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刘文德、王贺、李建成主编的《青年植保与农业高质量发展》集中展示了青年科技工作者的近期新研究成果,论文集包括“新思路与新理论”和“新实践与新进展”两个版块:“新思路与新理论”突出介绍植物保护学科各方向或领域的靠前前沿、展望研究动态,阐述学术观点、交流个人见解,展示青年植保科技工作者的活跃思想与很好思路;“新实践与新进展”重点介绍相关研究团队已发表在有影响力的SCI杂志上的系统性创新研究成果,展示青年植保人的创新科研进展。
新思路与新理论
植物生长过程中转录因子和microRNA介导的NLR抗病基因调控研究进展
农药导向化:植物转运蛋白介导的前体农药
膜下滴灌水稻田杂草稻的发生及综合防控
蚜虫报警信息素(E)-β-fanesene及其类似物的生物活性研究进展
手性农药在农产品加工过程中选择性行为研究进展
昆虫取食胁迫对药用植物化学防御的影响研究进展
植物泛素化连接酶研究进展
细菌生物被膜研究进展
对烟粉虱和小菜蛾的高效的球孢白僵菌HFW-05研究进展
植物病原真菌、真菌毒素与农产品安全
云南松适应低磷环境机制的研究进展
萜烯挥发物介导的植物防御反应研究进展
植物假病斑突变体研究进展
近年来广东省外来有害昆虫的入侵现状及分布格局研究
蓝藻水华及其防治概述
水稻MAPK抗病信号通路研究进展
间作及植物挥发物生态控制茶园害虫研究进展
我国蓝莓主要真菌病害发生情况及防治建议
昆虫对杀虫剂的代谢抗性机制概括及展望
蚜虫报警信息素(E)-β-fanesene及其衍生物的作用机制研究进展
新实践与新进展
植物介导的寄生蜂生态位分化
不同抗性水稻对褐飞虱取食应答的代谢组学研究
3-(1,3,4-?二唑)基细辛素类似物的合成及其抑菌活性研究
含N-苯基吡唑环的?酮衍生物的设计、合成及杀虫活性评价
烟草赤星病感病与健康烟叶真菌群落结构与多样性分析
Effects of Dosage and Spraying Volume on(~otton Defoliants Efficacy:A Case Study Based 0n
Application 0f U:nmanned Aerial Vehicles
辣椒炭疽病菌对啶氧菌酯的敏感基线及其抗性风险
中国东北地区向日葵菌核病菌菌丝亲和组及其遗传变异分析
MAPKK基因家族成员介导的棉花对黄萎病抗性的精细调节
苯酰菌胺在葡萄酒酿造过程中的对映体选择性行为研究
小麦、棉花蚜虫-寄生蜂多重PCR体系的建立
新壮态沼液对辛硫磷防治棉花害虫的增效作用
新壮态沼液对高效氯氟氰菊酯防治棉花害虫的增效作用
咪鲜胺-纳米介孔二氧化硅载药颗粒在黄瓜植株中的运转、分布及代谢
钙黏蛋白转座子插入与可变剪切介导中国红铃虫对转Bt棉的抗性
夹竹桃水提液对黄瓜、油菜、西红柿的化感作用研究
棉花萜烯合成酶基因鉴定及对靶标昆虫的行为调控
Endosperm-specific Overexpression of a Transporter ZmZIP5 Increases Zinc and Iron Contents in Maize Grains
苜蓿盲蝽触角转录组中化学感受膜蛋白的鉴定及表达谱分析
水蜡树果实总黄酮抗氧化活性初探
烟草青枯病感病与健康烟株不同部位真菌群落结构及多样性分析
黄瓜枯萎病菌强、弱致病力菌株的比较转录组分析
溴氰虫酰胺亚致死剂量对二点委夜蛾卵巢发育的影响
桃蚜报警信息素结合蛋白的鉴定及功能分析
中红侧沟茧蜂感觉神经元膜蛋白(SNMP)的基因克隆与表达研究
小麦植株体表最适消毒方法的筛选
蓝莓根腐病生防菌的筛选研究
尖孢镰刀菌分泌蛋白的预测及其生物信息学分析
对韭菜迟眼蕈蚊高毒力Bt资源的筛选与应用
小地老虎两个普通气味结合蛋白的表达和功能比较
杆状病毒AcMNPV中Ac-PK2蛋白的功能分析
合成具有抗菌活性的含嘧啶取代的新型酰胺衍生物
农业昆虫新方向――秸秆转化与应用
五株水稻内生菌对水稻的促生长及促进毒死蜱代谢作用研究
不同叶菜类蔬菜对吡虫啉吸收转移规律
氯虫苯甲酰胺在蚯蚓体内的生物累积及毒性
枯草芽胞杆菌应用与1,3-D消毒土壤配合应用对番茄的促生作用及土壤微生态的改良效应研究
淡水浮游硅藻光胁迫机制研究新进展
嘧菌酯对烟草赤星病的防治及其压力下病原菌代谢表型分析
基于环介导等温扩增技术检测致病疫霉
大草蛉感觉神经元膜蛋白(SNMP)基因克隆与表达研究
氟磺胺草醚对板蓝根保护酶活性及光合特性的影响
