Nature Plants|特定生育阶段的基因型与环境互作决定小麦的产量组成部分

近日，题为“Stage-specific genotype-by-environment interactions determine yield components in wheat”的研究论文在Nature Plants杂志上发表。该研究通过大规模标准化田间试验，揭示了小麦在不同生育阶段对环境变化的响应，进而探讨了基因型、环境和生育期之间复杂的互作模式。作为农学领域的研究，该篇文章对实现精准农业生产，提高小麦的产量与质量，具有深远的意义。

1.环境变量在小麦生育亚期对产量的影响：

研究采用了滑动时间窗口回归分析方法，针对小麦从双波谷期至籽粒干燥期的81个时间段，分析了光照、温度和降水等5个环境变量对220个小麦品种的三个主要产量组成部分（穗数、穗粒数和千粒重）的影响。研究结果显示，这些环境变量在穗期和籽粒生成的短期生理亚阶段中对产量的贡献最为显著。这些发现为专门针对特定生育期的农艺措施提供了理论支持。

图1 抽穗前后81个时间窗(热时间= 0°Cd) GR对KpS的影响。

2.品种适应性与环境变量的相互关系：

研究进一步定量地揭示了各环境变量对小麦产量组成部分的具体效应，有助于检验不同基因型的适应性。例如，在黄花期，全球辐射的增加能够提高每穗粒数，而在开花末期到预粒充期初，夜间最低温度的升高同样能够促进每穗粒数的增加。此外，早熟与晚熟品种在同一生育亚期对环境变化的响应也存在显著差异，为选择最佳的品种组合提供了线索。

表1 采用方差分析，对模型1和模型2的显著性进行了比较。这些数据反映了220个冬小麦品种在81个时间窗口中对环境变量的敏感产量组成。在共计17,820次的性状与环境变量比较中，展示了至少在一个时间窗口中对环境变量敏感的品种数量。

3.基因型、环境及产量组成部分之间的内在联系：

研究揭示了温度和光照对穗数和千粒重有潜在的关联效应。例如，最低温度与平均温度或全球辐射在小穗分化期存在协同效应。同时，研究还强调了降水在某些生育亚期中对小麦产量可能存在的负面影响。这有助于在关键时期制定合适的灌溉策略，避免过量灌溉导致的产量损失。

图2 确定产量组成部分（KpS、Sno和TKW）对环境变量（GR、Tmax、Tmean、Tmin和PR）变化敏感的时间窗口。

4.育种策略与作物模型完善：

研究为基于标记辅助选择的育种提供了依据，特别是在关键生育亚期对环境变化的敏感时期。引入品种特异性的环境敏感性，可以进一步提高作物在不同环境下的表型预测。

图3 KpS的时间窗口显示两个环境变量对其形成的显著协同效应。

综上所述，该研究为小麦的高产稳产和针对性的育种策略提供了重要的科学依据，并为利用多环境试验数据开展作物响应研究设置了新的标杆。

同时，Nature评论文章也对单个基因对于产量的提升的可靠性，提出来5点基本指标。详见原文：

https://www./articles/d41586-023-02895-w#:~:text=With%20a%20changing%20climate%20and,actually%20works%20in%20the%20field.

原文链接：

https://www./articles/s41477-023-01516-8

小麦族多组学网站：http://wheatomics.