小麦抗旱的分子标记、基因定位和基因工程研究进展

综述了与小麦抗旱相关的分子标记、基因定位和基因工程研究进展。作物抗旱性是复杂的数量性状,利用分子生物学技术对抗旱相关的性状进行研究,有利于阐明其遗传基础,为进一步应用现代生物技术进行小麦抗旱性改良提供理论基础,目前小麦抗旱的分子标记尚未和育种工作紧密结合,对这种现象的原因进行了分析,提出了解决问题的办法。基因工程从渗透调节物质、Lea蛋白、转录因子3个方面进行小麦抗旱性改良,转录因子是目前转基因抗旱育种的一个发展方向。     

抗旱转基因小麦的研究进展

受气候复杂多变的影响，小麦生长期间干旱胁迫成为影响其产量的主要因素之一，利用基因工程技术提高小麦抗旱性非常必要。目前，已鉴定出一部分与小麦抗旱性相关并可以提高产量的基因，但与水稻、玉米和其他粮食作物相比，对抗旱转基因小麦的开发研究较少。文章重点关注小麦耐旱性的评价标准以及转基因小麦品种在提高抗旱性方面的进展，讨论了当前在转基因小麦方面取得的一些成就和发展中存在的问题，以期为小麦抗旱性基因工程育种提供理论依据。     

禾本科主要作物抗旱相关基因及转基因研究进展

干旱是限制作物生长和产量的重要因素之一,为提高禾本科主要作物水稻、小麦、玉米、甘蔗的抗旱能力,本研究从植物抗旱机理出发,归纳了植物抗旱相关的功能基因、转录因子以及信号因子。综述了水稻、小麦、玉米、甘蔗抗旱相关基因挖掘以及抗旱转基因的研究进展,针对今后作物抗旱性的研究,提出了开展逆境植物重要抗旱基因资源挖掘、构建多基因共表达系统以及开展科学、标准的转基因抗旱鉴定指标评价体系研究的建议。     

抗旱节水小麦分子遗传育种研究进展

干旱缺水等自然灾害会导致小麦产量年度间变幅较大,尤其在小麦主产区黄淮地区更为严重。小麦抗旱节水育种是应对干旱的重大措施。本综述对小麦抗旱节水常规育种、抗旱节水分子遗传育种相关性状QTL定位、抗旱相关功能基因克隆鉴定、转基因等方面的研究进展进行了综述。水旱亲本杂交与异地交叉选择是卓有成效的常规育种方法,通过分子标记鉴定了关于根重、根长、胚芽鞘、高水分利用效率等相关性状的大量QTL;42个抗旱相关基因被克隆并进行基因功能分析和验证,均从不同代谢通路上影响着小麦抗旱性;14个来自不同供体的抗旱相关基因被研究者导入小麦品种后,转基因小麦植株的抗旱能力均得到不同程度的提高,部分植株在产量和其它抗逆性方面也得到提高。以上研究进展为抗旱节水小麦分子设计育种提供了理论依据和发展方向。     

水稻抗旱机理和抗旱育种研究进展

水资源短缺正成为制约中国水稻生产持续发展的重要因素,培育抗旱性强的水稻品种,不但能够节约水资源,而且有利于稳产增产、节约能源。日益深入的干旱胁迫响应基因及QTL定位研究的积累为进行抗旱育种提供了依据和基础。对水稻在干旱胁迫下的伤害机理和抗旱的分子机制以及水稻抗旱育种研究进展等方面进行了总结和综述,以期为今后进一步深入研究抗旱机理及抗旱育种提供理论依据。今后应加强对稻属抗旱基因资源的有效发掘、评价、创新和利用,进一步发挥抗旱分子标记辅助选择在抗旱育种实践中的作用,改良水稻根系,结合常规育种技术和现代生物技术,提高栽培稻的抗旱性。     

甘薯抗旱相关基因IbNAC72的克隆与功能分析

NAC(NAM/ATAF/CUC,NAC)转录因子是植物中特有的转录调控因子,在植物体的生长发育与逆境胁迫响应等多种生理过程中起着重要的调控作用。本研究利用cDNA末端快速扩增技术(rapid amplification of cDNA ends,RACE)从甘薯品种栗子香中克隆到甘薯抗旱相关基因IbNAC72,该基因cDNA长为1319bp,开放阅读框(open reading frame, ORF)为1008 bp,编码335个氨基酸,分子量为37.4 kD,等电点为8.76,基因组全长为1199 bp,含有3个外显子、2个内含子。多重序列比对和系统进化树分析显示, IbNAC72基因与牵牛花中同源基因的亲缘关系最近。实时荧光定量PCR分析表明,IbNAC72基因在甘薯叶片中的表达量显著高于在茎段和根系中;同时Ib NAC72基因受到干旱和盐胁迫显著诱导表达。利用农杆菌介导法转化烟草,获得过表达IbNAC72基因的转基因烟草植株。对IbNAC72转基因烟草植株的抗旱性分析表明,在长时间干旱条件下,转基因植株的根系更加发达, SOD活性显著提高, MDA的含量显著降低,抗旱性显著提高...     