致病疫霉Nudix效应分子的生物学功能研究
基于LC-MS的水稻鞘脂检测及其在抗病应答中的应用
红铃虫性信息素合成激活肽的cDNA克隆、序列特征及时空表达分析
小贯小绿叶蝉气味结合蛋白和化学感受蛋白基因的鉴定及表达谱分析
一种新型吡啶基嘧啶醇类植物抗病激活剂与水稻抗性
小菜蛾对氯虫苯甲酰胺抗性相关lncRNA的鉴定
VSL2调控水稻细胞死亡和免疫反应
Simple and Rapid Method for the Determination of Dithiocarbamate Fungicide Residues in Vegetables and Fruits by UPLC-MS/MS Following Methylation Derivatization
二化螟成虫、幼虫肠道细菌组成及其传递模式
玉米大斑病菌遗传变异与有性生殖规律研究
大丽轮枝菌生长发育与致病性关键基因功能研究
河北省小麦冠腐病的发生及种衣剂的筛选
CaN参与棉铃虫对Cry2Ab的防御作用
不同饥饿水平和猎物密度对蝎蝽捕食能力和扩散行为的影响
西瓜噬酸菌效应蛋白Acel鉴定及功能研究
水稻靶标基因A?T向G?C单碱基定向替换技术的建立与优化
新烟碱类杀虫剂拌种对麦蚜的防治效果及对小麦的安全性评价
植物生长过程中转录因子和microRNA介导的NLR抗病基因调控研究进展基金项目:国家自然科学基因(31600984)Transcription
Factors
and
MicroRNA
Mediated
NLR
Resistance
Gene
Regulatory
Network
during
Plant
Growth刘丹靠前作者:刘丹,硕士研究生,主要从事miRNA介导的植物抗病机制研究;E-mail:1421295623@qqcom,李峰,邓颖天通信作者:邓颖天,副研究员,主要从事植物抗病性与生长发育研究;E-mail:dengyt@mailhzaueducn(华中农业大学园艺林学学院,武汉430070)植物生长发育和抗病性能是植物体生命活动中两大关键指标,人们常期望获得产品性状好产量高且具有较强抗病能力的不错作物。然而在实际遗传育种过程中,杂交整合不同的抗病资源促使抗病基因高量表达,导致所获得的抗病能力好的植株往往出现生长发育异常,产生植株生长缓慢、株型矮小、甚至生殖败育等性状(Yang
and
Hua,2004;Eichmann
and
Schafer,2015)。近年来,人们陆续发现多个植物内源miRNAs的靶基因均为抗病基因(Khalid
et
al,2017;Islam
et
al,2018),表明miRNAs能够特异地负调控抗病基因的表达。利用这一调控机制,可以有目的性地在植物特定生长发育时期调控抗病基因的表达,减小抗病蛋白对生长发育的抑制作用,从而维持植物生长发育与抗病能力之间的平衡(Deng
et
al,2018a)。因此,研究植物生长过程中miRNAs介导的抗病基因的分子调控机理,对深入揭示生长发育与抗病性能在植物生命过程中的平衡关系具有重要的理论意义,同时对提高农作物育种产量也具有重要的应用价值。1miRNAs靶定并调控植物NLR抗病基因随着生物信息大数据时代的到来,越来越多的植物遗传信息被释放,人们发现基因组中约有90%~95%的DNA可以转录生成RNA,然而只有约1%~2%的DNA序列很终编码生成蛋白质,表明非编码RNA(non-coding
RNA)对基因的表达调控极为重要(Tay
et
al,2014)。非编码RNA种类繁多,其中miRNAs是很为重要的一类内源调节小分子RNA。miRNA长度为21~24个碱基,是由大小为70~90个碱基,且具有发卡结构的单链小分子RNA前体经Dicer酶和AGO蛋白加工后所生成(Chen,2005;Rogers
and
Chen,2013)。miRNA通过与靶基因的序列互补造成靶基因的降解或翻译的阻断,从而作为负调控因子,在转录后水平和翻译水平上特异地调节靶基因的表达,对植物的生长发育与抗病功能起到重要的调控作用(Jin,2008;Li
et
al,2010;Chen,2012;Tang
and
Chu,2017)。在与病原物的长期斗争中,植物体自身进化出两层免疫屏障(Tsuda
and
Katagiri,2010):靠前层为基础免疫反应,是由病原相关的分子模式(Pathogen-associated
molecular
patterns,PAMPs)所触发的PTI(PAMP-triggered
