虚拟专辑 | 干旱响应与适应 | 整合生物学期刊集群跨刊组建 本专辑由整合生物学期刊集群通过跨刊检索遴选而成,聚焦生物对干旱胁迫的响应机制、及对干旱环境的适应性特征这一核心主题。研究对象涵盖森林木本植物、苔藓、农作物及微生物等多样类群,研究尺度从微观的基因表达延伸至宏观的生态系统功能。所收录文章均发表于2025年。
在气候变化和耕地资源日益紧张背景下,提升林木抗旱性成为重要育种目标。然而,抗旱性改良不应以牺牲生物量积累为代价。该研究在84K杨(Populus alba×P. glandulosa ‘84K’)中构建了组成型过表达PagPYL4基因株系,系统分析其在气孔调控、光合效率、生长性状及干旱响应方面的综合表现。结果表明,在外源ABA影响下,过表达PagPYL4基因使植株气孔开度变化显著。短期干旱处理下,相较于野生型,过表达PagPYL4基因能够减少水分散失,提升耐旱性;但抑制气孔导度和光合速率,造成株高与地径增长速率显著下降。该研究揭示了在林木抗逆改良中,仅依赖组成型表达难以实现理想育种目标,应探索更精准的表达调控策略以实现抗性与生长的协同优化。
该研究通过分析不同居群表型变异及其与环境因子的关系,探究铃铛刺(Caragana halodendron)叶性状的环境适应机制,以期为铃铛刺优良品种选育、荒漠地区物种多样性保护,以及荒漠绿化、水土保持的本土树种应用提供理论依据。该研究以18个铃铛刺天然居群的108个个体为研究材料,收集11个叶相关性状和28个环境因子,利用皮尔逊相关分析和主成分分析,探究铃铛刺叶性状的变异规律及其与环境因子的相关性。结果表明:(1)不同居群铃铛刺叶性状存在较大差异,居群间的变异系数为9.42%~83.12%,居群内变异系数为1.58%~59.07%。对比居群内和居群间的性状变异系数可知,所有性状居群间平均变异系数(31.17%)高于居群内变异系数(21.86%)。(2)叶性状相关性分析发现,铃铛刺叶形状相关性状(叶长、叶宽、叶面积、比叶面积)之间呈显著正相关(P<0.05),叶片含水量与叶形状显著正相关(P<0.05)。(3)性状主成分分析提取的4个主成分累计贡献率高达91.13%。(4)叶性状与环境因子相关性分析显示,叶片形状、叶轴长度、托叶刺长度、小叶数量与干旱、降水、温度、土壤等多个环境因子极显著相关(P<0.01),比叶面积仅与降水量季节性变化极显著相关(P<0.01)。铃铛刺叶片性状变异反映了该物种对干旱和盐碱环境的适应性,表明铃铛刺通过调整叶片形状、叶轴长度、叶片含水量等性状适应环境压力的策略,为理解荒漠植物的适应机制提供了重要见解。
14-3-3蛋白广泛参与植物生长发育、代谢和非生物逆境信号转导过程。该研究克隆了小麦(Triticum aestivum) 14-3-3蛋白TaGRF3-D基因, TaGRF3-D基因编码261个氨基酸残基, 在单子叶植物中高度保守, 其与乌拉尔图小麦(T. urartu)的TuGF14d和大麦(Hordeum vulgare)的HvGF14a氨基酸序列完全相同; TaGRF3-D启动子区含有脱落酸等激素响应元件和多个非生物胁迫响应元件。亚细胞定位结果显示, TaGRF3-D蛋白主要定位于细胞膜与细胞核。对过表达TaGRF3-D基因的拟南芥(Arabidopsis thaliana)转基因株系ABA敏感性及干旱胁迫耐受性分析发现, TaGRF3-D过表达拟南芥在PEG和ABA处理下根长显著大于野生型, 干旱胁迫后存活率显著高于野生型。进一步利用酵母双杂交(yeast two-hybrid, Y2H)实验对TaGRF3-D蛋白与小麦AREBs/ABFs (ABA-responsive element binding proteins/ABA-responsive element binding factors)蛋白进行互作分析, 结果表明TaGRF3-D蛋白与TaABF3-B、TaABF4-A、TaABF15-D、TaABF16-B、TaABF17-D和 TaABF18-B存在相互作用; 而与TaABF1-D、TaABF2-A和TabABF19-A不互作。综上表明, TaABF3-D可能通过与TaABFs蛋白互作响应ABA信号, 从而提高转基因植株对干旱胁迫的耐受性。研究结果为小麦TaGRF3-D基因逆境胁迫响应功能研究奠定了基础。