增加的干旱威胁着土壤微生物群落及其在农业土壤中控制的多种功能。这些土壤通常被矿物营养物质受精,但尚不清楚这种施肥如何改变土壤多功能性(SMF)的能力,以维持干旱,以及植物土质相互作用如何影响这些效果。在这项研究中,我们使用山草原土壤来测试矿物营养素(氮和磷)添加的互动效应,并在中间有和没有植物(Lolium Perenne)的SMF上进行了干旱,并在中含有植物中(Lolium Perenne)。我们根据与土壤微生物在其生物量中储存碳(C),氮(N)和磷(P)的能力相关的8个微生物特性计算了SMF,并通过有机物解聚,矿化,硝化,硝化物和否定性加工来处理这些元素。为了研究SMF响应的基础机制,我们表征了使用16S和18S rRNA扩增子测序的土壤化学计量和微生物群落组成的提示变化。我们的结果表明,在植物存在时,受精会降低SMF干旱的耐药性,但在未种植的山地草原土壤中观察到了相反的情况。我们的分析表明,这是由于植物的相互作用,受精和干旱造成了与高SMF相关的四种耦合特性:高土壤水分,低蛋白质C限制,高细菌多样性和低细菌革兰氏革兰氏阳性阳性:革兰氏阳性:革兰氏负比例。总的来说,我们的结果表明,减少矿物肥料在山地草原中的植物生产可以提高土壤在干旱期间保持其多功能性的能力。最后,我们的研究清楚地证明了植物在SMF对全球变化的复杂反应中的重要性,并表明结合化学计量和微生物多样性评估是一种强大的方法,可以解散基本机制。
图1。土壤对干旱和受精的多功能反应,有或没有植物。星星表示干旱和正常气候治疗之间的显着差异。np =无植物,p =植物存在,f =受精,nf =无施肥。灰色=未植入的土壤,绿色=种植土壤,浅色=未施用的土壤,深色=受精的土壤。
霜霉病抗性 6 (DMR6) 蛋白是一种 2-氧戊二酸 (2OG) 和 Fe(II) 依赖性加氧酶,参与水杨酸 (SA) 代谢。SA 被认为是一种非生物胁迫耐受性增强剂,在番茄中发现 DMR6 的失活会增加其水平并诱导对多种病原体的抗病性。通过应用 CRISPR/Cas9 技术,我们生成了 Sldmr6-1 番茄突变体并测试了它们对干旱和晚疫病的耐受性。野生型番茄品种‘San Marzano’及其 Sldmr6-1 突变体被剥夺了 7 天的水。WT植物表现出严重的枯萎,而T 2 Sldmr6-1突变体叶片肿胀,并保持较高的土壤相对含水量。生态生理测量表明,Sldmr6-1突变体采取了节水行为,通过降低气孔导度来降低蒸腾速率。在干旱胁迫下,同化率也降低,导致气孔下腔中的CO 2浓度没有改变,并提高了水分利用效率。此外,在Sldmr6-1突变体中,干旱胁迫诱导抗氧化相关基因SlAPX和SlGST的上调以及参与ABA分解代谢的SlCYP707A2基因的下调。最后,我们首次在番茄中强调,Sldmr6-1 突变体对晚疫病的病原菌致病菌的敏感性降低。
连接数 = 2019 年为 5,701 当前连接数 = 2023 年为 6,330 过去 5 年连接数总增量 = 871 过去五年的用水信息:年份使用量估计城市用水量损失峰值日(MG)人口*人均使用量(MG)(MG)。平均日数 2019 528 12,790 113 gpcd 4.690 21.1 1.460 – 1.828 2020 592 12,820 127 gpcd 7.034 31.2 1.655 – 2.366 2021 612 12,940 130 gpcd 5.242 66.5 1.693 – 1.849 2022 708 13,608 142 gpcd 6.603 18.8 1.900 – 2.721 2023 698 14,298 132 gpcd 6.130 17.4 1.875 – 2.754 *人口估计数来源为NCTCOG(北中德克萨斯政府委员会)。供水来源:= 鹰山湖处理和分配系统:处理厂容量 = 600 万加仑/天高架储存 = 150 万加仑地面储存 = 240 万加仑当前年度废水总流量:= 2023 年为 4.753 亿加仑。
