综述：表观遗传调控非生物胁迫响应以提高作物健康与抗逆性

《Journal of Crop Health》：Epigenetic Regulation of Abiotic Stress Responses for Improved Crop Health and Resilience

【字体：大中小】 时间：2026年10月07日 来源：Journal of Crop Health 2.8

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　　摘要植物持续暴露于波动且往往同时发生的非生物胁迫环境中，包括干旱、盐害、极端温度和营养限制，这些因素共同威胁着植物的适应性、作物产量和全球粮食安全。虽然遗传变异是长期适应的基础，但仅靠遗传决定论无法解释在同一世代内观察到的快速、可逆且依赖背景的情境特异性胁迫反应。表观遗传调控

摘要

植物持续暴露于波动且往往同时发生的非生物胁迫环境中，包括干旱、盐害、极端温度和营养限制，这些因素共同威胁着植物的适应性、作物产量和全球粮食安全。虽然遗传变异是长期适应的基础，但仅靠遗传决定论无法解释在同一世代内观察到的快速、可逆且依赖背景的情境特异性胁迫反应。表观遗传调控已成为一种核心机制，使植物能够将环境信号整合为动态的转录和发育响应，同时保留先前胁迫暴露的相关信息。本综述综合概述了调控植物对非生物胁迫反应的表观遗传机制，特别关注分子胁迫记忆及其与作物抗逆性的关联。以拟南芥（Arabidopsis thaliana）作为主要的机制参考系统，阐述DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码RNA如何在胁迫暴露、恢复及后续胁迫遭遇期间重塑染色质结构。证据表明，某些表观遗传状态在初始胁迫之后持续存在，产生预激活的染色质构型，支持再次遭受胁迫时增强的转录响应能力。将模式植物系统所获得的机制见解与主要作物（包括水稻、玉米、小麦、大豆和棉花）的比较研究和转化研究结果相结合，以评估不同植物基因组中表观遗传调控策略的保守性和多样化趋势。高通量表观基因组学分析、多组学整合以及基于生物信息学的网络推断方面的进步被视为关键的赋能工具，它们已将植物表观遗传学转变为一个具有预测能力的调控框架，但实现这一目标仍依赖于功能验证。最后，讨论了当前面临的挑战、尚未解决的知识空白，以及将表观遗传学见解纳入育种策略、基于预激活的干预措施和气候适应性农业体系的未来机遇。总体而言，表观遗传可塑性被定位为一种赋能调控维度，它能够扩展适应能力，并在加速的环境变化背景下支持作物的可持续改良。

图形摘要

植物持续暴露于波动且往往同时发生的非生物胁迫环境中，包括干旱、盐害、极端温度和营养限制，这些因素共同威胁着植物的适应性、作物产量和全球粮食安全。虽然遗传变异是长期适应的基础，但仅靠遗传决定论无法解释在同一世代内观察到的快速、可逆且依赖背景的情境特异性胁迫反应。表观遗传调控已成为一种核心机制，使植物能够将环境信号整合为动态的转录和发育响应，同时保留先前胁迫暴露的相关信息。本综述综合概述了调控植物对非生物胁迫反应的表观遗传机制，特别关注分子胁迫记忆及其与作物抗逆性的关联。以拟南芥（Arabidopsis thaliana）作为主要的机制参考系统，阐述DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码RNA如何在胁迫暴露、恢复及后续胁迫遭遇期间重塑染色质结构。证据表明，某些表观遗传状态在初始胁迫之后持续存在，产生预激活的染色质构型，支持再次遭受胁迫时增强的转录响应能力。将模式植物系统所获得的机制见解与主要作物（包括水稻、玉米、小麦、大豆和棉花）的比较研究和转化研究结果相结合，以评估不同植物基因组中表观遗传调控策略的保守性和多样化趋势。高通量表观基因组学分析、多组学整合以及基于生物信息学的网络推断方面的进步被视为关键的赋能工具，它们已将植物表观遗传学转变为一个具有预测能力的调控框架，但实现这一目标仍依赖于功能验证。最后，讨论了当前面临的挑战、尚未解决的知识空白，以及将表观遗传学见解纳入育种策略、基于预激活的干预措施和气候适应性农业体系的未来机遇。总体而言，表观遗传可塑性被定位为一种赋能调控维度，它能够扩展适应能力，并在加速的环境变化背景下支持作物的可持续改良。