New Phytologist | 基因型与遮荫对小麦株型大小的影响

2024年2月，德国莱布尼茨植物遗传学和作物研究所的Guy Golan等人在New Phytologist发表了题为Agroecological genetics of biomass allocation in wheat uncovers genotype interactions with canopy shade and plant size的文章，通过对比不同遮荫条件下小麦RIL群体的叶片、茎、穗和籽粒的生物量，揭示了基因型与冠层遮荫对植物不同器官间生物量分配的影响机制。

doi : 10.1111/nph.19576

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植物在光合作用过程中固定碳产生的能量会被分配到不同的器官和组织以支撑其生长和繁殖活动，根据最优分配理论(OPT)预测，植物会将能量分配到最“小投资高回报”的器官中。

植物生态遗传框架

植株大小

基因型效应

基因型互作

环境因素

图1.在自然阳光和模拟冠层遮荫下建立小麦重组自交系(RIL)

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RIL是由野生型和优良硬粒小麦品种杂交获得的重组自交系群体，RIL种群的混合线性模型显示出不同的生物量分配模式，结果表明光照条件直接影响小麦叶片的生物量分配，其次是茎的生物量分配。植株大小及其与光的互作效应显著影响了小麦内部的资源分配。

图2.光照和植株大小对RIL种群生物量分配的影响

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在RIL群体中，位于4B染色体上的Rht-B1位点是决定资源分配的最主要因素。这个位点编码一种DELLA蛋白能够抑制由赤霉素介导的植物生长活动。

图3.不同光照条件下影响小麦各器官生物量分配的QTL定位

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在面临不同植株大小差异时，小麦Rht-B1基因能调控其生物量在根系、茎秆、叶片和籽粒等各个部位之间的分配，以确保其生长和发育的最优化。植株较大时，这些等位基因对籽粒产量贡献尤为显著；植株较小时，资源会更多地向营养生长倾斜。

图4.Rht-B1对小麦分配生物量调控的可塑性

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本研究采用异速生长法区分影响生物量分配的不同基因位点，旨在提供一个能区分在获取资源过程中表现出合作行为与竞争行为的不同等位基因的框架，结合植物生态学和遗传学揭示了生物量分配响应背后的遗传决定因素。

图5.小麦各器官生物量与基因位点的相互作用

该研究通过结合基因型和表型数据构建了一个不同光照条件下小麦不同器官生物量分配的预测模型，首次揭示了小麦基因型与光照环境和植物内部器官生物量分配的复杂相互作用，对于理解小麦生长适应性和优化种植策略具有重要意义。 doi :10.1111/nph.19576