Nature Climate Change｜“过犹不及”——我国科学家解析玉米育种过程中高温耐受和雄穗弱化间的博弈规律

近日，中国农业大学、中国农业科学院生物技术研究所和重庆市农科院三方合作，解析了现代玉米育种过程中雄穗、雌穗、产量特征及其耐热性的选择规律，明确了应对高温时雄穗小穗数的关键阈值，为玉米耐高温育种及全球不同玉米种植区的宜栽品种选择提供了重要理论指导。相关成果以Maize breeding for smaller tassels threaten yield under a warming climate为题发表在国际顶尖学术期刊Nature Climate Change上。

近年来随着全球变暖的加剧，花期高温已成为限制玉米高产的主要因素之一。现代作物育种过程中为了追求更高的产量，玉米的雄穗逐步持续变小，但其对高温的响应，尤其是应对高温时的雄穗变小的关键阈值不清，很大程度上限制了耐高温品种选育及不同生态区宜植品种的选择。

该研究对320余份中国和美国不同年代玉米骨干自交系进行了多年多点田间试验，对玉米不同温度下雄穗和雌穗的形态、开花特性及结实率的进行了系列研究。发现随着育种年代推进，玉米雄穗大小和开颖能力逐渐减弱，导致部分近代玉米种质在花期应对高温的耐受性有所下降。进一步的，本研究还明确了玉米应对高温时雄穗小穗数的关键阈值（约700 小穗/雄穗）；在发生花期高温的地区，雄穗小穗数超过这一阈值的玉米材料具有较高且稳定的结实率。基于全球玉米种植区域花期高温程度，本研究推测，目前全球约23.7%的玉米种植区可能已不再适合种植雄穗小穗数低于700小穗/雄穗的品种。

图1. 中国和美国骨干自交系材料产量、结实能力以及雌雄穗特征随年代变化情况

图2. 中国和美国骨干自交系雌雄穗对花期增温的响应

图3. 玉米雄穗小穗数关键阈值率定

图4. 全球玉米种植区域花期高温水平及品种推荐
中国农业大学农学院张英俊博士研究生和重庆市农业科学院董昕副研究员为论文的第一作者，中国农业大学黄收兵副教授和中国农业科学院生物技术研究所王宝宝研究员为通讯作者。王鸿宇博士研究生、林翊轩博士研究生、靳礼安博士研究生、姚倩硕士研究生、李保乐硕士、高佳博士、王璞教授提供了宝贵的帮助和建议。该研究得到国家自然科学基金重点项目、重庆市自然基金、中国农业大学2115人才培育项目、拼多多-中国农业大学研究基金等项目资助。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41558-024-02161-5