PBJ | 华中农大棉花团队综述作物高温雄性不育机制进展及耐高温创新策略

温室效应导致全球气温不断升高，全球变暖趋势也不断加快，严重影响全世界范围内的农作物的安全生产。高温胁迫影响植物生长、发育、生殖过程，在过去三十年里，利用模式植物，科学家在植物营养器官响应高温胁迫的生理机制方面已经取得一些进展。但随着对高温导致的作物产量降低因素的分析，科学家们又发现高温导致的雄性败育才是作物减产的主要原因，并对高温雄性不育机制进行了较为深入的研究，取得了一系列的研究成果。然而，对作物耐高温种质创新、耐高温育种及栽培策略的报道相对较少。

近日，华中农业大学棉花遗传改良团队在植物学权威期刊《Plant Biotechnology Journal》在线发表了题为“High-temperature stress in crops: male sterility, yield loss, and potential remedy approaches”的综述论文，系统总结了全球范围内高温导致主要农作物减产的幅度、高温不育机制、及耐高温策略的研究进展。论文阐述了高温胁迫导致主要作物的雄性生殖器官中众多代谢路径紊乱对雄性育性的影响，强调了光敏色素在响应高温胁迫中的潜在功能，提出了采用多种技术相结合的耐高温策略，为未来该领域的深入研究提供了新思路。

高温引起雄性不育的现象在水稻、玉米、小麦、大豆、棉花等主要农作物中均有报道，是高温导致作物减产的重要原因。在此文中，作者统计了全球平均气温每上升1°C对世界各国作物产量的影响，小麦产量下降2.6%-18%，水稻产量下降3.2%-25%，玉米产量下降5.5%-8%，大豆产量下降2%-8%，棉花产量下降0%-10%（图1）。

同时，作者综述了高温胁迫下作物花药中糖代谢、脂质代谢、DNA甲基化建立、microRNA激活、ROS积累、激素信号传导等路径的变化，及其引发的一系列的生理生化代谢异常是花药败育的重要影响因素，并重点强调了光敏色素在响应高温胁迫中的潜在功能。虽然光敏色素具有温度感知的作用，但其是否具有响应高温胁迫的能力还需要深入的研究（图2）。在此基础上，论文进一步提出了采用传统育种、田间生长调节剂施用、基因编辑、QTL聚合、野生种质利用、及基因组育种等多种技术相结合的作物耐高温育种及栽培策略，将对作物耐高温安全生产提供重要的指导。

华中农业大学博士后Aamir Hamid为论文第一作者，作物遗传改良全国重点实验室张献龙教授和闵玲副教授为论文共同通讯作者，金双侠教授和博士后马益赞参与了论文的写作和讨论，英国杜伦大学Keith Lindsey教授参与文章修改。该研究得到了国家自然科学基金面上项目(32072024)、中央高校基本科研项目(2021ZKPY019)、博士后面上项目(2021M701357)、重点研发计划(2016YFD0101402)等项目的资助。

华中农业大学棉花团队闵玲课题组长期从事棉花高温雄性不育机制及耐高温种质创新研究，近年来在棉花雄性高温败育过程的生理生化代谢、表观调控变异、及耐高温遗传位点挖掘上取得了一系列研究进展，研究成果发表在Plant Cell (2018)、Plant Biotechnology Journal (2022)、New Phytol (2021)、Journal of Integrative Plant Biology (2022)、Plant Physiology (2022, 2015, 2014)、Plant Journal (2017, 2013)、J Biol Chem (2019)、Industrial Crops and Products (2022)、Crop Journal (2022)、Plant Methods (2022, 2021)等国际主流期刊，为创制耐高温棉花种质奠定了理论和技术基础。

原文链接：

https://doi.org/10.1111/pbi.13946

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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