immunity)免疫反应;第二层即为植物R基因(Resistance
gene)介导的ETI(effector-triggered
immunity)免疫反应。根据蛋白结构,植物R基因编码的蛋白可以分为两种类型:NLR(NB-LRR
receptor)类型和
RLP/RLK(Receptor-like
protein/kinase)类型。其中,NLR蛋白包含中间的NB(Nucleotide
binding)结构域和C端的LRR(Leucine-rich
repeat)结构域。根据蛋白N端的结构,NLR蛋白又进一步分为TNL(Toll/interleukin-1
receptor)和CNL(coiled-coil
)两种亚类(Baker
et
al,1997)。NLR基因作为植物体中很主要的抗病基因,CNL和TNL免疫受体在植物抵抗多种病原物的入侵过程都能起到关键的作用(Zhou
and
Yang,2016)。近10年来,miRNA对NLR基因的调控作用也受到了广泛的关注。基因组范围的宏观检测发现,植物体中许多NLR基因都能直接被miRNA靶定(Deng
et
al,2018a)。基于小分子RNA高通量测序和生物信息学分析,笔者前期从烟草、马铃薯和番茄等茄科植物中发现了10个miRNA家族和它们的NLR基因靶点(Li
et
al,2012b);很近又在烟草624个和番茄177个NLR基因中发现,分别有164个和87个NLR基因可以直接被miRNA靶定(Deng
et
al,2018b)。在大豆中也发现,290个CNL基因和235个TNL基因中分别有178个和171个是miRNA的靶基因(Zhao
et
al,2015a)。表明miRNA能够保守地对植物NLR基因进行转录后调控,miRNAs调控NLR基因的表达在植物界中是一个广泛存在的现象。miR482(miR482/miR2118/miR1510)超家族广泛存在于植物界,它们都能够靶定NLR蛋白的P环(P
loop)结构域,从而负调控NLR基因表达(Zhao
et
al,2015b)。其中,miR472和miR482是很早被发现并实验证明能够靶定NLR基因的miRNA(Lu
et
al,2005;Lu
et
al,2007)。后来在蒺藜苜蓿、大豆和番茄中也陆续发现miR482/2118能够靶定NLR基因,并触发phasiRNA的产生(Jagadeeswaran
et
al,2009;Zhai
et
al,2011;Shivaprasad
et
al,2012;Arikit
et
al,2014)。在苹果中,MdmiRLn11能够靶定NL类型基因MdNBS,并在受到病原物侵染后表现为低抗的苹果品种中抑制MdNBS的表达,从而调控苹果MdNBS蛋白对叶斑病等病原物的抗性(Ma
et
al,2014)。笔者课题组在研究工作中也发现,烟草中22nt大小的miR6019与21nt大小的miR6020能够靶定并介导烟草TMV抗病基因N基因(TNL类型)降解,从而抑制N基因的表达;过量表达miR6019将引起严重的TMV感病反应(Li
et
al,2012b;Deng
et
al,2018b),证明nta-miR6019/6020作为N-silencers,为后续分析miRNA对NLR基因的调控机制提供了一个稳定的研究模型。上述实例证明,miRNAs作为NLR-silencers能够特异抑制NLR基因表达,并能直接调控植物抗病机制,影响植物抗病性。2“转录因子-miRNAs-靶基因”调控网络转录因子(Transcription
factor,TF)是一类具有特定功能的蛋白质,它通过与目标基因5'端上游启动子区域中特定的顺式因子共价结合,来实现对该基因的表达进行抑制或增强的调控作用,从而保证目的基因以特定的强度在特定的时间与空间表达(Yu
and
Gerstein,2006)。20世纪以来,随着对miRNAs研究的深入,人们发现真核生物中转录因子与miRNAs分别在基因的转录和转录后或者翻译后水平上共同履行基因调控功能,构成了复杂的“转录因子-miRNAs-靶基因”调控网络(Hobert,2008)。在miRNA研究过程中,一方面,基于miRNAs的配对原则,人们利用生物信息学预测出大多数miRNAs的靶标基因都为转录因子,miRNAs对转录因子有着广泛的调控作用(Wu
et
al,2009)。例如,植物中靠前个被发现的miR171所靶标的Scare-crow-like6(SCL6)家族就是一类植物特异的转录因子,它们可以控制植物的多个发育过程,包括根的生长和激素信号等(Llave
