獲得性耐旱性狀對小麥和水稻耐旱的作用及耐旱水平的差異比較
水稻作為重要的糧食作物，為全球近50%的人口提供口糧。目前，水稻的種植主要依靠淹水灌溉模式，這種淡水資源高消耗的生產(chǎn)方式制約了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。氣候的變化導致了水稻生產(chǎn)區(qū)域的大量減產(chǎn)，其中，干旱脅迫已經(jīng)成為全世界范圍內(nèi)影響水稻生產(chǎn)的最重要的環(huán)境因子。加之近年來工業(yè)用水、城市居民用水的增加及淡水資源的污染而導致淡水資源短缺，從而加劇了水稻的產(chǎn)量損失。所以選育在干旱脅迫下的高產(chǎn)量水稻品種是保證水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要途徑之一。在前人的研究中發(fā)現(xiàn)，水稻的“獲得性耐旱（acquired drought tolerance, ADT）”性狀在水分充足的環(huán)境中缺失，而在植物受到適當干旱脅迫誘導時，則會出現(xiàn)上調(diào)，從而維持植株正常的新陳代謝。然而，前人的研究均通過溫度和脅迫誘導因子，而不是用干旱脅迫本身作為誘導因子來誘導應答。雖然近年來高通量表型方法的研究促進了高端表型平臺的建立，可以對脅迫下的遺傳變異進行監(jiān)測，但準確地模仿自然條件下的干旱脅迫仍然是一個重大挑戰(zhàn)。
近日，Plant Phenomics 刊發(fā)了題為Acquired Traits Contribute More to Drought Tolerance in Wheat Than in Rice 的研究論文。在本研究中，對兩個水稻品種IR64（不耐旱）和Apo（耐旱）及耐旱小麥品種Weebill的“獲得性耐旱（acquired drought tolerance, ADT）”性狀進行評估。作者將幼苗用一定濃度梯度的甲基紫精（methyl viologen ，MV）進行誘導處理，通過比較不同處理試驗苗的根系和莖的生長狀況，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過誘導處理的幼苗比直接進行嚴重干旱處理的幼苗有更高的耐旱性和恢復生長能力(Figure 2)。同時，開發(fā)了具有自動灌溉系統(tǒng)的新型表型檢測平臺（Figure 1）來獲取植株在營養(yǎng)生長階段的ADT性狀，此裝置的自動灌溉系統(tǒng)可有效地控制土壤中的水分壓力，設置較為精確的干旱梯度，另外，該裝置可以保持一定水平的土壤水分含量，而不受植物蒸騰作用的影響，因此，該平臺提供了評估ADT特性的最優(yōu)方法。
Figure 1 Drought stress imposition protocol for rice and wheat using a plant phenomic platform.
Figure 2 Effect of methyl viologen (MV) on plant growth in induction and severe stress treatments (10 μM) in both rice (IR64 and Apo) cultivars and the wheat (Weebill) cultivar (Experiment 1).
通過設置干旱梯度，比較了幼苗在不同干旱脅迫下的應答，結果顯示，IR64總生物量較Apo減少的更多。小麥Weebill與Apo相比，顯示出較低的損傷水平和較高的恢復生長能力， Apo的ROS清除酶和干旱響應基因的表達明顯高于IR64，但Apo和Weebill之間的差異很小。本研究闡明了不同品種以及物種之間對于干旱脅迫響應的差異，為提高農(nóng)作物的耐旱性提供了新的思路。有利于提高水分利用效率的同時維持一定的產(chǎn)量，對推動農(nóng)業(yè)生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展具有良好的推動作用。
How to Cite this Article
Preethi Vijayaraghavareddy, Ramu S. Vemanna, Xinyou Yin, Paul C. Struik, Udayakumar Makarla, Sheshshayee Sreeman, "Acquired Traits Contribute More to Drought Tolerance in Wheat Than in Rice",Plant Phenomics, vol. 2020, Article ID 5905371, 16 pages, 2020. https://doi.org/10.34133/2020/5905371
——推薦閱讀——
Nondestructive 3D Image Analysis Pipeline to Extract Rice Grain Traits Using X-Ray Computed TomographyPlant Phenomics | 一種基于CT成像的水稻3D稻穗圖像分析和谷粒性狀無損測量技術
Precision Phenotyping Reveals Novel Loci for Quantitative Resistance to Septoria Tritici BlotchPlant Phenomics | 精確表型研究揭示新的小麥葉枯病定量抗性基因位點
About Plant Phenomics
《植物表型組學》（Plant Phenomics）是由南京農(nóng)業(yè)大學和美國科學促進會（AAAS）合作創(chuàng)辦的英文學術期刊，于2019年1月正式上線發(fā)行，是Science合作出版的第二本期刊。采用開放獲取形式，刊載植物表型組學交叉學科熱點領域具有突破性科研進展的原創(chuàng)性研究論文、綜述、數(shù)據(jù)集和觀點。具體范圍涵蓋高通量表型分析的最新技術，基于圖像分析和機器學習的表型分析研究，提取表型信息的新算法，作物栽培、植物育種和農(nóng)業(yè)實踐中的表型組學新應用，與植物表型相結合的分子生物學、植物生理學、統(tǒng)計學、作物模型和其他組學研究，表型組學相關的植物生物學等。期刊已被CABI、CNKI和DOAJ數(shù)據(jù)庫收錄。
說明：本文由《植物表型組學》編輯部負責翻譯。中文內(nèi)容僅供參考，一切內(nèi)容以英文原版為準。
編輯：徐霏（實習）、孔敏
審核：尹歡
