综述：谷类作物籽粒脱落习性及脱落层奥秘综述

《Protoplasma》：Seed shattering habit in millets and the secrets of the abscission layer – a comprehensive review

　　

摘要

尽管种子脱落仍然是影响小米及其他禾本科作物产量稳定性和收获效率的重要障碍，但在气候变化、人口增长和自然资源有限等多重压力的叠加下，小米越来越多地被认可为具有气候适应性强、营养丰富的谷类作物，具有增强全球营养安全和粮食安全潜力。在驯化过程中，强烈的人工选择倾向于非脱落表型，因此种子脱落——一种野生物种中通过特化脱落层的形成和激活来促进种子扩散的适应性状——成为栽培谷物的一个显著特征。本文围绕脱落区的形态学、生理学、激素调控和遗传调控等方面，综述了小米种子脱落研究的最新进展。禾本科植物间脱落层的形态、位置和木质化程度差异显著，从水稻和高粱中界限清晰的木质化区域到Setaria和Panicum属植物中未木质化且解剖结构较为隐蔽的区域不等。在生理层面，介导中胶质降解的细胞壁修饰酶，如果胶聚半乳糖醛酸酶、纤维素酶、扩张蛋白和果胶甲基酯酶，受生长素、乙烯和脱落酸等多种激素信号协调调控，这些信号共同控制细胞分离的时机和进程。在分子层面，SH1、qSH1、SH4和LES1等驯化相关基因表明，不同禾本科植物谱系中脱落层发育的控制存在趋同进化机制。近年来，模式物种和未充分利用的小米中在转录组学、功能基因组学和基因组测序方面的发展，极大加深了对这些调控网络的理解。解剖学、生理学和遗传学见解的整合，为改进种子保持率、增强产量稳定性和提高收获效率提供了坚实的基础，这进一步巩固了小米作为可持续未来农业中气候智慧型谷物的作用。