藜麦抗旱性研究进展与展望

干旱是造成农作物产量损失最大的非生物胁迫.藜麦作为一种新型的粮食作物,对干旱、盐胁迫、土壤贫瘠和冻害等非生物胁迫均有较好的耐受能力,可以作为土壤与气候逆境条件下的优选作物.筛选、培育耐旱藜麦品种并探明藜麦抗旱相关机制对保障粮食安全、提高藜麦产量与品质,以及提供抗旱基因资源将产生重要的影响.笔者从藜麦在干旱胁迫条件下的抗旱机制、生理生化指标和基因及转录组研究等方面分别进行概述,为藜麦抗旱性鉴定工作提供借鉴,并对今后藜麦抗旱性研究方向进行了展望.     

干旱胁迫下谷子的转录组分析

谷子作为我国的传统优势作物,具有抗旱、耐瘠薄、基因组小等突出优势,已逐渐发展为研究禾本科作物新的模式作物。利用高通量RNA-seq技术,我们对干旱胁迫6 h和6 d的谷子进行转录组测定,筛选表达差异基因。结果显示,干旱胁迫后的差异基因主要富集在生物学通路及代谢通路中,其中编码蛋白激酶、磷酸酶、信号转导组分、转录因子、功能蛋白等基因的表达变化较明显。尤其在干旱胁迫6 d后,谷子中E3泛素连接酶介导的泛素蛋白酶体途径被明显激活。该研究对于筛选谷子抗旱基因进而揭示谷子的抗旱机制提供了重要依据。     

植物microRNAs在干旱胁迫响应中的研究进展

干旱是常见且反复出现的气候特征,严重影响农作物生产。microRNAs（miRNAs）是一类长度为18~24 nt的小分子非编码RNA,转录后的miRNAs可调节基因表达,参与植物生长发育过程。从miRNAs的发现、合成及作用机制,干旱胁迫响应miRNAs的种类及其靶基因、miRNAs介导干旱胁迫的响应机制等方面进行了综述,指出miRNAs在植物响应干旱胁迫过程中存在物种依赖性和组织特异性,且受干旱胁迫条件的影响。同时发现,目前植物miRNAs参与干旱胁迫响应的作用机制及其靶基因调控网络尚不清楚。对未来的研究前景如探究miRNAs调控基因中的顺式调控元件的特征、探索靶基因功能与植物干旱胁迫应答网络关键因子间的相互作用、植物抗旱miRNAs资源库的构建等进行了展望,以期为推动miRNAs在植物抗干旱胁迫中的应用提供参考。     

柳树耐旱机制及耐旱品种研究进展

干旱胁迫是一种非生物胁迫，会对植物造成渗透胁迫、氧化应激等不利影响。柳树抗逆性强，在园林造景、改善环境及生物能源上都有应用。本文从柳树对干旱胁迫的生理形态及分子机制变化展开讨论，综述了柳树抗旱品种选育的研究进展。柳树抗旱品种的选育可通过杂交无性繁殖、抗旱基因编辑等方式，创建健全的柳树遗传转化培育体系，从而为耐旱柳树品种培育提供更坚实的种质后盾。     

关于增强植物耐旱性的调控网络及代谢工程的研究

干旱胁迫是影响作物产量的主要因素之一,为培育耐旱性强的作物,有必要对与之相关的生理学、生物化学及基因调节系统进行基础性研究。利用多功能的基因组工具,有利于拓展人们对胁迫信号感受和转导以及分子水平的调控网络的认识。从这些工具中已挖掘出了一些胁迫诱导基因和调控旱胁迫诱导系统的转录因子。将这些候补基因的转译基因组运用于模式植物上,取得了可喜成绩,但将之导入到作物上,进行田间试验,以期较好的生产力和产量,     

作物耐旱基因的表达特性及遗传工程研究

干旱会限制作物生长及产量形成,并引起作物体内一系列生理生化反应。作物耐旱性是多基因控制的复杂数量性状,为了应对水分缺失,作物体内形成多条信号途径,并在形态、生理和分子水平上适应干旱。受到干旱胁迫后,作物通过激活相关转录因子来调控相应下游基因的表达,并且通过转录后调控和渗透调节来适应干旱,维持正常的生理活动和代谢活动,减少干旱胁迫对植物的伤害。逆境也会诱导小RNA的产生,其通过诱导目的基因mRNA的降解以及阻止翻译过程去调控靶基因,达到耐胁迫逆境的作用。耐旱相关基因的遗传工程对作物在非生物逆境下的正常生长非常重要,总结了干旱响应机制所涉及的基因的功能及利用情况,以期为耐旱育种提供参考依据。     

