综述:解码作物耐旱育种的生理与分子机制

【字体: 时间:2025年07月11日 来源:Plant Physiology Reports 1.5

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  这篇综述系统阐述了作物应对干旱胁迫的生理与分子调控网络,重点介绍了渗透调节(osmotic regulation)、气孔调控(stomatal control)、抗氧化防御(antioxidant defenses)以及QTL定位(quantitative trait loci)、转录组学(transcriptomics)和基因组编辑(genome editing)等现代育种技术,为设计耐旱作物提供了多维度策略。

  

干旱对农业的挑战

全球干旱胁迫严重威胁作物产量,导致生物合成途径受阻、水分离子吸收下降及光合效率降低。研究表明,植物通过形态结构改变(如根系重塑)和生理生化响应(如脯氨酸积累)实现适应性调整。

多层次的耐旱机制

生理层面:气孔开闭动态调控(stomatal control)减少水分流失,同时渗透调节物质(如甜菜碱)维持细胞膨压。分子层面:DREB、NAC等转录因子激活应激基因表达,而SOD、POD等抗氧化酶(antioxidant enzymes)清除活性氧(ROS)。

现代育种技术突破

传统育种周期长且效率低,现代技术如全基因组关联分析(GWAS)定位耐旱QTL,CRISPR-Cas9精准编辑关键基因(如OsPYL/RCAR3),结合转录组(RNA-seq)挖掘胁迫响应枢纽基因,显著加速耐旱品种选育。

未来研究方向

整合多组学数据(multi-omics)解析作物-环境互作网络,优化基因编辑递送系统,并探索表观遗传(DNA甲基化)在跨代耐旱性中的作用,将是突破性进展的关键。

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