根系是作物從土壤中獲取水分與養(yǎng)分的主要器官，其三維空間構(gòu)型，即根系構(gòu)型，決定了水分和養(yǎng)分獲取效率及作物對(duì)逆境的適應(yīng)性。水稻作為全球最重要的糧食作物之一，其根系構(gòu)型的優(yōu)化對(duì)于應(yīng)對(duì)氣候變化、推動(dòng)可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

近日，Journal of Genetics and Genomics在線發(fā)表上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院黃國(guó)強(qiáng)副教授團(tuán)隊(duì)題為“

Improving root-soil adaptability by modifying root system architecture in rice

該綜述首先概述了水稻根系的結(jié)構(gòu)多樣性，包括胚根、冠根及其分枝形成的兩型側(cè)根和根毛，強(qiáng)調(diào)它們各自在土壤錨定、水分吸收及養(yǎng)分獲取中的分工與協(xié)作。隨后，系統(tǒng)總結(jié)了干旱、低氮、鹽堿、低磷、高溫和土壤緊實(shí)等脅迫條件下，水稻根系構(gòu)型的適應(yīng)性變化及其調(diào)控機(jī)制。例如，OsDRO1通過(guò)調(diào)控根向地性實(shí)現(xiàn)深扎根，從而提高抗旱性；OsGLS1則通過(guò)調(diào)控根生長(zhǎng)角度增強(qiáng)根對(duì)土壤表層養(yǎng)分的獲取能力，特別是在低磷和鹽堿條件下表現(xiàn)突出。此外，綜述還探討了擬南芥等模式植物根系研究對(duì)水稻根系構(gòu)型改良的啟示，以及多重脅迫下根系構(gòu)型的可塑性及其對(duì)育種策略的指導(dǎo)價(jià)值。最后該綜述指出，結(jié)合單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)、基因編輯技術(shù)與機(jī)器學(xué)習(xí)輔助的根系表型建模，將有助于加速設(shè)計(jì)適應(yīng)特定土壤環(huán)境和氣候變化情景的理想根系構(gòu)型，推動(dòng)“氣候智慧型”作物的培育。

不同脅迫條件下的水稻理想根系構(gòu)型

A：適宜生長(zhǎng)條件下的水稻根系；B–G：不同非生物脅迫條件下的理想根系構(gòu)型與關(guān)鍵調(diào)控位點(diǎn)。對(duì)于每種脅迫類型，關(guān)鍵根系性狀及其代表性調(diào)控因子已在每株植物示意圖上方標(biāo)注。CR，冠根；NR，節(jié)根；PR，初生根；L-LR，L型側(cè)根；S-LR，S型側(cè)根。

作者簡(jiǎn)介

上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科生張竣翔與博士研究生熊雅麗為該綜述共同第一作者，黃國(guó)強(qiáng)長(zhǎng)聘教軌副教授為通訊作者。相關(guān)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金與上海市自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助。