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World File Search System抗旱性
农作物中抗旱性的基因工程
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。
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封面说明 : 干旱胁迫下 , 植物细胞通过关闭气孔减少蒸腾等一系列生理生化改变 , 维持个体完成生长发育。干旱胁迫严重 影响农作物的产量和品质。解析玉米 ( Zea mays ) 抗旱性的遗传基础并克隆抗旱关键基因 , 利用转基因、分子标记辅助选择 及基因编辑等技术增强植株的抗旱稳产能力至关重要。未来在玉米抗旱性研究中 , 应针对抗旱品种培育面临的实际问题 , 建立和完善玉米抗旱性评价体系 , 将基础研究的新发现和新技术应用于育种实践 , 以提升我国种业创新实力。详细内容见 本期 883–902 页王子阳等的文章。
通过设计植物组织特异性反应实现抗旱
干旱是全球农业损失的主要原因，对粮食安全构成重大威胁。目前，植物生物技术是开发能够在缺水条件下高产作物的最有前途的领域之一。通过对拟南芥整株植物的研究，已经发现了对干旱胁迫的主要反应机制，并且已经将多种抗旱基因改造到作物中。到目前为止，大多数抗旱性增强的植物都表现出作物产量下降，这意味着仍然需要寻找能够将抗旱性与植物生长分离开来的新方法。我们实验室最近发现，油菜素内酯 (BR) 激素的受体使用组织特异性途径介导根生长过程中的不同发育反应。在拟南芥中，我们发现增加维管植物组织中的 BR 受体可以赋予植物抗旱性而不会损害其生长，这为研究赋予植物细胞特异性抗旱性的机制提供了绝佳的机会。在本综述中，我们概述了最有希望的表型干旱特征，这些特征可以通过生物技术加以改进，以获得耐旱谷物。此外，我们还讨论了当前的基因组编辑技术如何帮助识别和操纵可能赋予抗旱胁迫能力的新基因。在未来几年，我们期望通过共同努力，找到在缺水环境中提高作物产量的可持续解决方案。
矿物质受精通过植物土壤相互作用降低了山地草原系统中土壤多功能性的抗旱性
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。
利用基因工程研究植物的耐旱性
摘要 干旱是一种对植物生长和生产产生不利影响的环境因素。由于气候不可预测，农业生长阶段干旱相关问题的频率正成为提高产量的主要障碍。需要新的方法来提高生产力和干旱适应性。需要表达特定的与压力相关的基因，以便通过基因工程提高抗旱性，这是非常可取的。在具有转基因 DNA 的植物中，已经确定了传递抗旱性并增强植物生存和发育的基因。在本概述中，我们专注于创造能够抵御干旱的转基因植物。利用与环境压力或其他转录因子相关的基因，以及其他与压力相关的基因，大多数栽培植物已经变得抗旱并能抵抗其他非生物胁迫。它会导致精确的肥料改变 DNA，而对植物的生长发育几乎没有影响。关键词：转基因、基因工程和干旱
矿物质受精通过植物土壤相互作用降低了山地草原系统中土壤多功能性的抗旱性
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。
通过 RNA 引导的 Cas9 核酸酶精确编辑 OsPYL9 基因，通过调节昼夜节律和非生物胁迫反应蛋白来增强水稻 (Oryza sativa L.) 的抗旱性和产量
摘要：脱落酸（ABA）参与调控抗旱性，而吡巴克汀抗性样（PYL）蛋白被称为脱落酸受体。为了阐明水稻中脱落酸受体之一的作用，通过 CRISPR / Cas9 在水稻中诱变 OsPYL9。基于位点特异性测序筛选出缺乏任何脱落酸靶标和 T-DNA 的纯合和杂合突变体植物，并用于形态生理学、分子和蛋白质组学分析。在胁迫条件下，突变株似乎积累了更高的脱落酸、抗氧化活性、叶绿素含量、叶片角质层蜡质和存活率，而丙二醛水平、气孔导度、蒸腾速率和维管束则较低。蛋白质组学分析发现总共有 324 种差异表达蛋白 (DEP)，其中 184 种和 140 种分别上调和下调。OsPYL9 突变体在干旱和水分充足的田间条件下均表现出谷物产量增加。大多数与昼夜节律、干旱反应和活性氧有关的 DEP 在突变体植物中上调。京都基因和基因组百科全书 (KEGG) 分析显示 DEP 仅参与昼夜节律，基因本体论 (GO) 分析表明大多数 DEP 参与对非生物刺激的反应以及脱落酸激活的信号通路。蛋白质 GIGANTEA、Adagio 样和伪反应调节蛋白在蛋白质-蛋白质相互作用 (PPI) 网络中表现出更高的相互作用。因此，总体结果表明CRISPR / Cas9产生的OsPYL9突变体具有提高水稻抗旱性和产量的潜力。此外，全局蛋白质组分析为水稻抗旱的分子机制提供了新的潜在生物标记和理解。
SCINet 简讯：2024 年 10 月
在深度学习的推动下，蛋白质结构和功能分析的最新进展为科学家提供了强大的新工具，帮助他们了解蛋白质的氨基酸序列如何影响生物体的表型或可观察特征。这些新功能有可能通过揭示蛋白质与多种农业相关性状（如抗病性、抗旱性、生长潜力等）之间的联系，彻底改变农业研究。然而，这些工具并不总是易于使用，需要大量的计算资源和技术知识。我们开发了名为“PanEffect”的新软件，它提供了一套用户友好的工具集，用于探索蛋白质序列的变化如何影响生物体的表型。
植物系统中靶向基因传递及其表达：最新进展见解
为了提高农作物的产量、抗旱性、抗虫性和营养价值等，现代农业依赖于植物基因工程。自从重组 DNA 技术问世以来，人们已经利用多种工具对植物进行基因转化，例如农杆菌、病毒介导的基因转移、直接基因转移系统（例如电穿孔、粒子枪、显微注射和化学方法）。所有这些传统方法都缺乏特异性，转基因被整合到植物 DNA 的随机位点。最近，出现了新的基因靶向技术，例如工程核酸酶（例如锌指核酸酶）、转录激活因子样效应核酸酶、成簇的规则间隔短回文重复序列。其他进展包括用于递送基因编辑组件的工具的改进，这些组件包括载体蛋白和碳纳米管。本综述重点介绍植物中靶向特异性基因递送的最新技术、它们的表达以及植物生物技术的未来方向。