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回顾机器和深度学习：人工智能在植物生物和非生物胁迫管理中的应用
1 宜宾学院农林与食品工程学院，四川省宜宾 644000 2 政府学院大学植物学系，巴基斯坦旁遮普省费萨拉巴德 38000 3 卡拉奇大学数学系，巴基斯坦信德省卡拉奇 75270 4 PMAS 干旱农业大学，拉瓦尔品第 44000 巴基斯坦旁遮普省拉瓦尔品第 5 北京林业大学生物科学与技术学院，北京 100091 6 内蒙古农业大学林学院，呼和浩特 010019 7 田纳西大学农业研究所林业、野生动物和渔业系、可再生碳中心，田纳西州诺克斯维尔 37996，美国 8 橡树岭国家实验室生物科学部生物科学联合研究所，田纳西州橡树岭 37831，美国 9 化学与生物工程系生物分子工程，田纳西大学诺克斯维尔分校，诺克斯维尔，田纳西州 37996，美国 * 通讯地址：sarazafar@gcuf.edu.pk (Sara Zafar)；zuhair@uaar.edu.pk (Zuhair Hasnain)；abbas2472@hotmail.com (Manzar Abbas)
遗传资源和精准基因编辑可有针对性地提高大麦对非生物胁迫的耐受性
摘要：非生物胁迫，主要是干旱、高温、盐碱、寒冷和涝渍，对谷物作物产生不利影响。它们限制了全球大麦的生产并造成了巨大的经济损失。多年来，人们已鉴定出大麦在各种胁迫下的功能基因，随着现代基因编辑平台的引入，抗逆性基因改良也发生了新的转变。特别是，成簇的规律间隔短回文重复序列 (CRISPR)/CRISPR 相关蛋白 9 (Cas9) 是一种用于精确突变和性状改良的强大而多功能的工具。在这篇综述中，我们重点介绍了主要大麦生产国受胁迫影响的地区及其相应的经济损失。我们整理了大约 150 个与抗逆性相关的关键基因，并将它们组合成一个物理图谱，用于潜在的育种实践。我们还概述了精确碱基编辑、主要编辑和多路复用技术在有针对性性状修饰中的应用，并讨论了当前的挑战，包括高通量突变体基因分型和基因型依赖性在遗传转化中的应用，以促进商业育种。所列出的基因可以抵消干旱、盐度和营养缺乏等主要压力，相应基因编辑技术的潜在应用将为大麦改良以提高其气候适应能力提供参考。
EMS 诱变技术在植物非生物胁迫耐受性和发育研究中的应用现状和见解
甲基磺酸乙酯 (EMS) 诱导的诱变是生成遗传资源的有力工具，可用于识别未开发的基因和表征基因的功能，以了解重要农学性状的分子基础。本综述重点介绍当代 EMS 诱变在植物发育和非生物胁迫耐受性研究领域的应用，特别着重回顾突变类型、诱变位点、诱变剂浓度、诱变持续时间、导致胁迫耐受性改变的突变的识别和表征。本文还讨论了 EMS 突变育种与基因工程相结合在未来植物育种和基础研究中的应用。本综述中的集体信息将为如何有效应用 EMS 诱变来提高作物的非生物胁迫耐受性提供良好的见解，并使用下一代测序 (NGS) 进行突变识别。
鹰嘴豆 (Cicer arietinum L.) 抗非生物胁迫和适应气候变化的育种综合综述
摘要：鹰嘴豆是世界上最重要的豆类作物之一，是极好的蛋白质来源。它在雨养条件下生长，平均产量为 1 吨/公顷，远低于最佳条件下 6 吨/公顷的潜力。高温、低温、干旱和盐度的综合影响会影响物种的生产力。在这方面，回顾了几种赋予对非生物胁迫耐受性的生理、生化和分子机制。近 100,000 个鹰嘴豆种质的大量收集是育种计划的基础，通过常规育种，如种质引进、基因/等位基因渗入和诱变，已经取得了重要进展。同时，分子生物学和高通量测序的进展使得能够开发出针对鹰嘴豆属的特定分子标记，从而促进产量成分和非生物耐受性的标记辅助选择。此外，转录组学、蛋白质组学和代谢组学已使我们能够识别与鹰嘴豆对非生物胁迫的耐受性相关的特定基因、蛋白质和代谢物。此外，在转基因植物和使用基因编辑获得耐旱鹰嘴豆的研究中也取得了一些有希望的结果。最后，我们提出了一些未来的研究方向，这些研究方向可能有助于在气候变化的情况下获得对非生物胁迫具有耐受性的鹰嘴豆基因型。
社论：适应未来气候的植物：对综合、多因素和连续压力的响应和适应
气候变化对作物生产力和粮食安全有重大影响，因此有必要提高作物的抵御力，以减轻气候变化对作物的影响（Acevedo 等人，2020 年；粮农组织，2020 年；Raj 等人，2022 年）。在田间环境下，作物暴露在剧烈波动和变化的气候中，多种非生物胁迫的发生率不断增加，其中可能包括双重、多因素和/或连续胁迫。虽然植物对两种或多种（双重或多因素）胁迫组合的反应不一定能从它们对单个胁迫的反应中推断出来。尽管如此，从历史上看，大多数研究都旨在了解和破译植物对单个胁迫的反应和适应策略，包括缺水/缺水、高盐度、极端或波动的温度、有害紫外线和重金属。另一方面，在实际田间条件下，多种胁迫会相互作用。此外，非生物胁迫的组合或连续发生可能对作物产生比其单独发生更大的影响（Sa ́ nchez-Bermu ́ dez 等人，2022 年）。然而，在组合或连续胁迫下引发的复杂胁迫反应在很大程度上被忽视了。近年来，人们重新对开展全面研究产生了兴趣，旨在了解植物对组合胁迫的反应和适应策略（Suprasanna，2020 年；Shabbir 等人，2022 年），在生理、细胞和/或分子水平上，以及植物如何通过转录/转录后调控和复杂的调控网络微调其反应（Govind 等人，2022 年）。这个“研究主题”旨在强调我们对植物的理解的最新进展