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。     

玉米抗旱研究进展

作为旱地作物的玉米，其抗旱性是指在大气干旱和土壤干旱条件下，不仅能存活下来，而且能使产量稳定在一定水平的能力。其抗旱机制通常有3种：躲旱（drought escape）、避旱（drought avoidance）和耐旱（drought tolerance）。其中避旱和耐旱统称为抗旱性（drought resistance）。躲旱是植株在严重的水分胁迫发生之前完成其生活周期的能力。避旱是在水分胁迫发生时，植株通过维持组织的高水势或以组织水势略微下降来忍受干旱的能力。耐旱则是随着水势的降低，植物组织的生理活动或代谢活动下降较低的能力。利用早熟品种躲旱，虽然适应干旱环境，但由于早熟性，其产量潜力不大。因此目前大多数育种家都倾向于抗旱性（drought resistance）育种。根据近年来研究发现，不同玉米种质问的抗旱能力具有明显的差异，这种差异是玉米抗旱育种的内因和依据。在当代玉米主栽高产品种及其亲本自交系中应存在抗旱基因，可直接用于玉米的抗旱育种。玉米引入我国已有400多年的历史，长期在广阔的地域进行种植后经人工和自然选择形成了抗旱种质资源的丰富基础。王泽力（1998）对征集的百余份玉米材料筛选鉴定后发现，分布在干旱、半干旱地区的材料具有很强的抗（耐）旱性，经改良后已经取得较好的育种成效。曾盂潜（1992）证实了当前广泛应用的自交系8112和黄早4都具有优良的抗（耐）旱性能。目前，以8112，黄早4为代表的改良系较多，都不失作为研究利用的重点。Dafrisa A研究认为，M017对高温与干旱的胁迫表现出较强的抗性。由此说明，从经过选择和改良的农艺种质资源中可以筛选出抗旱的优良基因型。     

WRKY转录因子在植物抗旱基因工程中的应用进展

干旱是植物生长过程中经常遭受的主要环境胁迫之一,其严重抑制植物生长发育及地域分布,降低作物产量和品质。WRKY转录因子是植物特异的重要转录因子家族,其家族成员众多、功能多样,可以调控植物生长发育及对各种非生物胁迫和生物胁迫的响应,在植物抵御干旱胁迫过程中具有重要作用。本研究阐述了WRKY转录因子的基本结构特征,综述了WRKY转录因子在拟南芥、烟草、水稻、小麦、棉花、大豆、菊花等植物抗旱基因工程中的应用进展,并对存在的问题进行分析,为WRKY转录因子在植物抗旱遗传改良及育种中的应用提供理论依据。     

科学家培育出抗旱转基因小麦

<正>由中国农业科学院作物科学研究所开展的抗旱节水转基因小麦新品种培育研究日前取得最新成果。该项目培育的转基因小麦新品系水分利用效率提高15%以上、产量提高10%以上,具有较大的生产应用潜力。据项目负责人、中国农科院作科所研究员马有志介绍,植物抗旱性是由多基因控制的复杂性状,常规育种难度大、周期较长,对多基因控制的复杂性状的分子标记技术也尚未取得突破。通过提高一个对抗旱     

玉米耐旱分子育种研究进展

干旱是玉米生产的主要非生物胁迫因子之一,培育耐旱品种可以有效地保持其在干旱环境下的产量稳定性。目前,随着生物信息学数据库的不断完善及基因组学技术的发展,耐旱通用QTL的发掘以及关联分析技术在功能标记开发上的应用,新的耐旱相关转录因子／基因的克隆都为解释玉米耐旱性的复杂遗传网络和分子育种提供了新的机遇和方法。本文综述了耐旱基因组学研究进展及其在玉米耐旱分子育种上的应用。     

玉米耐旱性研究进展

干旱是目前影响玉米产量最重要的非生物胁迫因子。为了加快玉米耐旱性研究,提高育种效率,本研究归纳了近年来国内外玉米耐旱性研究现状将其总结为玉米耐旱性鉴定方法、遗传研究、品种选育以及耐旱性功能基因研究。对目前研究中存在的问题,如尚未有统一标准耐旱性鉴定体系、缺乏耐旱种质资源以及耐旱机理研究尚浅等进行了分析,并针对每个问题提出其解决对策,这为玉米耐旱性深入研究提供有力信息。     

植物抗旱相关功能基因研究进展

综述了影响植物抗旱性的各相关功能基因的研究进展及其在抗旱基因工程上的应用现状。干旱是影响植物正常生长发育的一个最重要的逆境因子。人们对植物的抗旱性进行了多层次研究，并从各种生物中鉴别和定位了几十种与提高抗旱性相关的基因，为从分子水平上研究植物的抗旱性奠定了基础。近年来，人们发现了更多的抗旱基因，对已知抗旱基因也有了更深入的研究，并成功转化了多种不同类型的植物，提高了其抗旱能力。     

