研究人员利用代谢模型研究玉米的温度胁迫

由内布拉斯加州科学家领导的一个研究小组建立了有史以来最大的玉米代谢模型，以研究温度胁迫如何影响植物以及某种真菌如何帮助缓解该问题。

化学和化学系副教授RajibSaha、RichardL.和CarolS.McNeel表示，这项研究是玉米根部代谢模型早期工作的扩展，同一团队曾使用该模型来研究植物在氮胁迫条件下的氮利用效率。生物分子工程和首席研究员。

萨哈和团队将模型扩展为包括整个植物，而不仅仅是根部，从而可以对复杂的代谢相互作用、相关的分子基础以及可能影响生产力的各种压力源进行扩展研究。研究结果发表在《iScience》杂志上。

代谢模型是玉米杂交种B73，其基因组因制造用于食品、饲料和各种工业用途的杂交种而受到高度重视。该品系及其后代是20世纪70年代初在爱荷华州立大学培育出来的，占世界各地种植的几乎所有杂交玉米亲本的一半。

内布拉斯加州开发的多器官代谢模型是有史以来最大的玉米(或任何其他植物)模型，使科学家能够比使用实际玉米植物进行实地研究更有效、更快速地进行研究。与萨哈一起工作的博士生尼亚兹·巴哈尔·乔杜里(NiazBaharChowdhury)表示，该模型还可以帮助实地研究人员用实际的玉米植物更快、更有效地进行实验。

据估计，气候变化造成的温度压力会使玉米产量降低7%至18%。

“迫切需要开发能够承受温度胁迫的高产玉米基因型，”萨哈说。

科学家们正在关注如何调整植物的新陈代谢来抵消这种压力。萨哈说，该团队的研究采用了整体的、全厂范围的方法，而不是只关注工厂的特定元素。

除其他影响外，温度胁迫会减少叶子中的光合作用和碳水化合物合成，减少籽粒中的淀粉合成，并影响茎中的氨基酸和木质素生物合成。此外，温度应激会损害酶和组织，损害开花并在繁殖阶段引发氧化应激。

萨哈的团队在他们的模型中表达了过多的热和冷数据，发现这两种数据都会造成所谓的“代谢瓶颈”，从而减缓植物生长，但指出热量尤其成问题。在气候持续变化的情况下，预计高温将继续阻碍作物生长。

缓解温度压力的一种方法是重新设计植物，创造受温度压力影响较小的新杂交品种。虽然这可能会成功，但“这是一个非常非常漫长的过程，”萨哈说。

在另一种方法中，研究人员用一种称为不规则根霉的有益真菌接种玉米根，该真菌通常用作土壤接种剂。萨哈说，这项新研究发现，不规则红藻还成功地减少了在热和冷胁迫条件下减缓植物生长的代谢瓶颈。整个植物生物量和器官特异性生物量增长率都随着真菌处理而增加。未来的研究将使用相同的代谢模型，重点研究不规则菌在高氮和低氮条件下如何影响植物代谢。

乔杜里和萨哈表示，他们创建的模型将可供想要研究玉米其他压力的研究人员使用。

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