et
al,2002)。另一方面,miRNAs的形成首先是由RNA聚合酶II(RNA
polymerase
II)转录生成一个具有发卡结构的前体miRNAs(pri-MIRNAs),再经Dicer酶剪切为成熟的miRNAs(Chen,2005)。因此转录因子也能够结合到miRNAs前体基因pri-MIRNAs上游启动子区域,影响miRNA
的转录(Hobert,2008)。因此转录因子,miRNA
及其调控基因,构成了重要的前馈环(Feed
Forward
Loops,FFLs)结构模式,可以单向或者双向进行正反馈调节,转录因子调控miRNA,同时它们又合作调控下游靶基因。这一结构使得基因的调控更加稳定,在多个生物过程中都起到了重要作用(Arora
et
al,2013;Hamed
et
al,2015)。动物中“转录因子-miRNAs”正反馈调节环路的研究较多。在人中脑多巴胺神经元细胞中发现,miR-133b特异性地在该细胞中表达并且在帕金森综合征患者的中脑多巴胺神经元细胞中表达下降;转录因子PITX3能够特异地增强miR-133b的表达,同时miR-133b也能够靶定PITX3基因并抑制其表达(Kim
et
al,2007)。在果蝇中,人们发现miR-7的靶基因Yan即为一个包含有ETS结构域的转录因子转录因子,miR-7能够靶定Yan并抑制其表达;而在果蝇复眼光感受器细胞的分化过程中,转录因子Yan又能够特异地负调控miR-7的表达;同时,miR-7前体前体基因pri-miR-7还受到转录因子PNTP1(Pointed-P1)的正调控(Li
and
Carthew,2005)。尽管研究不多,这种“转录因子-miRNAs-靶基因”调控网络也存在于植物中。miR156和miR172在植物界中是一对十分保守的miRNA,它们与转录因子构成了复杂的调控网络,与植物的生长发育紧密相关。在拟南芥中,miR156能够靶定并负调控SPL(SQUAMOSA
promoter
binding
like)超家族中11个SPLs转录因子(Wu
and
Poethig,2006;Teotia
and
Tang,2015);其中SPL9和SPL10能够反馈正调控miR156,同时还可以增强下游miR172表达,从而抑制miR172靶基因TOE1/2的表达,很终影响植物从幼年期向成熟期的转化(Wu
et
al,2009)。虽然目前已揭示了miRNAs作为NLR-silencers能够负调控NLR基因表达,但是NLR-silencers在植物生长发育过程中是否受到转录因子的表达调控还不清楚。笔者在前期利用“TMV(tobacco
mosaic
virus)-
N基因”的抗病反应模型,发现miR6019/6020作为N-silencer能够靶定烟草N基因,并对TMV抗性产生负调控作用(Li
et
al,2012b);近期又进一步发现miR6019/6020的表达水平受生长发育下调,且植物的抗病能力与生长发育时期也密切相关(Deng
et
al,2018b)。后续工作中笔者将继续探讨NLR-silencers在不同生长时期对NLR基因和植物抗病性的调控作用,揭示NLR-silencers上游与生长发育相关的转录因子及其调控机制,阐明“转录因子-miRNA-NLR抗病基因”之间的信号网络,从而解析转录因子和miRNA调控植物NLR抗病基因的分子机理。关键词:NLR抗病基因;miRNA;转录因子参考文献Arikit
S,Xia
R,Kakrana
A,et
al2014An
atlas
of
soybean
small
RNAs
identifies
phased
siRNAs
from
hundreds
of
coding
genes[J].Plant
Cell,26:4584-4601Arora
S,Rana
R,Chhabra
A,et
al2013miRNA-transcription
factor
interactions:a
combinatorial
regulation
of
gene
expression[J].Mol
Genet
Genomics,288(3-4):77-87Baker
B,Zambryski
P,Staskawicz
B,et
al1997Signaling
in
plant-microbe
interactions[J].