摘要 干旱对全球粮食安全构成了巨大挑战,特别是在气候变化的背景下。基因工程是一种有希望的解决方案,可以开发能够抵御缺水同时保持生产力的抗旱作物。本文概述了旨在提高作物抗旱性的基因工程技术的现状及其对粮食安全的影响。了解植物对干旱胁迫的生理和分子反应对于确定基因操作的目标基因和途径至关重要。各种基因工程方法,包括转基因技术、标记辅助选择、基因组编辑和合成生物学,为提高作物的抗旱能力提供了多种工具。尽管转基因抗旱作物具有潜在的好处,但采用转基因抗旱作物仍面临监管、社会经济和环境挑战。协调监管框架、解决公众关切和促进公平获取技术对于充分发挥农业基因工程的潜力至关重要。展望未来,基因组编辑技术的进步、组学方法的整合和气候适应性育种计划有望为开发作物的定制抗旱性状。通过促进跨学科合作与创新,基因工程为建立更具弹性和可持续性的粮食系统提供了途径,能够在气候变化下确保子孙后代的粮食安全。
摘要。干旱给全球粮食安全带来了巨大的挑战,尤其是在气候变化的背景下。基因工程是一种有前途的解决方案,以开发能够承受水稀缺的同时维持生产力的抗旱作物。本文概述了目前的基因工程技术状态,旨在增强农作物的干旱耐受性及其对粮食安全的影响。了解植物对干旱胁迫的生理和分子反应对于鉴定靶基因和遗传操纵途径至关重要。各种基因工程方法,包括转基因技术,标记辅助选择,基因组编辑和合成生物学,提供多功能工具,以增强农作物的干旱韧性。尽管具有潜在的好处,但采用了基因工程的耐旱作物面临监管,社会经济和环境挑战。协调监管框架,解决公众的关注以及促进公平的技术访问对于实现农业基因工程的全部潜力至关重要。展望未来,基因组编辑技术的进步,OMICS方法的整合以及气候富别的育种计划有望在农作物中发展量身定制的干旱耐受性特征。通过促进跨学科的合作和创新,基因工程为建立更具弹性和可持续的食品系统提供了一种途径,能够在不断变化的气候下确保子孙后代的粮食安全。
1 新墨西哥州立大学克洛维斯农业科学中心,美国新墨西哥州拉斯克鲁塞斯,2 印度达尔瓦德农业科学大学生物技术系,3 美国阿拉巴马州奥本市奥本大学作物、土壤与环境科学系,4 美国威斯康星州麦迪逊市美国农业部农业研究局蔬菜作物研究中心,5 美国威斯康星州麦迪逊市威斯康星大学园艺系,6 美国阿拉巴马州奥本市奥本大学生物系统工程系,7 美国阿拉巴马州塔斯基吉市塔斯基吉大学植物与土壤科学系,8 美国爱荷华州立大学生物技术系,美国爱荷华州艾姆斯市,9 印度特伦甘纳邦帕坦切鲁国际半干旱热带作物研究所 (ICRISAT)
摘要:小麦是世界上最重要的主食作物之一,其遗传改良对于满足不断增长的人口的全球需求至关重要。然而,气候变化加剧的环境压力和耕地面积的不断恶化使得满足这一需求变得非常困难。鉴于此,小麦对非生物胁迫的耐受性已成为遗传改良的一个关键目标,这是一种在不增加耕地面积的情况下确保高产的有效策略。与现代农业相关的遗传侵蚀,即高产小麦品种是高选择压力的产物,这降低了整体遗传多样性,包括可能有利于适应不利环境条件的基因的等位基因多样性。这使得传统育种成为一种效率较低或速度较慢的产生新抗逆小麦品种的方法。无论是挖掘不适应的大型种质库的多样性,还是产生新的多样性,都是主流方法。基因工程的出现为创造新的植物变异提供了可能性,其应用为传统育种提供了强有力的补充。转基因和基因组编辑等基因工程策略为改善栽培品种具有重要农学意义的环境耐受性提供了机会。至于小麦,全球有数个实验室已成功培育出具有增强的非生物胁迫耐受性的转基因小麦品系,而且最近,用于小麦基因组内靶向变异的 CRISPR/Cas9 工具也取得了显著改进。鉴于此,本综述旨在提供基因工程应用的成功案例,以改善小麦对干旱、盐分和极端温度的适应性,这些是最常见和最严重的事件,导致全球小麦产量损失最大。
木薯 (Manihot esculenta Crantz) 据信在南美洲驯化了大约 8000 年,并于 16 世纪由商人带到了西非 [1]。木薯与包括产橡胶的 Manihot glaziovii 在内的 98 个其他物种一起,属于大戟科、木薯属 [2 – 5]。它是一种高度杂合的作物,以多倍体或二倍体的形式存在,后者有 36 条染色体 [6],在人类消费中位居水稻和玉米之后的第三位。此外,它还可用作动物饲料,并在商业上用于生产淀粉和可生物降解塑料。该作物通过茎插繁殖,每公顷的产量范围为 5000 – 20,000 个插穗,具体取决于品种的生长性质和种植系统 [7]。作为一种作物,木薯是最耐旱的作物之一,也能耐受营养贫乏和酸性土壤。木薯产量为 3.08 亿吨,种植面积为 2780 万公顷。尼日利亚是主要生产国之一,约占全球总产量的 20%,其他主要种植国包括安哥拉、巴西、中国、刚果民主共和国、加纳、印度尼西亚、菲律宾和莫桑比克、越南和泰国 [8]。木薯在海拔 1500 – 2000 米的热带地区广泛种植。木薯种植的温度范围为 25 – 29 ℃,