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應(yīng)用案例

解析大豆耐淹機(jī)制，助力抗?jié)称贩N培育

發(fā)布時(shí)間：

2025-04-10

來(lái)源：

作者：

大豆（Glycine max）是全球最重要的豆類(lèi)作物之一，其產(chǎn)量和質(zhì)量受到多種因素的影響，其中淹水脅迫是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。在中國(guó)，黃河流域和長(zhǎng)江流域等地區(qū)經(jīng)常遭受季節(jié)性淹水，嚴(yán)重影響大豆生長(zhǎng)。因此，培育耐淹大豆品種對(duì)于保障糧食安全和提高產(chǎn)量至關(guān)重要。

 

研究人員選取了兩種大豆品種：耐淹的Nanxiadou 38（ND38）和淹水敏感的Nanxiadou 45（ND45）。他們將健康的幼苗置于淹水處理中，水位始終保持在土壤表面以上5厘米處，以模擬淹水環(huán)境。同時(shí)，設(shè)置了正常灌溉的對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)持續(xù)10天后，對(duì)植株進(jìn)行了一系列生理和分子水平的分析。
 

圖1 淹水脅迫對(duì)兩種大豆生長(zhǎng)的影響

 
關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)
1.生長(zhǎng)表現(xiàn)：淹水處理后，兩種大豆品種的植株均表現(xiàn)出顯著矮化，根長(zhǎng)明顯縮短。ND38的地下部分干重顯著下降，而地上部分干重在兩種品種間均無(wú)顯著差異。
 
2.光合作用受損：淹水后，兩種品種的總?cè)~綠素含量顯著下降，尤其是葉綠素b，表明光合作用受損。通過(guò)光合表型成像測(cè)量（TraitDiscover平臺(tái)，慧諾瑞德公司），研究人員發(fā)現(xiàn)淹水處理后兩種品種的葉綠素指數(shù)（ChlIdx）和光系統(tǒng)II效率（Fv/Fm）均顯著降低，花青素反射指數(shù)（AriIdx）也幾乎減半，進(jìn)一步證實(shí)了光合作用能力的下降。
 
3.氧化應(yīng)激反應(yīng)：淹水后，丙二醛（MDA）水平顯著上升，尤其在ND45中更為明顯，表明氧化應(yīng)激加劇。而超氧化物歧化酶（SOD）和過(guò)氧化物酶（POD）的活性在兩種品種間均無(wú)顯著差異，說(shuō)明這兩種抗氧化酶在淹水脅迫下未能有效緩解氧化損傷。
 
4.基因表達(dá)變化：研究人員分析了與甲基化和去甲基化相關(guān)的基因（MET1和DME），發(fā)現(xiàn)它們?cè)诖蠖鬼憫?yīng)淹水脅迫中發(fā)揮關(guān)鍵作用。此外，血紅蛋白家族（GLBs）、水通道蛋白家族（AQPs）、糖酵解途徑相關(guān)基因以及NAC轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)基因的表達(dá)分析顯示，GLB1-1、GLB1-2、GLB2-2、PIP2-6、PIP2-7、TIP2-2、TIP4-1、TIP5-1、Gm02G222400（果糖-1,6-二磷酸醛縮酶）、Gm19G017200（葡萄糖-6-磷酸異構(gòu)酶）和Gm04G213900（乙醇脫氫酶1）等基因是兩種大豆品種耐淹的關(guān)鍵貢獻(xiàn)者。
 

 圖2 光合表型參數(shù)的變化

 
在本研究中，TraitDiscover平臺(tái)的光合表型成像測(cè)量發(fā)揮了重要作用。它通過(guò)多光譜表型分析技術(shù)，能夠基于特定的吸收、反射和發(fā)射光譜可視化各種生理特征。研究人員利用該平臺(tái)獲取了大豆葉片的葉綠素?zé)晒鈭D像，精確測(cè)量了ChlIdx、Fv/Fm和AriIdx等指標(biāo)，從而直觀地反映了淹水對(duì)大豆光合作用和抗氧化能力的影響。這些數(shù)據(jù)為揭示大豆耐淹機(jī)制提供了重要的生理學(xué)依據(jù)。
 
這項(xiàng)研究不僅揭示了大豆在淹水脅迫下的生理和分子響應(yīng)機(jī)制，還為未來(lái)分子育種策略提供了關(guān)鍵線(xiàn)索。通過(guò)深入了解這些機(jī)制，科學(xué)家們可以更有針對(duì)性地培育耐淹大豆品種，以應(yīng)對(duì)日益頻繁的極端天氣事件和水淹災(zāi)害，從而保障大豆產(chǎn)量和質(zhì)量，為全球糧食安全做出貢獻(xiàn)。
 
來(lái) 源

Yu et al, Comparative Analysis of Two Soybean Cultivars Revealed Tolerance Mechanisms Underlying Soybean Adaptation to Flooding. Curr. Issues Mol. Biol. 2024, 46, 12442–12456. https://doi.org/10.3390/ cimb46110739

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