Science,276:726-733Chen
X2012Small
RNAs
in
development
-
insights
from
plants[J].Curr
Opin
Genet
Dev,22:361-367Chen
X
M2005microRNA
biogenesis
and
function
in
plants[J].FEBS
Lett,579:5923-5931Deng
Y,Li
X,Liu
M,et
al2018amicroRNA-mediated
R
gene
regulation:molecular
scabbards
for
double-edged
swords[J].Sci
China
Life
Sci,61:138-147Deng
Y,Wang
J,Tung
J,et
al2018bA
role
for
small
RNA
in
regulating
innate
immunity
during
plant
growth[J].Plos
Pathog,14:e1006756Eichmann
R,Schafer
P2015Growth
versus
immunity—a
redirection
of
the
cell
cycle?[J].Curr
Opin
Plant
Biol,26:106-112Hamed
M,Spaniol
C,Nazarieh
M,et
al2015TFmiR:a
web
server
for
constructing
and
analyzing
disease-specific
transcription
factor
and
miRNA
co-regulatory
networks[J].Nucleic
Acids
Res,43:W283-288Hobert
O2008Gene
regulation
by
transcription
factors
and
microRNAs[J].Science,319:1785-1786Islam
W,Noman
A,Qasim
M,et
al2018Plant
responses
to
pathogen
attack:Small
RNAs
in
focus[J].Int
J
Mol
Sci,19:E515Jagadeeswaran
G,Zheng
Y,Li
Y
F,et
al2009Cloning
and
characterization
of
small
RNAs
from
Medicago
truncatula
reveals
four
novel
legume‐specific
microRNA
families[J].New
Phytol,184:85-98Jin
H2008Endogenous
small
RNAs
and
antibacterial
immunity
in
plants[J].FEBS
Lett,582:2679-2684Khalid
A,Zhang
Q,Yasir
M,et
al2017Small
RNA
based
genetic
engineering
for
plant
viral
resistance:Application
in
crop
protection[J].Front
Microbiol,8:43Kim
J,Inoue
K,Ishii
J,et
al2007A
microRNA
feedback
circuit
in
midbrain
dopamine
neurons[J].Science,317:1220-1224Li
F,Orban
R,Baker
B2012aSoMART,a
webserver
for
miRNA,tasiRNA
and
target
gene
analysis
in
Solanaceae
plants[J].Plant
J,70:891-901Li
F,Pignatta
D,Bendix
C,et
al2012bMicroRNA
regulation
of
plant
innate
immune
receptors[J].Proc
Natl
Acad
Sci
U
S
A,109:1790-1795Li
X,Carthew
R
W
2005A
microRNA
mediates
EGF
receptor
signaling
and
promotes
photoreceptor
differentiation
in
the
Drosophila
eye[J].Cell,123:1267-1277Li
Y,Zhang
Q,Zhang
J,et
al2010Identification
of
microRNAs
involved
in
pathogen-associated
molecular
pattern-triggered
plant
innate
immunity[J].Plant
Physiol,152:2222-2231Llave
C,Xie
Z,Kasschau
K
D,et
al2002Cleavage
of
Scarecrowlike
mRNA
targets
directed
by
a
class
of
Arabidopsis
miRNA[J].Science,297:2053-2056Lu
S,Sun
Y
H,Amerson
H,et
al2007MicroRNAs
in
loblolly
pine(Pinus
taeda
L)
and
their
association
with
fusiform
rust
gall
development[J].Plant
Journal,51:1077-1098Lu
S,Sun
Y
H,Shi
R,et
al2005Novel
and
mechanical
stress-responsive
microRNAs
in
Populus
trichocarpa
that
are
absent
from
Arabidopsis[J].Plant
Cell,17:2186-2203Ma
C,Lu
Y,Bai
S,et
al2014Cloning
and
