综述:鹰嘴豆(Cicer arietinum L.)应对热胁迫的育种与基因组学研究进展

【字体: 时间:2025年08月02日 来源:Plant Molecular Biology 3.8

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  本综述系统探讨了全球气候变化背景下鹰嘴豆应对热胁迫的生理与分子机制,重点介绍了多组学(multi-omics)技术如何揭示PSII(光系统II)功能维持、冠层温度调节等关键性状的遗传基础,并展望了高通量表型分析(HTP)与全基因组关联分析(GWAS)等技术在培育耐热品种中的应用前景。

  

热胁迫对鹰嘴豆的挑战

全球气候变暖导致热胁迫频率和强度增加,严重威胁鹰嘴豆(Cicer arietinum L.)的产量稳定性。研究表明,持续高温会破坏叶片叶绿素结构,影响光系统II(PSII)电子传递效率,进而降低光合作用能力。为应对这一挑战,鹰嘴豆进化出多种适应性机制,包括通过增加冠层温度差(CTD)促进散热,以及激活抗氧化酶系统减轻氧化损伤。

多组学技术解析耐热机制

近年来,基因组学(genomics)、转录组学(transcriptomics)和代谢组学(metabolomics)的联合应用揭示了耐热性的复杂调控网络。全基因组重测序发现了与热激蛋白(HSPs)合成相关的SNP位点,而蛋白质组分析则鉴定出Rubisco活化酶等光合相关蛋白的热敏感特性。值得注意的是,Ca2+信号通路和ABA(脱落酸)介导的气孔调节被证实是响应高温的核心途径。

高通量育种技术突破

高通量表型平台(HTP)通过红外热成像和光谱分析实现了CTD、叶绿素荧光等性状的快速检测。结合全基因组预测模型,育种家可提前2-3代筛选出携带优良单倍型(如CaHSP20-3等位基因)的株系。泛基因组研究进一步发现,野生近缘种C. reticulatum中存在PSII稳定因子Trx-m基因的结构变异,为分子标记开发提供了新靶点。

未来研究方向

整合CRISPR-Cas9基因编辑与速度育种(speed breeding)技术,有望实现耐热相关基因(如CaDREB1B转录因子)的精准调控。建立基于机器学习的热胁迫预测模型,将帮助优化种植区域规划。这些进展对保障全球豆类供应和营养安全具有重要意义。

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