蔬菜作物应答非生物逆境胁迫的分子生物学研究进展

蔬菜作为重要的经济作物,近年来的种植面积、产量及需求都在不断增加。蔬菜作物在生长和发育过程中经常受到非生物逆境（包括干旱、盐、极端温度及重金属胁迫等）的侵害,影响其产量及品质。近十年来,国内外关于蔬菜应答非生物逆境胁迫的分子生物学研究领域取得了一定的进展。在应答干旱胁胁迫方面,DREB、WRKY、NAC、bHLH及bZIP等转录因子受干旱信号诱导,调节下游抗旱基因的表达,从而提高蔬菜作物抗旱能力。同时,水分运输相关功能基因（PIP、TIP）、E3连接酶SIZ1及脱水蛋白DHN也被报道受干旱诱导,并通过调节水势、渗透势及ROS积累抵御干旱胁迫。在抵御盐胁迫方面,SOS途径至关重要。SlSOS2能够通过调节SlSOS1和Na+/H+逆向转运蛋白LeNHX2/4的表达维持离子平衡和调节植物器官中Na+的分配。蔬菜抗盐研究中NAC、ERF、MYB等转录因子响应盐胁迫并激活抗逆相关基因表达,从而提高蔬菜作物抗盐能力。此外蔬菜植物大量合成渗透调节物质是其抵御盐胁迫的常见方式。吡咯啉-5-羧酸合成酶PvP5CS和tomPRO2、脯氨酸脱氢酶BoiProDH等在盐胁迫下能提高脯氨酸的含量;过表达甜菜碱醛脱氢酶SlBADH能提高番茄中甜菜碱含量。在高温胁迫响应过程中,HSFs位于调控网络的核心位置,可调控包括HSPs在内的一系列抗逆基因的表达,番茄中热激转录因子SlHSFs相互之间形成复合体调控下游SlHSPs的表达而应答高温逆境。在低温胁迫中,CBFs/EREBs位于调控网络的核心位置,并受ICE1调控;LEA及HSPs蛋白在低温下能够防止细胞中蛋白质变性并维持细胞膜流动性。蔬菜应答重金属胁迫主要依靠体内隔离和体内外螯合机制。在蔬菜应答非生物逆境的过程中,ABA作为信号受体起到至关重要的作用。蔬菜中NAC、MYB、HSF等转录因子则受ABA信号诱导,应答非生物逆境,进而提高活性氧清除能力,合成更多抗逆物质,从而抵御非生物逆境的侵害。     

水稻抗旱生理及抗旱相关基因的研究进展

干旱缺水是影响水稻生长发育的重要逆境因子。干旱胁迫会诱导水稻特定基因表达,这些基因的表达和调控能使水稻抵御干旱胁迫的伤害。筛选和培育抗旱的水稻品种不但可在很大程度上节约用水,而且有利于增产稳产和减少环境污染。在此,简要概述了水稻抗旱生理、抗旱机制和抗旱相关基因一些进展,为提高水稻抗旱性和抗旱育种提供相关参考。     

植物DREB转录因子研究进展

DREB转录因子是重要的转录因子之一,在调控与逆境相关基因的表达、提高植物对逆境胁迫适应性中发挥重要作用.文章综述DREB转录因子的克隆、结构特点、表达、与植物逆境胁迫的关系、信号传导及在植物抗逆基因工程中的应用等的研究进展,指出该领域研究存在的问题如:其他多个逆境条件下DREB类转录因子的研究、受DREB直接调控的基因的特点及其调控机制、DREB自身和结构调控及其调控基因形成的表达调控网络,今后须针对这些问题进行深入研究,为提高作物抗逆性和选育抗逆作物品种奠定基础.     

谷子Aux/IAA家族基因干旱胁迫响应表达模式分析

[目的]Aux/IAA是重要的蛋白质转录因子,广泛参与植物生长素介导的应答作用,同时参与植物的胁迫和防御响应。本文通过分析Aux/IAA家族基因在干旱胁迫中的表达情况,探索谷子抗旱与Aux/IAA家族基因的关系。[方法]本文对谷子Aux/IAA家族基因理化性质、蛋白亲疏水性、启动子功能元件等进行生物信息学分析,并对抗旱(GG)和干旱敏感(JF16)谷子品种在浇水和干旱胁迫下基因的表达谱数据进行分析。[结果]谷子Aux/IAA家族基因均含有多个与胁迫相关的功能元件,且5个基因编码的蛋白均为亲水性蛋白;干旱胁迫处理后,GG和JF16中5个基因的表达变化趋势有所不同,Seita.5G126200、Seita.1G028400、Seita.3G109400表达量均下调,Seita.1G356800基因的表达量明显上调。[结论]谷子Aux/IAA家族基因参与调控谷子干旱胁迫,其调控过程比较复杂,可作为参与谷子抗旱的候选基因。本研究结果为进一步探究谷子中Aux/IAA与抗旱机制提供一定理论依据。     

