粮食作物根系结构研究的进展、挑战和前景


发布时间:

2022-02-17

来源:

本站

作者:

PhenoTrait

  根系结构 (RSA) 对于优化谷物的资源利用效率和产量非常关键。了解根系性状的功能意义和分子基础对于将RSA性状纳入育种至关重要。高通量根系表型、计算机视觉以及基因组方法的进步,使得现在可以直接进行根系性状筛选。

 

  根是必不可少的多功能植物器官,涉及水分和养分吸收、代谢物储存、固定、机械支撑以及与土壤环境的互作。了解这个“隐藏的一半”将为改变根系结构 (RSA) 性状以优化粮食作物的资源利用效率和产量提供潜力。不幸的是,由于表型分析的难度,根性状在育种中往往被高度忽视,但如果能够充分利用 RSA 性状的变异性,将会获得巨大的收益。

 

  在本文中作者详细论述了根系生长可塑性对环境的响应、粮食作物根系的类型和结构、全球范围内根系结构的表型分析技术和设施(包括无土状态和土壤内根系)、有关根系结构的基因组学研究、以及利用直接性状和代表性状改善粮食作物根表型等方面研究进展。

 

  分析结果表明,使用正向遗传学方法来发现支持理想 RSA 的基因中的序列变异将是非常有益的。计算机视觉应用的进步已经允许基于图像的方法对 RSA 性状进行高通量表型分析,全世界任何实验室都可以使用这些方法在理解根系功能和遗传学解剖方面取得进展。

 

  作者认为,开发用于分析根架构特征的开源软件(例如 RhizoVision Explorer)有助于为各种根特征之间的非线性交互提供有价值的作用。QTL 分析、基因功能表征和表达研究需要更紧密地联系起来,以加速基因发现过程,从而开发出具有改良根系的基因型。由于基因组学和表型组学的进步,未来将快速发现新的基因或等位基因,因此可以通过 MAS 将这些遗传信息纳入育种流程并加速育种。

 

  图1在小麦 (a)、玉米 (b)、水稻 (c) 和小麦 (d) 的根系结构中具有推定作用的基因位点

 

  来源:Maqbool, S., Hassan, M. A., Xia, X., York, L. M., Rasheed, A., & He, Z. (2022). Root system architecture in cereals: progress, challenges, and perspective. The Plant Journal.

 

  编辑:婷婷

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