暑さを感じる：高い周囲温度に対する小麦と大麦の発生と分子応答

Feeling the heat: developmental and molecular responses of wheat and barley to high ambient temperatures.

• Catherine N Jacott
• Scott A Boden

抄録

温暖化気候に直面した世界的な食糧安全保障への要求が高まっていることから、研究者は、周囲温度の上昇に対する穀類の生理学的および分子的応答を調査することになっています。小麦と大麦は温帯性の穀物であり、収量は周囲温度の上昇によって悪影響を受け、最適温度を 1℃上昇させるごとに生産性が 5-6%低下する。生殖発達は高温ストレスに弱く、穀物数やサイズ、重量を減少させることで収量を減少させます。近年、初期花序の発生や、植生から花への移行を制御する遺伝経路の解析により、春化や光周期に依存した開花の制御に関与するものを含め、温度上昇に応答する分子過程が明らかになってきた。一方で、後の発生段階での熱応答を支える遺伝子については、まだ十分に理解されておらず、今後の研究の鍵となる領域であることが浮き彫りになった。本レビューでは、高温条件に対する発生遺伝子の応答を概説し、高温の影響を受けるコムギやオオムギの生殖形質に関するこれまでの知見をまとめる。また、小麦と大麦の最近の研究能力の進歩が、高温への応答を支える遺伝子の同定にどのように役立つか、また、生殖の遺伝的制御と植物の構造に関する知識の向上が、熱に強い品種を開発するためにどのように利用できるかを探求する。

The increasing demand for global food security in the face of a warming climate is leading researchers to investigate the physiological and molecular responses of cereals to rising ambient temperatures. Wheat and barley are temperate cereals whose yields are adversely affected by high ambient temperatures, with each 1 °C increase above optimum temperatures reducing productivity by 5-6%. Reproductive development is vulnerable to high-temperature stress, which reduces yields by decreasing grain number and/or size and weight. In recent years, analysis of early inflorescence development and genetic pathways that control the vegetative to floral transition have elucidated molecular processes that respond to rising temperatures, including those involved in the vernalization- and photoperiod-dependent control of flowering. In comparison, our understanding of genes that underpin thermal responses during later developmental stages remains poorly understood, thus highlighting a key area for future research. This review outlines the responses of developmental genes to warmer conditions and summarizes our knowledge of the reproductive traits of wheat and barley influenced by high temperatures. We explore ways in which recent advances in wheat and barley research capabilities could help identify genes that underpin responses to rising temperatures, and how improved knowledge of the genetic regulation of reproduction and plant architecture could be used to develop thermally resilient cultivars.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of the Society for Experimental Biology.