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三院士领衔,迄今为止最全面的水稻生物学进展大综述!

 时间:2021-12-13
        十六年前,水稻基因组精细序列图绘制完成,从此水稻基因组学和功能基因组学研究迈入全新的快速发展时代。十多年来,科研人员以水稻作为模式植物进行生物学研究,特别是功能基因组学研究,取得了一系列的原创性成果。但对于众多精彩的研究成果,由于受篇幅限制,已发表的综述未能将大部分研究成果进行总结。因此,全面系统地综述近年来水稻生物学研究取得的进展就显得尤为重要。
        近日,SCIENCE CHINA Life Sciences, SCLS在线发表了由李家洋、刘耀光、谢道昕三位院士领衔,20位国内大学与科研单位作者共同撰写的水稻生物学研究大综述Rice functional genomics: Decades’ efforts and roads ahead。该综述参考了600多篇水稻研究文献,以31000余字和10张插图的篇幅,从七个方面详细地总结了近年来在水稻生物学研究中取得的重要进展,这也是目前最为系统详尽的水稻生物学研究综述。
        该综述第一部分为“Omics and genome-wide association studies”,该部分详述了水稻基因组研究的重要进展,展示了众多利用多组学方法对水稻基因定位和功能解析的研究实例。

图1 水稻基因组学和表观组学研究实例
        第二部分为“Phytohormone and growth”,该部分从影响水稻生长发育的重要激素入手,在激素的生物功能、合成与代谢、转运以及信号传导等方面进行了系统的总结。

图2 激素在调控水稻株型中的作用
        第三部分为“Deciphering nutrient use efficiency”,该部分重点总结了氮和磷转运和代谢的分子调控机制,同时还对氮与植物激素和抽穗期的相互关系进行了论述。
图3 参与调控水稻氮磷利用效率的转运体相关模块 
        第四部分“Perception and responses to abiotic stress”,重点对影响水稻生长发育的环境因素的感知和反应机制,特别是对水稻抗旱、抗盐及重金属离子、抗冷和抗热的分子调控机制进行了清晰的总结。
图4  水稻对干旱及离子胁迫的响应

图5  水稻对冷热胁迫的响应
        第五部分“Defense activation and signaling in rice biotic interactions”则聚焦影响水稻生产的重要生物胁迫,首先从水稻两大先天免疫系统PTI和ETI的角度,清晰展现了近年来在水稻抗病的分子机制研究方面的进展。同时,该部分还重点对水稻褐飞虱抗性基因的分离及分子机制进行了系统总结,为水稻生产中生物防治提供了新的思路。
图6  水稻PTI和ETI信号通路

图7 水稻抗虫的分子机制
       第六部分“Photoperiodic flowering”系统总结了影响水稻光敏性抽穗期的分子调控网络,为水稻种植区的扩展和环境适应性的分子遗传基础提供了深刻的见解。
图8 光周期开花途径及中国水稻种植区的主要基因型组合
        第七部分“Fertility and sterility control”重点对杂交稻育种中雄性不育和远缘杂种不育性的分子机制进行系统阐述,为水稻杂种优势利用指明了方向。

图9 基于细胞质不育的三系杂交稻系统和光温敏核不育的两系杂交稻系统

图10  水稻中代表性杂交不育的遗传模型
        最后,文章还对水稻功能基因组学研究和分子育种领域存在的问题和挑战进行了论述,并展望了未来水稻生物学研究的内容,指出借助最新的技术进步,水稻功能基因组学研究必将有更大的飞跃。
        该综述通讯作者为李家洋、刘耀光和谢道昕,共同作者均为我国在植物科研一线的老师。该综述内容系统全面,每个部分都是质量上乘的领域佳作,必将对水稻生物学研究和分子育种有重要的指导和促进作用。
 


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