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厚厚的叶片气体膜是否可以防止水稻浸没?

大米淹没耐受性主要归因于Sub1基因作用,但已知诸如叶片气膜(LGF)厚度,叶疏水性,孔隙率和叶密度等其他相关性状以帮助水稻中的浸没耐受性。

“稻米是生命”的俗话说是指其重要性,而且米饭喂世界的事实。水稻的第三种环境压力是淹水(例如,水下的整个植物)。一些水稻基因型战略性限制茎伸长率并进入低氧静态综合征,以在淹水和后淹没后恢复期间保持其能量供应。 

一群由Chakraborty和Akankhya Guru的七人领导的科学家 icar-国家大米研究所 (印度)和Indira Gandhi农业大学(印度), 研究了12种水稻基因型的遗传背景,叶片气膜和疏水性的重要性,而淹没它们。研究人员发现,与非Sub1基因型相比,具有Sub1基因的水稻基因型具有较厚的叶片气体膜和更多的震动蜡, 这允许潜水耐受品种的分化。 

米叶通过一种形式的疏水蜡涂覆,产生叶片气体膜。这部电影有助于水下呼吸和光合作用。稻米在所有谷物作物中都有最厚的叶片气体薄膜。淹没公差的关键基因是Sub1 QTL区域内的Sub1a-1。该基因抑制了限制茎伸长的植物激素乙烯的作用。

种植在稻田的农夫种植米。
将稻米移植到湿圆顶上减少幼苗损失,但洪水可导致植物的潜水。来源: 帆布

研究人员在2017年和2018年在icar增长了12种水稻基因型。总共240罐含有三种,25日龄植物在100厘米的水下浸没。通过用浸泡在TritonX-100表面活性剂中浸泡的棉花,将叶片气膜从一半的罐中除去。在淹没14天后,测量叶片气体膜厚度,组织孔隙率和叶密度。在每种基因型的连续七天和叶片疏水性和迹象蜡含量分别在每个基因型的连续七天中测量叶片气体膜耗尽的速率。研究人员还记录了植物存活,伸长能力,乙烯和总叶绿素含量。基因分型和基因表达 叶气膜1(LGF1) 与突出性生物合成相关的基因用于区分潜水耐受性和易感基因型。

Sub1的典型表示影响了基因作用,导致Sub1(左侧面板)和非子1(右侧面板)水稻基因型增加了叶片疏水性。增加的叶片疏水性导致浸泡液体膜厚度更大,这有助于更好地乙烯通风和乙烯生物累积,施加水稻中的浸没耐受性。来源: Chakraborty. . 2020

所有12种基因型都有Sub1 QTL区域,但其中六个有亚次基因。 Sub1基因型的叶片气体膜厚度显着较高,但叶孔隙率和叶密度在基因型之间没有显示出任何明显的模式。在淹没的第五天,叶片气体膜以非亚次基因型消失,而Sub1基因型保留薄膜更长。分化潜水耐受性基因型的关键是渗透性侵袭基因型的关键的侵占性蜡含量和表达。去除叶片气膜降低的植物存活并显着改变了这些基因型中的乙烯产生水平。 

“淹没诱导基因的更快诱导和乙烯在LGF去除时增加的含量增加表明LGF的存在不仅作为胁迫感知的物理屏障,而且还用作淹没期间的乙烯通气的介质”,Chakraborty,Guru和同事写道。 “因此,去除它导致稻米和整体淹没耐受能力的众所周知的静态功能的部分丧失。”