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揭示高温胁迫下糯玉米籽粒在形成过程中的适应性变化
日期:2021-07-27 作者:未知 来源:植物生物技术 点击:
 气候变暖已成为影响全球农业生产的严重问题,据 IPCC2018 预测,21 世纪末全球气温将升高 1.5℃,这将进一步增加高温热害的频率和强度。玉米作为全球广泛种植的粮食作物,极端高温天气频繁发生在玉米对高温敏感的灌浆结实期,给玉米生产带来了严重威胁。随着玉米结实期温度升高,籽粒灌浆时间缩短,籽粒发育进程加快,籽粒内物质积累和产量随之降低。糯玉米作为重要的特用玉
米,其胚乳淀粉几乎为 100%的支链淀粉,具有较高的经济和食用价值。由于其淀粉的优良特性,也作为食品和非食品工业的重要原料。然而,糯玉米经常受到高温超导的威胁,导致淀粉品质变劣。因此,了解高温胁迫下糯玉米籽粒在形成过程中的适应性变化,对减轻高温胁迫对籽粒产量和品质的影响至关重要。
  2021 年 6 月 15 日,Journal of Experimental Botany 在线发表了扬州大学陆大雷教授团队题为“Multi-omics analysis of kernel development in response to short-term heat stress at the grain formation stage in waxy maize”的研究论文。该研究以糯玉米为材料,对授粉后 1-15 天(Days after pollination,DAP)的植株进行了四种高温胁迫处理:28℃/20℃(对照)、28℃/27℃(夜高温)、35℃/20℃(昼高温)和 35℃/27℃(昼夜高温)。研究发现,
与对照相比,三种高温胁迫处理均加快了籽粒脱水速率,抑制了淀粉合成关键酶的活性,最终导致籽粒干重和淀粉含量下降。因而,为了进一步阐明糯玉米籽粒对高温胁迫的响应,对 10 DAP 和 25 DAP 的籽粒进行了转录组、蛋白质组和代谢组分析。
  高温胁迫下转录组和蛋白组的分析表明,编码籽粒发育和淀粉形成的基因和蛋白分别在 10DAP 上调和下调表达,而在 25DAP 的表达则相反。代谢组分析表明,10DAP 和 25DAP 的代谢物积累呈相反模式。多组学联合分析表明,籽粒中生长素、脱落酸(ABA)和水杨酸(SA)的信号通路对高温胁迫的响应在 10DAP 比 25DAP更为活跃。生长素、ABA 和 SA 信号通路相关基因和蛋白的差异表达,可能调控了高温胁迫下籽粒的代谢过程。
  该研究结果表明,籽粒发育早期(1-15DAP)的高温胁迫,对整个籽粒发育时期产生了影响,且昼夜高温影响最大。高温胁迫下籽粒的多组学分析,为调控高温胁迫下玉米产量和品质形成提供了新思路。
  扬州大学博士后(助理研究员)郭剑为该论文第一作者,扬州大学农学院陆大雷教授为该论文通讯作者。
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