植物干旱诱导蛋白及相关基因的表达与调控

对植物干旱诱导蛋白的种类、功能以及相关基因的表达与调控进行了综述,期望进一步了解植物抗旱的生理生化机制,并对其利用基因工程进行抗旱品种选育的前景做出了展望。     

论高粱的抗旱性及在旱区农业中的地位

 本文以笔者研究组多年研究结果为基础,以玉米为主要参比作物,就干旱逆境下高粱的产量表现、水分利用及抗旱特性进行了论述。认为高粱是一种综合抗旱能力很强的作物,尤其具有低耗水、高水分利用效率特性,其耐旱性显著高于玉米,也高于谷子和苜蓿,属于一种典型的模式抗旱作物,具有重要的生产和研究价值。指出高粱作为抗逆性很强的粮饲酿兼用作物,特别是作为一种能源植物,仍具良好的发展前景。建议今后在降水量低于450 mm、热量可满足生长的地区扩大高粱种植面积,同时加强对其整体抗旱性机理及抗旱基因组的研究。     

抗旱相关基因及其遗传工程

干旱是影响全球生态的重要因子,文章综述了转录调控因子和转录后RNA/蛋白修饰因子两类抗旱相关基因及其在耐旱性遗传改良中的应用。其中,胁迫应答的转录调控因子包括脱水响应因子(DRE)、锌指蛋白(ZFP)、核因子(NF-Y)和WRKY转录因子;转录后RNA/蛋白修饰因子包括蛋白的法尼基化、蛋白磷酸化和蛋白的聚ADP核糖基化作用。这些基因中有的已克隆并通过生物技术手段转入作物中,靶基因的表达提高了作物的抗旱性及产量。     

对目前大豆抗旱育种选择指标及分子标记的应用调查

分子标记育种给作物抗旱育种提供了新的途径。在此,对大豆抗旱育种的研究现状进行了调查,分析了近年来分子标记在大豆抗旱育种中的应用情况,并对目前与大豆抗旱性状相关的QTL(QuantitativeTraitLoci)分子标记辅助育种进行了初探,最后指出了分子标记在大豆抗旱育种中的广阔前景及其发展趋势。     

作物对水分胁迫的生理响应研究进展

作物在干旱环境条件下,形成一系列抵御干旱逆境的生理机制。了解作物对水分胁迫的生理响应,研究其生理学机制,对当前作物抗逆育种和作物抗旱性能的评价都具有重要意义。简要回顾了近20 a来作物的耐旱机制、水分胁迫下其生理生化反应以及细胞超微结构变化的研究进展,并分析了该研究领域的现状和重点关注的问题。     

干旱条件下施肥与作物抗旱性的关系

施肥与作物抗旱性有着密切的关系,对土壤肥力和氮﹑磷﹑钾三大营养元素与作物抗旱性关系的研究证明:旱地施肥后,满足了作物对营养元素的需求,促进了作物生长,增强了生理活动,通过渗透、水分、气孔、光合调节等生理生化机制影响作物的代谢活性。水分胁迫条件下施肥使叶片水势增强,束缚水含量增高,根系生长增强,作物吸水增强,气孔导度降低,水分散失减少,对作物水分生理及形态建设影响显著,提高了作物的抗旱性。不同营养元素与抗旱性的关系是不同的:如氮的抗旱作用随土壤干旱程度的加剧而降低,随着氮用量的增加甚至出现负效应;受到水分胁迫时,增施磷肥对植物的抗旱性一直表现为良好的正效应,而且在严重干旱时效果更加明显;因此,随干旱程度的加剧应适当增加磷肥的施用量。营养元素间配合施用有利于提高作物的抗旱能力。     

谷子抗旱研究进展

前人对谷子的研究主要集中在抗旱鉴定的方法以及表型特征等形态方面,有关谷子抗旱性分子机制和从谷子中发掘抗旱基因的研究几乎是空白。就植物抗旱的分子机制、谷子抗旱的鉴定方法和分子机理研究进行综述,并对谷子抗旱研究进行了展望。     

豫西旱作区农业水资源分析及调控途径

豫西旱作区农业水资源严重匮乏 ,年降水量偏少 ,季节分布不均 ,年际变率大 ,干旱灾害频繁 ,且持续时间长。水资源短缺已成为制约豫西旱作区农业可持续发展的关键因素。在分析豫西旱作区农业水资源面临问题的基础上 ,探讨了旱作农业抗旱节水的有效途径 :选用耐旱作物和抗旱节水品种 ;采用各种抗旱节水农技措施 ;推广降雨集存技术、节水灌溉及化学抑蒸技术。