一個研究小組開發了一個框架來研究表型可塑性，將作物性狀、遺傳學和天氣聯繫起來。此方法可以預測玉米性狀，例如開花時間準確性，提供數據驅動的方法來培育氣候適應作物。
了解環境因素和遺傳性狀對作物的影響對於開發更具彈性和生產力的品種至關重要。
但天氣和基因之間錯綜複雜的相互作用很難理清，部分原因是具有相同基因型的植物可以以不同的方式對不同的條件做出反應。這種動態稱為表型可塑性，這是該校農學教授於建明的主要研究興趣。愛荷華州立大學。
於說，作物育種者認為表型可塑性過於緊密地交織在一起，無法成為提高性能的有用焦點。他的研究團隊和合作者進行的一項新研究旨在透過展示一種系統方法來從與作物性狀、遺傳和天氣條件相關的數據中獲取洞察力，從而更加重視可塑性。
建構表型可塑性框架
「我們為育種家和遺傳學家建立了一個定量框架，以了解可塑性並同時研究所有相關方面，」玉米育種先驅傑出主席兼雷蒙德·F·貝克植物育種中心主任於說。
Yu 團隊的研究結果在最近的一篇文章中進行了描述基因組研究，利用了基於過去二十年經過深入研究的大量玉米植物的先前研究。玉米嵌套關聯圖譜群體包括在 11 個地點種植的 5,000 個玉米品系，這些植物的遺傳和物理性狀資料被研究人員廣泛使用。由愛荷華州立大學生態學、進化論和有機生物學教授 Matthew Hufford 領導的研究小組發表了2021 年的一項研究對用於培育 5,000 個品系種群的 26 位創始人的基因組進行了測序。
Yu領導的這項新研究將創始人基因組學與性狀觀察和歷史天氣數據相結合，搜尋了超過2000萬個遺傳標記，為整個玉米發育週期中不同環境條件下的19個玉米植株特徵奠定了基礎。
他說：“能夠在關鍵生長階段識別塑造玉米種群可塑性反應模式的主要環境因素，並與全基因組遺傳變異聯繫起來，真是令人驚奇。”
長期目標是指導育種工作，更容易預測如何開發產量更高或抵抗極端條件能力更強的玉米。例如，研究人員在論文中描述的統計分析使用這些數據來預測在未經測試的環境中生長的未經測試的基因型的開花時間，其中 90% 以上的時間都是如此。在未經測試的基因型和環境中，植物結構和產量組成性狀的預測並不那麼準確，儘管這兩個類別中的一些個體性狀的預測都超過了 50%。
對氣候適應作物的影響
於說，隨著氣候變化，促使玉米和其他作物進一步改良將變得越來越重要，而採用大局觀方法（結合現實生活環境的大數據集）的育種進步最有希望。
「我們相信，大多數時候，當人們使用高科技研究細節時，他們只關注材料的一小部分，」他說。 「要解決大問題，你需要複雜的自然場條件。這就是我們生產產品的地方。
Yu 的團隊在 MaizeGDB（一個可公開訪問的玉米基因組學網站）上分享了他們的研究結果，以便其他研究人員可以在這項工作的基礎上進一步發展。餘希望他們的數據組裝和分析技術能夠被研究其他植物的科學家所使用，從而揭示表型可塑性。他說，大型育種公司也對這種方法感興趣。
「這更多的是方法而不是具體的發現。這是一種有趣且有價值的查看數據的方式，」他說。
參考文獻：「玉米表型可塑性的基因組和環境決定因素的綜合鑑定」作者：Laura E. Tibbs-Cortes、TingtingGuo、Carson M.Andorf、Xianran Li 和 Jiaming Yu，2024 年 8 月 6 日，基因組研究。
DOI：10.1101/gr.279027.124
這項研究得到了美國農業部、國家科學基金會、愛荷華州立大學植物科學研究所和雷蒙德·F·貝克植物育種中心的支持。
