Ryż jest jedną z najczęściej uprawianych roślin, spożywaną przez prawie połowę populacji świata. Wraz ze wzrostem popytu uprawa ryżu rozszerza się na obszary o ograniczonych zasobach i niesprzyjających warunkach. Jednym z głównych stresów abiotycznych jest zasolenie, które odgrywa dużą rolę w określaniu plonu i wzrostu. Dlatego istnieje pilna potrzeba wprowadzenia odmian ryżu tolerujących sól, ponieważ ryż wykazuje największą wrażliwość na stres solny. Szeroko zakrojone badania wykazały, że mechanizmy genetyczne, molekularne i fizjologiczne kontrolują tolerancję na sól różnych upraw.

Do tej notatki dołączyli naukowcy z Uniwersytetu Tasmanii: profesor Sergey Shabala, profesor nadzwyczajny Lana Shabala, profesor Holger Meinke, profesor Meixue Zhou, Tianxiao Chen i Yanan Niu we współpracy z profesorem Zhong Hua Chen z Western Sydney University, dr Gayatri Venkatraman z MS Swaminathan Research Foundation, profesor Ashwani Pareek z Uniwersytetu Jawaharlal Nehru i profesor Jianlong Xu z Chińskiej Akademii Nauk Rolniczych dokonał krytycznego przeglądu obecnego rozumienia mechanizmów tolerancji soli wykazywanej przez uprawy ryżu, który został opublikowany w czasopiśmie dziennik „Kropa”..

Profesor Zhou powiedział Science Feature, że: „Do chwili obecnej zidentyfikowano dużą liczbę genów zaangażowanych w różne mechanizmy tolerancji soli w ryżu. Dlatego zrozumienie ich funkcji i przesłuchów na poziomie molekularnym może dostarczyć cennych informacji pozwalających poprawić tolerancję soli w ryżu”.

Profesor Zhou i współpracownicy początkowo dokonali oceny aktualnej literatury na temat sieci genów reagujących na stres solny. Następnie szczegółowo zbadali, w jaki sposób wykrywanie stresu i szlaki sygnalizacyjne oraz usuwanie reaktywnych form tlenu w uprawach ryżu mogą pomóc w opracowaniu nowych odmian ryżu tolerujących sól. Jednak zdaniem naukowców trudno jest ustalić wyraźny związek między sieciami genów a tolerancją soli w ryżu. Większość literatury pochodzi z odwrotnych podejść genetycznych na roślinie Arabidopsa pomimo podobieństwa genetycznego.

Później zespół badawczy wykazał, jak regulacja szparek, regulacja osmotyczna i homeostaza jonów mogą utrudniać tolerancję soli na poziomie funkcjonalnym. Wysoka zawartość soli może znacznie zmniejszyć pobieranie wody przez roślinę, co skutkuje niższym przewodnictwem szparkowym. Wysokie zasolenie powoduje wydłużenie komórek roślinnych na poziomie komórkowym, zmniejszone pobieranie wody i upośledzony rozwój liści. Naukowcy zaproponowali, że lepszym podejściem do poprawy plazmy zarodkowej jest wydobywanie i łączenie korzystnych alleli powiązanych z tolerancją soli.

Nieodpowiednie zasoby genetyczne charakteryzujące się wysoką tolerancją na sól są głównym powodem niewielkiego postępu w tworzeniu nowszych odmian ryżu tolerujących sól. Kluczem do pomyślnej poprawy upraw tolerujących sól jest głębokie zrozumienie mechanizmów molekularnych. Naukowcy zalecają precyzyjną technologię edycji genomu, wykorzystanie genów zaangażowanych w wykrywanie i sygnalizację stresu oraz wykorzystanie docelowej edycji miRNA w celu opracowania odmian ryżu tolerujących sól. Zaproponowali również, aby przywiązywać większą wagę do tolerancji soli na etapie rozrodczym, co przyczynia się do lepszych plonów. Na koniec zasugerowano skupienie się na genach reagujących na wiele stresów, a następnie zbadanie upraw ryżu tolerujących sól w rzeczywistych warunkach w celu oceny wpływu zasolenia.

Podsumowując, ze względu na rosnące obciążenia środowiskowe spowodowane zmianami klimatycznymi, istnieje bezpośrednia potrzeba produkcji genetycznie zmodyfikowanych upraw ryżu tolerujących sól, aby zaspokoić zapotrzebowanie energetyczne rosnącej populacji globalnej. „Kolejnym ważnym krokiem byłoby przetestowanie genetycznie zmodyfikowanych roślin w warunkach polowych w celu oceny ich tolerancji na stres, a następnie modelowania ich reakcji w celu uzyskania globalnej oceny prawdopodobnego wpływu takich ulepszonych odmian” – powiedział profesor Xu. Wyniki tego wszechstronnego przeglądu posłużą jako wskazówka w przyszłych próbach opracowania nowszych odmian ryżu tolerujących sól.