characterization
of
miRNAs
and
their
targets,including
a
novel
miRNA-targeted
NBS‐LRR
protein
class
gene
in
apple(golden
delicious)[J].Mol
Plant,7:218-230Rogers
K,Chen
X2013Biogenesis,turnover,and
mode
of
action
of
plant
microRNAs[J].Plant
Cell,25:2383-2399Shivaprasad
P
V,Chen
H
M,Patel
K,et
al2012A
microRNA
superfamily
regulates
nucleotide
binding
site
leucine-rich
repeats
and
other
mRNAs[J].Plant
Cell,24:859-874Tang
J,Chu
C2017MicroRNAs
in
crop
improvement:fine-tuners
for
complex
traits[J].Nat
Plants,3:17077Tay
Y,Rinn
J,Pandolfi
P
P2014The
multilayered
complexity
of
ceRNA
crosstalk
and
competition[J].Nature,505:344-352Teotia
S,Tang
G2015To
bloom
or
not
to
bloom:role
of
microRNAs
in
plant
flowering[J].Mol
Plant,8:359-377Tsuda
K,Katagiri
F2010Comparing
signaling
mechanisms
engaged
in
pattern-triggered
and
effector-triggered
immunity[J].Curr
Opin
Plant
Biol,13:459-465Wu
G,Park
M
Y,Conway
S
R,et
al2009The
sequential
action
of
miR156
and
miR172
regulates
developmental
timing
in
Arabidopsis[J].Cell,138:750-759Wu
G,Poethig
R
S2006Temporal
regulation
of
shoot
development
in
Arabidopsis
thaliana
by
miR156
and
its
target
SPL3[J].Development,133:3539-3547Wu
L,Zhang
Q,Zhou
H,et
al2009Rice
microRNA
effector
complexes
and
targets[J].Plant
Cell,
21:3421-3435Yang
S,Hua
J2004A
haplotype-specific
resistance
gene
regulated
by
BONZAI1
mediates
temperature-dependent
growth
control
in
Arabidopsis[J].Plant
Cell,16:1060-1071Yu
H,Gerstein
M2006
Genomic
analysis
of
the
hierarchical
structure
of
regulatory
networks[J].Proc
Natl
Acad
Sci
USA,
103:14724-14731Zhai
J,Jeong
D
H,De
Paoli
E,et
al2011MicroRNAs
as
master
regulators
of
the
plant
NB-LRR
defense
gene
family
via
the
production
of
phased,trans-acting
siRNAs[J].Genes
Dev,25:2540-2553Zhao
M,Cai
C,Zhai
J,et
al2015aCoordination
of
microRNAs,phasiRNAs,and
NB-LRR
genes
in
response
to
a
plant
pathogen:insights
from
analyses
of
a
set
of
soybean
rps
gene
near-isogenic
lines[J].Plant
Genome,8:1-13Zhao
M,Meyers
B
C,Cai
C,et
al2015bEvolutionary
patterns
and
coevolutionary
consequences
of
MIRNA
genes
and
microRNA
targets
triggered
by
multiple
mechanisms
of
genomic
duplications
in
soybean[J].Plant
Cell,27:546-562Zhou
J
M,Yang
W
C2016Receptor-like
kinases
take
center
stage
in
plant
biology[J].Sci
China
Life
Sci,59:863-866
基本信息 | |
---|---|
出版社 | 中国农业科学技术出版社 |
ISBN | 9787511637611 |
条码 | 9787511637611 |
编者 | 中国植物保护学会青年工作委员会,中国农业科学院博管会办公室,河北省农林科学院植物保护研究所,刘文德,王贺,李建成 等 |
译者 | -- |
出版年月 | 2018-07-01 00:00:00.0 |
开本 | 16开 |
装帧 | |
页数 | 222 |
字数 | 400 |
版次 | 第1版 |
印次 | |
纸张 |
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