提高大豆的抗旱能力

Improving drought tolerance in soybean

水源有限是威胁大豆农业生产率的一个重要问题、 减产高达 40%。

由于气候变化,需要耐旱性更强的品种,但在田间进行耐旱性的表型分析具有挑战性,这主要是因为田间干旱条件在空间和时间上都是不可预测的。这导致人们对抗旱性状的遗传机制知之甚少。佐治亚大学的研究人员克林顿-斯特凯蒂(Clinton Steketee)正试图通过改进耐旱性状筛选技术、鉴定新的耐旱大豆种质以及明确哪些基因组区域负责帮助大豆应对缺水的性状,来提高大豆的耐旱性。

哪些特征很重要?

克林顿和他的同事们正在堪萨斯州和佐治亚州对一个由 211 个大豆品系组成的遗传多样性小组进行为期两年多的评估,以帮助他完成研究目标。这 211 个品系来自 30 个国家,选自年降水量低的地理区域和新开发的具有更强干旱相关性状的大豆品系,以及易受干旱影响的对照品系。研究人员正在研究冠层枯萎等性状,有些植物会多花几天时间枯萎,使这些植物能够继续进行光合作用,为种子生产提供生物量。他有兴趣评估的其他性状包括气孔导度、热成像冠层温度、相对含水量和碳同位素鉴别。

soybeans in hands

利用微气候站监测环境条件

克林顿说,要想更容易、更可预测地选育出耐旱品系,了解田间环境条件至关重要。他说:"你可以随意进行表型,但你需要在真实的干旱条件下观察植物的真实表型,这样你才能发现耐旱基因,并在育种计划中提高抗性。

除了 METER 土壤水分传感器外,研究小组还使用 METER 微气候气象站来帮助监测两个田间研究点的水分输入情况,并确定与干旱相关的性状表型的理想时间段。Steketee 说:"我们在种植实验材料的田地旁放置了微环境监测器。这两个地点都使用这些监测器来关注整个生长季节的天气状况,测量温度、湿度和降水量。由于我们可以远程访问数据,因此我们利用这些信息来帮助我们确定何时该到田间查看地块。我们希望尽可能看到大豆植株之间的巨大差异,尤其是在干旱条件下。通过监测条件,我们可以回溯到我们的天气数据,以显示在我们进行测量之前的三周内都没有下雨,这证明我们确实经历了干旱条件"。

迄今为止的结果

虽然 2015 年佐治亚州的干旱并不严重,但克林顿说,7 月下旬有一段时间他能够测量冠层萎蔫情况,他们发现了一些表现良好的品系。他说:"我们将我们的数据与堪萨斯州合作者收集的数据进行了比较,有几个品系在两个地方都表现良好。希望再过一年的数据能证实这些植物具有有利的耐旱性状,我们就能从这些品系中探寻出有利的性状,并将它们整合到我们的育种计划中。

未来计划

研究小组将采用所谓的全基因组关联研究方法,来确定相关耐旱性状的基因组区域。这种方法利用从田间试验中收集到的表型信息以及整个大豆基因组中的 DNA 标记,来确定该标记是否与他们感兴趣的性状相关。如果科学家在基因组中找到了与所需性状相关的位点,他们就会开发基因组工具用于选择,将该性状整合到优良种质中,最终提高大豆的耐旱性。

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