Numer czasopisma:

Chen, Tianxiao, Sergey Shabala, Yanan Niu, Zhong-Hua Chen, Lana Shabala, Holger Meinke, Gayatri Venkataraman, Ashwani Pareek, Jianlong Xu i Meixue Zhou. „Molekularne mechanizmy tolerancji zasolenia ryżu”. Dziennik upraw (2021). DOI: https://doi.org/10.1016/j.cj.2021.03.005

O Autorach

Meixue Zhou, Ph.D.

Profesor

Profesor Zhou zajmuje się badaniami w dziedzinie rolnictwa od prawie 40 lat. W ciągu ostatnich 15 lat opublikował ponad 150 recenzowanych prac. Większość artykułów publikowana jest w czasopismach o wysokim IF, a co ważniejsze, jego publikacje wykazały większy wpływ – ponad 9 000 cytowań.

Jego główne zainteresowania badawcze obejmują poprawę tolerancji roślin na stresy (podmoknięcie, zasolenie, gleby kwaśne i choroby). Jego program przedhodowlowy obejmuje całe spektrum, od odkrycia cech po rozwój odmiany. Należą do nich 1) badania stosowane: badania przesiewowe plazmy zarodkowej pod kątem określonych cech (tolerancja na stres), dokładne fenotypowanie i fenotypowanie komórkowe w celu odkrycia kluczowych cech lub mechanizmów zapewniających tolerancję; oraz 2) genetyka i hodowla: odkrycie genów/QTL, markerów molekularnych powiązanych z cechami oraz opracowanie materiałów i odmian przedhodowlanych (wraz z firmami hodowlanymi). Utworzył silny zespół badawczy, w skład którego wchodzą fizjolodzy, biolodzy molekularni i agronomowie, badający interakcje między genotypami a środowiskiem (gleby, sezonowe opady i temperatura oraz zmieniający się klimat) oraz zarządzaniem (agronomia – odmiany z dopasowanymi praktykami agronomicznym, rolnictwo precyzyjne, nawadnianie i modelowanie). Stworzył niezawodne urządzenia do badań przesiewowych pod kątem różnych tolerancji na stres i opracował metodę szybkiej introgresji określonych cech do odmian komercyjnych. Wykazał się doskonałą opieką nad studentami studiów podyplomowych. Z sukcesem opiekował się 30 doktoratami i pięcioma studentami studiów magisterskich, którzy rozpoczęli udane kariery badawcze. Każdy doktorat student, który napisał więcej niż trzy opublikowane prace. Obecnie jest promotorem 16 doktoratów. studenci.

Jianlong Xu, Ph.D.

Profesor

Profesor Xu zajmuje się genetyką i hodowlą ryżu od ponad 30 lat. W ciągu ostatnich 20 lat opublikował ponad 130 recenzowanych artykułów, z których większość dotyczyła identyfikacji genów/QTL, wydobywania alleli i hodowli wspomaganej markerami pod kątem tolerancji na stres abiotyczny i biotyczny oraz cech związanych z plonem w uprawach ryżu. W ciągu ostatnich pięciu lat otrzymał jedną Pierwszą Nagrodę Krajową za Postęp Naukowy i Technologiczny oraz dwie pierwsze Nagrody Wojewódzkie za Postęp Naukowy i Technologiczny. Sześć odmian ryżu zostało zatwierdzonych na szczeblu krajowym, a dziewięć na szczeblu prowincji. Ponadto pomyślnie zastosowano 12 patentów i dziewięć praw do odmian. Do tej pory z sukcesem był promotorem do ukończenia trzech studiów podoktorskich, 10 doktoratów. i 25 studentów studiów magisterskich, a obecnie jest promotorem trzech studiów podoktorskich i czterech doktoratów. i czterech studentów studiów magisterskich.

Aby skutecznie zintegrować mapowanie QTL z hodowlą molekularną ryżu opartą na QTL, opowiada się za strategią selektywnej introgresji. Strategię tę stosowano w celu rozbioru genetycznego, wydobywania alleli i jednoczesnego doskonalenia złożonych cech ryżu poprzez opracowanie dużej liczby linii introgresji specyficznych dla danej cechy (IL) przy użyciu krzyżowania wstecznego na elitarnych podłożach genetycznych. Wiele złożonych cech można jednocześnie ulepszyć poprzez zaprojektowanie piramidy QTL w oparciu o działanie cech docelowych i alleli QTL leżących u podstaw cech IL. Obecnie koncentruje się na eksploracji alleli wcześniej ważnych sklonowanych genów przy użyciu sekwencjonowanych fragmentów ryżu 3K zebranych z całego świata, a następnie dokładnie poprawia docelowe cechy elitarnej odmiany poprzez edycję genów w oparciu o korzystne informacje o allelach.

Główne źródło obrazu: iAGRI Tanzania, Flickr