The Crop Journal│ABA和SA参与干旱锻炼诱导小麦耐旱性形成

小麦是全球约40%人口的主粮，也是我国最重要的主粮作物之一，对保障我国及世界粮食安全具有重要意义。然而，随着全球变暖加剧，干旱等灾害事件发生的频率、强度和持续时间均呈现显著增强趋势。干旱成为制约小麦产量提高的主要非生物逆境之一。因此，深入研究小麦抗旱机制、拓展小麦抗旱新途径，对应对关键生育时期的干旱胁迫至关重要。抗逆锻炼（Priming）作为一种主动的逆境应对策略，在抗逆稳产中具有较大的应用潜力，近年来受到高度关注。抗逆锻炼是指植株经过前期适度的逆境处理后，诱导植株对此后再次出现的、严重的逆境胁迫表现出较强的耐性。植物响应逆境的信号调控网络十分复杂，干旱锻炼激活了许多受各种信号通路共同调控的基因表达，ABA和JA介导的信号调控网络是调控下游基因应答的关键因子。关于ABA和JA响应生物和非生物胁迫的信号途径已经研究很多，但ABA和JA如何参与干旱锻炼诱导耐旱性形成的过程还未见报道。

近日，南京农业大学农业农村部小麦区域技术创新中心研究团队在The Crop Journal在线发表了题为“Abscisic acid and jasmonic acid are involved in drought priming-induced tolerance to drought in wheat”的研究论文，发现干旱胁迫下经过干旱锻炼植株能维持较高的光合能力、叶片水势及干物质积累，表明干旱锻炼提高了小麦的耐旱性。

叶片转录组分析表明，与ABA合成与代谢途径、JA合成途径、及ABA和JA信号调控途径相关的基因差异表达（图1）。进一步对干旱锻炼过程的生理生化和基因表达的动态分析均表明，内源ABA和JA含量及其合成基因转录本表达显著受到干旱锻炼诱导（图2）。外源喷施ABA和JA抑制剂均降低了锻炼植株的耐旱性，JA抑制剂降低了ABA积累，而ABA抑制剂对JA积累并无影响；JA抑制剂回补喷施ABA后可以恢复锻炼的效应，但ABA抑制剂回补喷施JA后并没有恢复锻炼效应（图3）。因此，ABA和JA信号网络在干旱锻炼诱导的耐旱性形成中发挥重要作用，并且JA在信号网络的上游调控ABA，共同介导了耐旱性的形成。研究结果为阐明激素信号物质在介导干旱锻炼诱导小麦耐旱性形成中的作用机理提供理论基础，并为替代干旱锻炼效果的抗旱诱导剂开发提供技术支撑。

图1. 干旱锻炼植株转录组分析及代谢通路富集

图2. 干旱锻炼对植株内源ABA和JA含量的动态影响

图3. ABA和JA在干旱锻炼诱导植株耐旱性的调控关系

王笑副教授为本文第一作者，姜东教授为通信作者。该研究得到国家重点研发课题(2016YFD0300107)，国家自然科学基金（31771693，U1803235），现代小麦产业体系（CARS-03）等项目资助。农业农村部小麦区域技术创新中心，主要从事锻炼诱导小麦主动应对非生物逆境抗性机制与应用、小麦品质生理生态与品质调优技术、高通量植物表型分析技术在加速小麦栽培理论与技术相关方面的研究。该团队前期对小麦不同生育阶段的锻炼效应进行了系统分析，发现锻炼的效应不仅限于苗期处理，在关键生育期前进行适度的锻炼，均能诱导较好的抗逆性，并且不同非生物逆境锻炼可以诱导出对后期逆境胁迫的交叉抗性，具有广泛的生物学意义和生产实践应用价值。该团队已发表学术期刊论文280余篇；合作编著图书10部；授权专利15项；发布江苏省地方标准1项；获国家级或省部级奖项8项。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cj.2020.06.002

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