. However, the development of seeds involved intricate regulations, while the polygenic basis of seed abortion remains unclear. Here, we combine comparative genomics, population genetics, quantitative genetics, and integrative genomics to unravel the evolution and polygenic basis of seedlessness in grapes. We generated four haplotype-resolved telomere-to-telomere (T2T) genomes for two seedless grape cultivars, ‘Thompson Seedless’ (TS, syn. ‘Sultania’) and ‘Black Monukka’ (BM). Comparative genomics identified a ∼4.25 Mb hemizygous inversion on Chr10 specific in seedless cultivars, with seedless-associated genes VvTT16 and VvSUS2 located at breakpoints. Population genomic analyses of 548 grapevine accessions revealed two distinct clusters of seedless cultivars, tracing the origin of the seedlessness trait back to ‘Sultania’. Introgression, rather than convergent selection, shaped the evolutionary history of seedlessness in grape improvement. Genome-wide association study (GWAS) analysis identified 110 quantitative trait loci (QTLs) associated with 634 candidate genes, including novel candidate genes, such as three 11S GLOBULIN SEED STORAGE PROTEIN and two CYTOCHROME P450 genes, and well-known genes like VviAGL11 . Integrative genomic analyses resulted in 339 core candidate genes categorized into 13 groups related to seed development. Machine learning based genomic selection achieved a remarkable 99% precision in predicting grapevine seedlessness. Our findings highlight the polygenic nature of seedless and provide novel candidate genes for molecular genetics and an effective prediction for seedlessness in grape genomic breeding.

Abstract The roles of EHDs in clathrin-mediated endocytosis (CME) in plants are poorly understood. Here, we isolated a maize mutant, designated as ehd1 , which showed defects in kernel development and vegetative growth. Positional cloning and transgenic analysis revealed that ehd1 encodes an EHD protein. Internalization of the endocytic tracer FM4-64 was significantly reduced in ehd1 mutant and ZmEHD1 knock-out mutants. We further demonstrated that ZmEHD1 and ZmAP2 σ subunit physically interact in the plasma membranes. Cellular IAA levels were significantly lower in ehd1 mutant than in wild-type maize. Auxin distribution and ZmPIN1a-YFP localization were altered in ehd1 mutant. Exogenous application of 1-NAA but not GA3 rescued the seed germination and seedling emergency phenotypic defects of ehd1 mutants. Taken together, these results indicate that ZmEHD1 regulates auxin homeostasis by mediating CME through its interaction with the ZmAP2 σ subunit, which is crucial for kernel development and vegetative growth of maize.

Abstract While screening our in-house 1,072 marketed drugs for their ability to extend the lifespan using Caenorhabditis elegans ( C. elegans ) as an animal model, crotamiton ( N -ethyl-o-crotonotoluidide) showed anti-aging activity and was selected for further structural optimization. After replacing the ortho-methyl of crotamiton with ortho-fluoro, crotamiton derivative JM03 was obtained and showed better activity in terms of lifespan-extension and stress resistance than crotamiton. It was further explored that JM03 extended the lifespan of C. elegans through osmotic avoidance abnormal-9 (OSM-9). Besides, JM03 improves the ability of nematode to resist oxidative stress and hypertonic stress through OSM-9, but not osm-9/capsaicin receptor related-2 (OCR-2). Then the inhibition of OSM-9 by JM03 reduces the aggregation of Q35 in C. elegans via upregulating the genes associated with proteostasis. SKN-1 signaling was also found to be activated after JM03 treatment, which might contribute to proteostasis, stress resistance and lifespan extension. In summary, this study explored a new small molecule derived from crotamiton, which has efficient anti-oxidative, anti-hypertonic and anti-aging effects, and could further lead to promising application prospects.

ABSTRACT The grafting has been commonly used in viticulture, which joints the scion from a cultivar with the stem of a rootstock. Grafting has crucial impacts on various phenotypes of the cultivar including berry metabolome and berry coloring, however, the genetics and regulation mechanisms are largely unexplored. In this study, we analyzed the phenotypic, metabolomic and transcriptomic profiles at three stages (45, 75 and105 days after flowering) of the Crimson Seedless (Vitis vinifera, CS) cultivar grafted to four rootstocks (three heterografting: CS/101-14MG, CS/SO4, CS/110R and one self-grafting CS/CS) with an own-rooted grafting-free Crimson Seedless (CS) as a control. All the heterografting plants had a significant influence on berry reddening as early as ~45 days after flowering. The grafting of rootstocks promoted anthocyanin synthesis and accumulation in grape berries. The metabolomic features showed that Cyanidin 3-O-glucoside, Delphinidin 3-O-glucosid, Malvidin 3-O-glucoside, Peonidin 3-O-glucoside and Petunidin 3-O-glucoside were the pigments responsible for the purplish-red color peels. Transcriptomic analyses revealed that the anthocyanins biosynthetic related genes from the upstream (phenylalanine ammonia-lyase) to the downstream (anthocyanidin 3-O-glucosyltransferase and anthocyanidin synthase) were upregulated with the accumulations of anthocyanins in CS/101-14MG, CS/SO4 and CS/110R. At the same time, all these genes were also highly expressed and more anthocyanin was accumulated in CS/CS samples compared to CS samples, suggesting that self-grafting rootstocks might also have promoted berry reddening in grapevine. Our results provide global transcriptomic and metabolomic features in berry coloring regulation under different grafting conditions for improving the berry quality in grapevine production.

Abstract Auditory perception enables acoustic experiences, including listening to melodious music and engaging in linguistic communication. Conversion of the force sensation into electrical signals via mechanoelectrical transduction (MET) in cochlear hair cells is the key step for auditory perception; however, the sound receptor for auditory perception at the molecular level is not clear. Here, we found that hair cell-specific deficiency of the G protein-coupled receptor LPHN2 in Pou4f3-CreER +/− Lphn2 fl/fl mice or pharmacological blockade of CNG ion channels in mice severely impaired hearing. Importantly, sensation of force by LPHN2 not only increased intracellular cAMP and calcium levels but also elicited rapid membrane depolarization of cochlear hair cells via Gs-dependent CNGA3 coupling. Both LPHN2 and CNGA3 were expressed at the stereocilia and cuticular plates and associated with each other. Notably, hearing loss in LPHN2-deficient mice was almost fully reversed by re-expression of LPHN2-GAIN in cochlear hair cells. Therefore, we propose that LPHN2 acts as a direct sound sensor in cochlear hair cells by mediating MET through Gs and CNGA3 coupling. Furthermore, both GPCR members and ion channels modulated by second messengers might actively participate in the MET process during auditory perception.