小麦种质资源抗旱性鉴定评价

培育抗旱节水小麦品种是保障我国粮食安全的重要途径之一, 优异抗旱种质资源筛选及抗旱性评价方法的研究对于提高抗旱育种效率具有关键作用。本研究采用反复干旱法和田间直接鉴定法分别鉴定323份小麦种质苗期和成株期的抗旱性。结果表明, 随着干旱次数的增加幼苗存活率逐渐下降, 而其变异系数和广义遗传力增加。成株期单株产量抗旱系数与综合抗旱性度量值D显著正相关(R ² = 0.609), 采用综合抗旱性度量值D有利于区分干旱对不同种质产量的影响力。苗期反复干旱存活率(DS)与单株产量的抗旱系数及综合抗旱性度量值D均无显著相关。基于反复干旱存活率筛选得到28份苗期强抗旱种质, 基于单株产量抗旱系数和综合抗旱性度量值D分别得到25和30份成株期强抗旱种质, 其中, 9份种质用2种评价方法均表现强抗旱; 21份种质在苗期和成株期均表现抗旱或强抗旱。本研究为小麦抗旱性评价方法及抗旱亲本的合理选择提供理论指导和信息支撑。     

野生大豆转录因子GsNAC20基因的分离及胁迫耐性分析

NAC (NAM, ATAF1/2, CUC2)转录因子作为一类新型转录因子已成为非生物胁迫基因工程领域的研究热点。本研究以野生大豆(Glycine soja)为材料,利用酵母单杂交的方法筛选到一个能够与MYB1AT元件(核心序列为AAACCA)结合的转录因子基因,该基因与大豆NAC20 (EU440353.1)基因具有99%的相似性,命名为GsNAC20。GsNAC20蛋白含有典型的NAC结构域和转录激活区。酵母试验表明,GsNAC20转录因子能够与耐逆相关顺式元件MYB1AT特异结合,但不具有自激活功能。细胞定位分析证明该基因位于细胞核中,符合转录因子的特征。GsNAC20能够响应高盐、干旱和低温胁迫,并且在根和叶中具有不同的表达模式。超量表达GsNAC20基因的拟南芥对盐胁迫的敏感性提高。以上结果表明GsNAC20参与植物非生物胁迫反应过程,该基因在非生物胁迫基因工程研究领域具有良好的理论研究和实际应用价值。     

植物抗旱耐盐机理的研究进展

干旱、盐碱均是影响植物生长发育及作物减产的非生物胁迫因素,研究植物的抗旱性和耐盐性对农业生产和生态建设具有重要的意义。植物在受到干旱胁迫或者盐碱胁迫时,可以通过渗透物质的变化以及保护酶活性变化来响应干旱胁迫或者盐碱胁迫,从而提高植物的抗旱耐盐能力。同时许多与植物抗旱耐盐相关的基因被克隆和分析,并通过转基因技术将这些基因转到植物中异源表达,同样提高了转基因植物的抗旱耐盐能力。笔者从植物形态、生理生化水平以及活性氧清除和转录因子等方面概述了植物的抗旱和耐盐机制。     

Root Phenotyping For Drought Tolerance in Bean Landraces From Calabria (Italy)

Common bean (Phaseolus vulgaris) is cultivated throughout Latin America and Africa, and for the European community, in Italy and Spain, areas are mainly subjected to drought stress which is predict to worsen by regional climatic models. The aims of this work were to identify the drought‐tolerant and drought‐sensitive bean landraces using drought tolerance and phenotypic plasticity indexes and to dissect the root morphological and 2D‐architecture traits related to drought tolerance. Thirty‐one landraces from diverse gene pools and areas of the Calabria region (South Italy), with different habits and morphological traits, were screened for drought tolerance in a hydroponic system. Root phenotyping was conducted by image analysis. Drought tolerance screening identified two landraces as drought tolerant and sensitive, respectively. Under drought stress, the drought‐tolerant landrace exhibited several interesting root traits such as a higher root length, surface area and, above all, the fineness of the whole root systems and, with emphasis, of the higher order roots. Drought stress induced plastic root responses in both bean landraces but with contrasting patterns. The drought‐tolerant landrace exhibited a dimorphic‐rooted strategy, which could be included in future utility for bean breeding programmes in drought‐prone environments.     

水分胁迫下外源ABA提高甘蔗抗旱性的作用机制

以抗旱甘蔗品种ROC22为材料,调查水分胁迫及胁迫加喷施脱落酸(ABA)对甘蔗内源ABA合成及相关生理生化作用的影响。结果表明,干旱及干旱加外施ABA的条件下,甘蔗内源ABA合成水平上升,但干旱加ABA处理增幅更显著,甘蔗叶内的脯氨酸(Pro)、H₂O₂、丙二醛(MDA)含量增加,而ABA处理能缓解MDA的积累,使其含量处于低水平,ABA处理能防止叶绿素降解并对干旱引起的最大光能转化效率(F_v/F_m)、PSII实际量子效率(Φ_PSII)下降有明显的缓解作用。干旱条件下,H₂O₂的积累伴随着抗氧化作用的酶CAT、GPX、GR和APX的活性提高,而ABA处理能进一步提高这些相关酶的活性而逐渐降低H₂O₂的含量,表明干旱条件下,外施ABA能增强甘蔗的抗氧化防护系统,提高抗旱性。