إن تطوير أنظمة نقل الجينات الفعالة ، جنبًا إلى جنب مع منصات "omics" المجمعة (مثل الجينوميات ، و transcriptomics ، والبروتيوميات والأيض) ، سهّل فهم علم وظائف الأعضاء والكيمياء الحيوية للاستجابات التكيفية للنبات للظروف البيئية غير المواتية وتحديد الجزيئات الرئيسية اللاعبين الذين يتحكمون في هذه الردود. تم تحديد العديد من الجينات التي ترمز إلى عوامل النسخ (TFs) ، والناقلات ، والإنزيمات الأيضية ذات القدرة الواضحة على تحسين المحاصيل. أثبتت الخطط الزراعية التي تستخدم المحاصيل المحورة وراثيا أنها بدائل فعالة ومكملة لأنها توفر فوائد متعددة للمزارعين (على سبيل المثال ، استخدام مبيدات الآفات أقل بنسبة 37٪ ، وزيادة الغلة بنسبة 22٪ ، وزيادة الأرباح بنسبة 68٪) ؛ تزرع هذه المحاصيل اليوم على أكثر من 180 مليون هكتار على مستوى العالم 5. المحاصيل المعدلة وراثيا الموجودة حاليًا في السوق تعالج غلة المحاصيل لكل وحدة مساحة من خلال السيطرة على هجمات الحشرات ومنافسة الأعشاب الضارة ؛ ومع ذلك ، بدأت المحاصيل الجديدة المعدلة وراثيا التي تتغلب على القيود التي تسببها البيئات القاسية في تحريرها للاستخدام التجاري 5. في هذه المراجعة ، نسلط الضوء على بعض النهج المعدلة وراثيا ذات الصلة فيما يتعلق بكفاءة استخدام المغذيات والضغوط غير الحيوية والتدهور المادي للتربة. هذه الأساليب لديها القدرة على زيادة غلة المحاصيل في الأراضي الهامشية ذات خصوبة التربة السيئة أو قلة توافر المياه وتوسيع الأراضي الزراعية إلى أماكن تكون فيها الظروف المناخية الزراعية مواتية ولكن الإجهاد اللاحيوي يقلل من الغلات وبالتالي يثبط الإنتاج الزراعي.

تحمل الهندسة للجفاف والملوحة ودرجات الحرارة المرتفعة

الجفاف والتربة المالحة ودرجة الحرارة القصوى هي ضغوط لا أحيائية تؤثر سلبًا على نمو وإنتاجية معظم المحاصيل. الجفاف هو الشكل الأكثر عدوانية من الإجهاد التناضحي ويحد من غلة المحاصيل في حوالي 50 ٪ من إجمالي المساحة المزروعة في جميع أنحاء العالم 60.  طورت النباتات آليات تكيفية للتعامل مع الضغوط اللاأحيائية من خلال إعادة تشكيل العمليات المورفولوجية والفسيولوجية ، بشكل رئيسي عن طريق تغيير التمثيل الغذائي لتقليل النتح وتعزيز التكيف التناضحي من خلال تفاعل مسارات الإشارات المتعددة. تشمل الآليات التكيفية التي تسمح للنباتات بالتعامل مع الجفاف والملوحة ودرجات الحرارة المرتفعة إنتاج وتراكم المواد الواقية من الأسمدة والمرافقات الجزيئية ومضادات الأكسدة. مضادات الأكسدة هي نواتج الأيض التي تحمي الخلايا من خلال الحفاظ على إمكاناتها المائية وبتثبيت الأغشية وكشط أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) 61. تلعب بروتينات الصدمة الحرارية (HSPs) وبروتينات الأجنة المتأخرة (LEA) أيضًا أدوارًا مهمة أثناء تجفيف البذور وإجهاد الماء عن طريق منع تشويه البروتين وتجميعه 62. بالإضافة إلى ذلك ، تم تحديد العديد من الجينات التي تشفر TFs كعناصر رئيسية تمتلك القدرة على تحسين أداء المحاصيل تحت الضغوط غير الحيوية المختلفة . يناقش هذا القسم أكثر الأساليب الواعدة لهندسة المحاصيل مع تحمل أكبر للإجهاد الناتج عن الجفاف ودرجات الحرارة القصوى وملوحة التربة....