储成才的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/储成才 中国科学院遗传发育所研究员,主要从事植物分子生物学研究

博文

徐玉芳博士 Crop Journal 特邀综述:高温胁迫对水稻的影响:挑战与对策 精选

已有 2040 次阅读 2021-4-20 20:30 |个人分类:个人随笔|系统分类:科研笔记

  全球气候变暖所导致的高温胁迫严重威胁到全球粮食安全。水稻是一种重要的粮食作物,养活了全球一半以上的人口,而高温胁迫会严重降低水稻的产量和品质。目前主要通过农艺管理措施和基于结实率选择等农艺性状辅助选择育种来改善水稻耐高温能力。由于水稻响应高温胁迫的分子机制仍知之甚少,因此,实际育种中对水稻耐高温性的遗传改良进展非常缓慢。

近日,中国科学院遗传与发育生物学研究所姚善国研究组与储成才研究组合作在The Crop Journal发表了题为The impact of high temperature stress on rice: challenges and solutions的综述文章,系统总结了水稻中高温胁迫引起的表症、高温信号感知与信号传导等各方面研究进展,探讨了推进水稻高温响应研究与提高水稻耐高温性能的可能途径。

综述主要包括三部分内容:(1)高温胁迫下水稻植株表现出形态和生理症状;形态症状主要包括死苗、分蘖减少、结实率降低、垩白度增加、品质下降等,生理症状主要包括膜损伤、ROS过度积累、光合作用受阻、碳水化合物代谢和分配紊乱、激素水平失衡等。(2)水稻响应高温胁迫的分子机制:细胞壁结构重塑、细胞膜流动性改变、细胞膜定位的Ca2+通道介导的Ca2+浓度改变、细胞膜定位的RBOH介导的ROS水平改变是高温胁迫响应的早期事件,细胞质内Ca2+ROS水平的升高会激发下游一系列热胁迫响应通路;其中,以热激转录因子HSFA1s为中心的转录调控网络对于植物响应热胁迫至关重要;另外,热胁迫下的蛋白质内稳态对于水稻应对高温尤为重要,其影响因素包括依赖内质网的蛋白质质量控制、毒性蛋白的有效清除以及翻译水平的调控等(图 1)。(3)水稻耐高温改良主要方法包括:农艺管理措施如合理利用植物激素、合理施肥和灌溉等;基于结实率选择和其它农艺性状辅助的常规育种;基于耐热QTL鉴定的分子标记辅助育种(图 2);基于转基因和基因编辑技术改良水稻品种耐热性。

文章最后强调,未来水稻耐高温研究应注重挖掘和利用野生稻或地方种质资源,结合多组学技术鉴定耐热新基因,还应注重高温胁迫和其它胁迫尤其是干旱胁迫的交叉研究。另外,根系微生物和内生微生物的研究的快速发展也可能为提高作物耐高温能力提供新的思路。

 image.png

 1 植物响应高温胁迫的分子调控网络


image.png

图2 已克隆或定位的水稻耐热QTL位点

These QTL are detected according to the heat stress induced-phenotypes such as seedling root length or shoot length, survival rates, spikelet fertility/sterility, flowering time, yield per plant, seed-setting rate, the frequency of white-back grains, basal-white grains and milky-white grains, or grain weight. Different names in one locus indicate the locus has been reported in at least two studies, suggesting that the QTL may have large and stable effects. Red names indicate that these QTL have been cloned and functionally validated by transgenic approaches.


参考文章:

Xu Y, Chu C*, and Yao S* (2021) The impact of high-temperature stress on rice: Challenges and solutions. Crop J. doi: 10.1016/j.cj.2021.02.011.

Xu Y#, Zhang L#, Ou S, Wang R, Wang Y, Chu C*, and Yao S* (2020) Natural variations of SLG1 confer high-temperature tolerance in indica rice. Nat. Commun. 11: 5441.



https://wap.sciencenet.cn/blog-2351-1282954.html

上一篇:孙昌辉博士 PBJ 文章:解析生物钟元件OsLHY精准调控水稻抽穗期日长临界点的分子机制
下一篇:李赓觅博士 Crop Journal 综述:探索水稻产量提升潜力:解码形态性状和生理性状

6 黄永义 杨卫东 农绍庄 段煦 秦卓明 高建国

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (1 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2021-5-15 17:14

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部