综述:柑橘成花的遗传调控:气候因素与现代生物技术方法的启示

【字体: 时间:2025年10月12日 来源:Planta 3.8

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  本综述系统阐述了柑橘成花的遗传与分子调控机制(如关键基因和转录因子)及其与温度变化、水分胁迫等气候因素的互作关系,并探讨了CRISPR/Cas9、多组学(multi-omics)、纳米材料、人工智能(AI)等现代生物技术工具在培育气候适应性柑橘品种中的应用前景。

  
Abstract

柑橘作为全球贸易量第一、产量第三的水果作物,不仅具有重要的经济价值,还富含营养、抗氧化剂及抗癌、抗菌等药用成分。然而,全球气候变化每年对成年柑橘树的开花数量和质量产生显著影响。柑橘成花的调控是一个复杂的过程,受遗传机制及多种气候胁迫因子(如温度波动、水分胁迫、营养阶段转变等)的共同影响。在不利气候背景下,筛选强健的柑橘基因型并解析遗传调控基因与转录因子之间的互作关系,对于培育气候适应性品种至关重要且充满挑战。

Main conclusion

本综述重点揭示了柑橘成花发育的遗传与分子调控网络在不同气候条件下的响应机制,强调了现代生物技术整合应用对提升柑橘抗逆性和可持续生产的意义。

关键遗传调控因子

柑橘成花过程涉及多个关键基因和转录因子的精细调控。例如,开花整合子基因(如FT、SOC1)和花分生组织特性基因(如LFY、AP1)在光周期和春化途径中发挥核心作用。温度变化可通过表观遗传修饰(如DNA甲基化)影响这些基因的表达,而水分胁迫则可能激活ABA信号通路,进而干扰成花诱导。研究还发现,柑橘中特有的MADS-box转录因子家族成员(如CsTFL1)在维持营养生长与生殖生长平衡中具有关键功能。

气候因子的分子互作

气候因子通过直接或间接方式与分子通路交互。低温胁迫可能诱导CBF信号通路,进而调控下游成花相关基因;干旱胁迫则通过miRNA(如miR172)介导的转录后调控影响花器官发育。此外,CO2浓度升高可能通过光合作用效率改变碳水化合物的分配,间接影响花芽分化。这些互作网络揭示了气候适应性育种的潜在靶点。

现代生物技术框架

为应对气候挑战,综述提出整合多种前沿技术:CRISPR/Cas9基因编辑可精准敲除或修饰成花抑制基因(如CEN-like基因);多组学(转录组、代谢组等)联合分析有助于解析胁迫响应通路;纳米材料可作为基因或激素递送载体提升胁迫耐受性;生物传感器可实时监测田间环境参数;人工智能(AI)和机器学习(ML)模型则能预测成花表型与气候因子的关联,加速育种决策。

展望

通过遗传机制解析与技术创新相结合,未来有望设计出花期可调、抗逆性强的高产柑橘品种,为实现可持续柑橘生产提供解决方案。

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