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作科所揭示玉米干旱冷害聯合脅迫的生理和分子機制

  近日,中國農業科學院作物科學研究所耕作與生態創新團隊揭示了玉米苗期在干旱冷害聯合脅迫下,干旱緩解冷害造成損傷的光合生理、代謝及分子機制。2月5日,相關研究論文在《植物生理(Plant Physiology)》雜志上在線發表。

  據周文彬研究員介紹,在全球氣候變化日益加劇的背景下, 多重聯合脅迫對作物生長發育及作物產量形成的不利影響日益顯著。因此,需要通過培育耐受聯合脅迫的新品種或采用栽培調控技術來提高作物對多重聯合脅迫的耐受性。目前,大量的研究集中在單一脅迫對作物造成的生長發育、生理及分子的調控機制,而有關作物對多種脅迫組成的聯合脅迫響應和適應的生理及分子機制知之甚少。

  本研究通過系統分析苗期玉米在單一干旱、冷害以及二者聯合脅迫條件下的表型和光合生理差異,發現聯合脅迫條件下干旱能夠明顯緩解冷害脅迫對玉米光合和生長等造成的損傷。通過轉錄組學和代謝組學分析,發現相對于單一冷害脅迫,聯合脅迫誘導大量脫落酸合成及脫落酸合成關鍵基因上調、與脅迫響應相關糖類(棉子糖、海藻糖等)合成及其合成關鍵基因上調、胚胎發育晚期豐富蛋白編碼基因上調、光合相關基因下調等;進一步通過外源脫落酸噴施的平行試驗,驗證了聯合脅迫下干旱誘導產生的脫落酸在增強植物冷害耐受性中具有重要作用。

  該研究闡明了玉米抵御干旱冷害聯合脅迫的調控網絡、生理代謝與分子途徑,為培育耐受聯合脅迫的作物以及建立抵御苗期干旱冷害聯合脅迫的栽培措施提供重要的理論依據。

  作科所博士后郭倩倩博士為論文第一作者,作科所周文彬研究員為通訊作者。該項目得到中國農科院創新工程、國家重點研發計劃項目資助。

  原文鏈接:https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiab050/6128687



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