JGG综述 | 干旱胁迫下作物根系结构的遗传调控网络

干旱是全球范围内影响作物生产、造成粮食减产的主要环境灾害之一。理想的根系结构能够提高作物有效吸收水分和营养物质的能力，进而增强作物对环境胁迫的适应能力。近年来，越来越多的研究聚焦于解析植物根系结构的遗传调控机制和克隆根系结构的关键基因，以期通过改良作物根系结构来提高作物包括抗旱性在内的胁迫耐受性。目前已经克隆到一批重要的根系结构调控基因，逐步构建出干旱胁迫下作物根系结构的遗传调控网络，为培育多抗农作物品种以应对日益频繁的干旱等环境胁迫奠定了理论基础，同时提供了遗传资源。

2024年5月8日，Journal of Genetics and Genomics在线发表甘肃农业大学彭云玲团队、华中农业大学代明球团队和甘肃省农业科学院作物研究所王兴荣团队题为“Crop root system architecture in drought response”的综述论文。该综述系统阐述了干旱胁迫下作物根系结构的遗传调控网络，概述了作物抗旱性的理想根系结构特征，并讨论了作物根系结构改良策略及其在作物抗旱遗传改良和抗旱育种上面临的挑战以及未来研究方向。

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该综述首先比较了单、双子叶作物根系的形态学特征。其次，从根系形态调控(深根、根生物量、根系解剖结构等)和根系向性调节(向地性、向水性)两个方面对作物根系结构在干旱响应中的遗传调控网络做了详细概述，梳理了干旱响应中调节作物根系生长有利于提高作物抗旱性的关键基因。随后，从深根、根系生物量、根的解剖结构、根向性调节等方面提出作物抗旱性改良中理想的根系结构。最后，该综述展望了根系结构在作物抗旱遗传改良及抗旱育种中面临的机遇和挑战。

图1. 干旱胁迫下作物根系结构的遗传调控网络。A: 深根有利于作物从更深的土壤 层中吸收水分；B: 增加根系生物量(根表面积和体积)有利于增强根系与土壤之间的相互作用，有利于水分获取；C: 优化根 系解剖结构有助于改善水分吸收效率，降低根系代谢成本，并提高抗旱性；D: 改善根系向性，增加根系对向地 性和向水性的敏感性，从而引导根系更有效地向水源生长

图2. 作物抗旱遗传改良的理想根系结构。A: 双子叶作物；B: 单子叶作物

作者简介

甘肃省农业科学院作物研究所博士研究生张彦军副研究员和华中农业大学博士后伍玺为该综述共同第一作者，甘肃农业大学彭云玲教授和华中农业大学代明球教授为共同通讯作者。相关工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、海南省崖州湾种子实验室和中国种子集团、甘肃省产业支持计划、国家资助博士后研究人员计划等资助。