通过将野生Vigna radiata var. sublobata中的收获前发芽抗性基因引入栽培绿豆，开展育种前的准备工作

《Frontiers in Plant Science》：Pre-breeding efforts through introgression of pre-harvest sprouting resistance genes from wild Vigna radiata var. sublobata into cultivated mungbean

绿豆收获前发芽（PHS）耐受性遗传改良及多性状关联分析。通过引入野生品种Vigna radiata var. sublobata的抗性基因，培育出7个PHS耐受的衍生品系，并与6个区域适应型栽培品种杂交，筛选出4个低发芽率（<10%）的杂交组合。研究表明PHS与鲜种发芽率（FSG）呈显著正相关（r=0.96），且受单基因Hd1调控，耐受性基因呈显性遗传。主成分分析（PCA）显示PHS和FSG贡献最大变异，聚类分析将55个基因型分为4类，为分子标记辅助育种提供理论依据。

　　本研究围绕豆科作物绿豆（*Vigna radiata*）中一种常见的生理问题——收获前萌发（Pre-harvest sprouting, PHS）展开，旨在通过引入野生绿豆品种的抗性基因，开发出具有更强抗PHS能力的绿豆品种。绿豆作为全球重要的蛋白质来源之一，在素食者群体中尤为重要，其蛋白质含量大约在15%-30%之间，远高于谷物类作物。此外，绿豆富含复杂碳水化合物、膳食纤维、维生素和矿物质，对于改善营养不良和微量营养素缺乏具有重要作用。然而，PHS问题对绿豆的产量和质量造成了严重威胁，特别是在降雨频繁、湿度高的成熟阶段，导致种子质量下降和市场价值降低。

为了应对这一挑战，研究团队在印度马哈拉施特拉邦的Badnapur农业研究站开展了一项实验，将高产但易受PHS影响的栽培品种BM-4与野生绿豆品种BWM-29进行杂交。BWM-29以其对PHS和新鲜种子萌发（Fresh Seed Germination, FSG）的耐受性而著称。通过连续的杂交和单株选择，最终获得了七种稳定的杂交后代，这些后代继承了野生亲本的抗PHS特性，并且在栽培品种的高产性方面表现出良好表现。接下来，研究者将这些野生衍生的基因型作为父本，与六个在不同农业气候区适应性强的本地品种进行杂交，共产生42个杂交组合。这些组合以及亲本材料被用于评估其PHS发生率和FSG情况。

研究结果表明，不同基因型之间存在显著的遗传变异，PHS的发生率从3.55%到98.86%不等，而FSG的发生率则从4.76%到96.17%。其中，有四个杂交组合表现出PHS发生率低于10%，表明它们对PHS具有较强的耐受性。进一步的统计分析发现，FSG和PHS之间存在显著的正相关性，这提示这两种现象在绿豆中可能共享一些遗传和生理机制。研究还发现，PHS和FSG是导致基因型间变异的主要因素。此外，遗传分析揭示，PHS在绿豆中主要由单一基因控制，其中休眠性为显性，而非休眠性为隐性，这一发现为后续的分子标记辅助选择和基因堆叠提供了理论依据。

在方法上，研究者通过随机区组设计在2022年的雨季中对55个基因型进行了田间种植和实验室评估。每个基因型种植两行，每行长度为4米，行距为45厘米，株距为10厘米。研究者在植物生理成熟阶段开始进行表型分析，此时豆荚从绿色变为黑色。在实验室中，每个基因型的10个豆荚被放置在水浸纸的培养皿中，置于25°C下培养，记录五天后种子萌发的情况。同时，对FSG的评估也采用类似方法，即在豆荚未成熟时采摘并进行萌发测试。通过这些方法，研究者能够准确评估不同基因型对PHS和FSG的耐受性。

为了进一步探究PHS的遗传机制，研究团队对杂交后代的F2代以及回交群体进行了遗传分析。通过比较观察到的表型比例与预期的孟德尔比例，发现PHS的遗传模式主要由单一显性基因控制。这一结果与先前关于野生绿豆品种的研究一致，表明休眠性在这些基因型中具有重要的遗传基础。此外，通过主成分分析（PCA）发现，PHS和FSG在基因型间的变异中占据主导地位，占总变异的76.18%。这一分析有助于识别哪些基因型在多个性状上表现出一致性，从而为未来的育种策略提供指导。

研究还发现，基因型的耐受性与豆荚的形态特征密切相关。例如，一些杂交组合虽然在实验室条件下表现出较高的FSG率，但在豆荚内仍保持较低的PHS率，这可能是因为豆荚具有一定的物理屏障作用，如蜡质层和厚壁结构，可以有效减少水分吸收，从而降低PHS的发生率。这一发现为绿豆育种提供了新的思路，即在选择耐PHS基因型时，应同时考虑豆荚的物理特性。

在应用层面，研究团队对杂交组合进行了分类，分为耐受、中等耐受、中等易感和易感四个等级。其中，四个杂交组合被归类为耐受型，具有较低的PHS发生率和较高的休眠性。这些基因型可作为未来育种的重要资源，用于开发高产且耐PHS的绿豆品种。此外，研究还指出，PHS的遗传基础可能受到环境因素的显著影响，例如降雨量和温度的变化，这提示在育种过程中应考虑多环境条件下的表现。

研究结果不仅为绿豆的抗PHS育种提供了理论依据，也为其他豆科作物的育种策略提供了借鉴。通过引入野生基因资源，研究团队成功地将抗性基因导入高产栽培品种中，这一策略在扩大遗传多样性方面具有重要意义。未来，进一步的分子标记辅助选择和基因定位研究将有助于更精确地识别与PHS抗性相关的基因，从而加快抗性品种的选育进程。此外，开展多地点田间试验，以评估耐PHS基因型在不同环境条件下的表现，将是提高绿豆生产稳定性和适应性的关键步骤。