与盐共存
生长还是不生长是植物在面临盐胁迫时经过复杂评估后做出的简单决策。由于气候变化，我们的可耕地越来越少，传统农业可用的淡水资源也越来越少，因此了解植物在盐胁迫下如何做出这一决定至关重要。数十年来的研究一致认为，耐盐性是一种复杂的性状，涉及转录和生理反应的协调反应。我们主要使用拟南芥，已经揭示了一些控制盐胁迫反应的关键方面。现在，我们站在新的前沿，以自然适应胁迫的植物为主要研究目标，扩大我们的知识库，利用新的分子工具和资源，以前所未有的水平了解盐胁迫适应性。在这篇评论中，我们重点介绍了赵等人描述的主要机制。 1 是《创新》第一期关于植物盐胁迫反应的文章，涉及新的突破性研究和培育耐盐作物的新兴前沿，以满足不断变化的世界的需求。
综述如何操纵抗坏血酸的生物合成、循环和调控途径来提高植物对非生物胁迫的耐受性
摘要：干旱、盐度和极端温度等非生物胁迫是全球农作物生产力的主要限制因素，预计气候变化将加剧这些因素。活性氧 (ROS) 的过量产生是许多非生物胁迫的常见后果。抗坏血酸，也称为维生素 C，是植物细胞中最丰富的水溶性抗氧化剂，可以直接作为 ROS 清除剂对抗氧化应激，或通过抗坏血酸-谷胱甘肽循环（植物细胞中的主要抗氧化系统）对抗氧化应激。因此，通过工程改造具有增强抗坏血酸浓度的作物有可能促进广泛的非生物胁迫耐受性。已经采用了三种不同的策略来增加植物中的抗坏血酸浓度：(i) 增加生物合成，(ii) 增强循环，或 (iii) 调节调节因子。在这里，我们回顾了植物中抗坏血酸生物合成、循环和调节的遗传途径，包括迄今为止用于增加模型和作物物种中抗坏血酸浓度的所有代谢工程策略的总结。然后，我们重点介绍利用基因组编辑工具来增加作物中抗坏血酸浓度的非转基因策略，例如编辑控制 GDP-L-半乳糖磷酸化酶基因翻译的高度保守的上游开放阅读框。
谷物毒素的原发根生长调节赋予珍珠小米的早期干旱胁迫耐受性
抽象的幼苗根特性影响了充满挑战的环境下的植物建立。珍珠小米是最热和干旱的谷物作物之一，可在整个撒哈拉以南萨赫勒地区提供重要的食物来源。Pearl Millet的早期根系具有一个单一快速生长的主要根，我们认为这是对Sahelian气候的适应。使用作物建模，我们证明了早期的干旱压力是珍珠小米被驯化的萨赫尔农业部的重要限制。此外，我们表明，珍珠小米的一级根生长与田间条件下的早期水胁迫耐受性相关。遗传学包括全基因组关联研究和定量性状基因座（QTL）方法，可以确定控制此关键根特征的基因组区域。结合基因表达数据，这些基因组区域之一的重新序列和重新注释，确定了谷歌蛋白编码基因PGGRXC9作为候选应力弹性根生长调节剂。对其最接近的拟南芥同源物Atroxy19的功能表征揭示了该谷胱甘肽（GRX）基因进化枝在调节细胞伸长中的新作用。总而言之，我们的研究提出了GRX基因在赋予根细胞伸长并增强珍珠小米对萨赫勒环境的弹性方面的保守功能。
个人简历 Madhusudhana Reddy Janga 农作物非生物胁迫耐受性基因组学研究所 (IGCAST) 助理教授
• 5325 转基因与植物细胞遗传学，德克萨斯理工大学。“染色体和基因组织、DNA 结构和复制” • PLNT_SCI_4550/7550，植物生物技术，密苏里大学。“植物组织培养和转化方法” • 植物生物技术 (AGRO/BIOTC 460)：宾夕法尼亚州立大学。“植物组织培养和转化方法”。• 高级植物遗传学 (2021FS BIO_SC 8300)：跨学科植物组 (IPG)，密苏里大学。“农杆菌介导的植物转化” • 高级植物遗传学 (2020FS BIO_SC 8300)：跨学科植物组 (IPG)，密苏里大学。“农杆菌介导的植物转化” • 高级分子遗传学 (NRE-763)，阿拉巴马农工大学生物与环境科学系 (BES)。(高级基因组工具和 NGS 技术在植物遗传学中的应用、分子工具：通过 RNAi 和基因组编辑技术进行基因沉默、植物转化技术、转基因植物：对非生物和生物胁迫的抗性、转基因植物的发展和放松管制) • 人类疾病遗传学 (CPHD-725)，南达科他大学桑福德医学院。(孟德尔疾病：显性和隐性疾病及案例示例) 研究资金 年份 状态 机构 角色 总资金 我的部分 2023 待定 USDA-ARS，Scab 计划