Vegetable Res | “黄金WUE”性状高通量筛查及育种应用策略

全球干旱事件频发导致作物产量下降，给农业生产带来了严重威胁。目前，大部分研究聚焦干旱下的植物气孔调节行为，然而增加气孔敏感性虽然有助于降低蒸腾作用、避免植物失水萎蔫，但同时也降低了光合作用，导致干物质积累受阻和产量损失。因此，未来农业生产中急需同时具备耐旱和高产属性的品种。

2024年1月，Vegetable Research发表了中国计量大学生命科学学院徐沛研究员课题组题为Leveraging 'golden-hour'WUE for developing superior vegetable varieties with optimal water-saving andgrowth traits的Perspective文章。研究定义了“黄金水分利用效率”（'golden-hour'WUE，简称GHW）这一植物生理表型性状，阐述了利用高通量表型组对该性状进行定量评估的体系，提出了大规模选育GHW优系的方法，为解决作物节水—高产平衡提供了解决方案。

水分利用效率（WUE）是指植物耗水量与产生生物量的比值，它可作为发掘优质品种的重要评价指标。随着表型组学的发展，多项研究观察到植物光合和蒸腾（Tr）变化模式具有异步性。研究者发现6：00—11：00是光照充足且饱和蒸汽压差（VPD）较低的时段，此时段是高光合速率和低蒸腾速率并存的“黄金时段”，植物具有显著高于其他时段的WUE，因此GHW性状对于作物节水和高产特性具有重要意义（图1）。

图1 GHW的概念（a）和定量评估方法（b）

研究者利用基于蒸渗原理开发的高通量表型组平台“Plantarray3.0”，突破了长时间、高精度、动态无损监测植物生理表型的技术瓶颈（图2），并通过WUE模型的推导，使用容易得到的参数Tr和VPD来计算冠层导度，进而反演光合速率。研究进一步提出将全天冠层导度的累计值（Accdaily）、黄金时段冠层导度占比（fGHW）和全天WUE估算值（WUEe,daily）作为GHW优劣系的综合筛选指标，并根据fGHW和WUEe,daily的强正相关性进一步提出了以Accdaily和fGHW作为筛选指标的简化方案，这使得大规模筛选种质的GHW性状成为可能。

图2 Plantarray的技术先进性

基于此，研究者提出将GHW性状筛选体系应用于育种实践中。通过大规模的生理表型分析、基因型比较与分析以及开发分子标记等育种方法，可以更加准确地了解作物的遗传特性和表型优劣，在育种过程中能够有针对性地选择具备优良性状的个体进行培育，从而达到改良作物品质和增加群体产量的目标（图3）。

图3 应用GHW性状实现育种改良

中国计量大学生命科学学院徐沛研究员为本论文的通讯作者，硕士研究生蒋茹佳和青年教师孙挺为本文的共同第一作者，以色列耶路撒冷希伯来大学Menachem Moshelion教授参与了本研究。本工作得到国家重点研发计划国际合作重点专项（中国-以色列）、浙江省“十四五”农业新品种选育重大科技专项（2021C020665、2021C02067-7）和浙江省自然科学基金项目（LQ23C150006）的支持。

https://doi.org/10.48130/vegres-0024-0001

关于 Vegetable Research

Vegetable Research是一本开放获取的期刊，致力于传播蔬菜作物研究进展。欢迎蔬菜研究所有领域的原始研究论文、方法、资源和综述等投稿，主题范围包括（但不限于）遗传、育种、组学、分子生物学、生物技术、与环境和其他生物系统的相互作用以及采收前/后的生产。期刊主编由中国农业大学张小兰教授和法国图卢兹国立理工学院Julien Pirrello博士共同担任。目前期刊已被Scopus、CABI等数据库收录。

期刊官网：

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投稿网址：

mc03.manuscriptcentral.com/vegres

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