基于MR219与Pongsu Seribu-2杂交的耐稻瘟病水稻基因型环境互作及稳定性分析

《Scientific Reports》：Genotype environment interaction and stability analyses of advanced blast resistant rice genotypes derived from crossing MR219 x Pongsu Seribu-2

本研究针对稻瘟病在亚洲、非洲及拉丁美洲广泛传播导致的严重减产问题，通过多环境试验评估了18个耐稻瘟病水稻改良系。研究人员采用单变量（b、S2d、σ2、W2、YS）和多元稳定性统计方法（GGE双标图、AMMI模型），筛选出G18、G17、G11等高产稳产基因型，并确定Tanjung Karang 1为最佳测试环境。该研究为气候变暖背景下选育广适性抗病水稻品种提供了重要育种材料。

　　

稻米作为全球超过35亿人口的主要热量来源，其生产安全始终牵动着粮食安全的神经。然而，一种名为稻瘟病（rice blast）的真菌病害却在亚洲、非洲和拉丁美洲的稻田中肆虐，导致每年数亿吨的产量损失。更严峻的是，气候变化的加剧使得水稻生长环境愈发多变，培育既能抗病又能适应不同环境条件的新品种迫在眉睫。在马来西亚，主栽品种MR219虽然品质优良且高产，但对稻瘟病高度敏感，且其表现易受环境波动影响；而地方品种Pongsu Seribu 2虽具有广谱抗病性，却存在熟期过长、植株过高的问题。如何将两者的优点结合，培育出既高产稳产又抗病的新型水稻，成为研究人员亟待解决的难题。

为了攻克这一难题，研究人员开展了一项名为《基因型环境互作与稳定性分析：基于MR219与Pongsu Seribu-2杂交的耐稻瘟病水稻基因型》的研究，成果发表在《Scientific Reports》上。他们通过多环境试验和先进的统计模型，系统评估了18个由MR219与Pongsu Seribu-2杂交选育的耐稻瘟病水稻改良系，旨在筛选出在不同环境中均能保持高产和稳定的优良基因型，为水稻育种提供科学依据。

在研究方法上，作者主要采用了多重环境试验设计、稻瘟病抗性筛选以及综合稳定性分析三大关键技术。研究在马来西亚四个代表性水稻种植区（UPM Serdang、Tanjung Karang两处、Kota Sarang Semut）进行田间试验，采用随机完全区组设计，每个环境设三次重复，系统记录了13个农艺性状数据。稻瘟病抗性通过人工接种稻瘟病菌株Magnaporthe oryzae pathotype 7.2和温室病圃鉴定相结合的方式进行。稳定性分析则综合运用了单变量统计（包括回归系数b_i、回归离差S²_d、Shukla稳定性方差σ_i²、Wricke生态价W_i²和Kang稳定性统计YS_i）和多元统计方法（GGE双标图和AMMI模型），全面评估基因型在不同环境下的表现。

稻瘟病抗性筛选

通过人工接种和温室病圃鉴定，研究人员发现亲本MR219对稻瘟病菌株P7.2表现感病，而供体亲本Pongsu Seribu 2则表现抗病。在18个改良系中，有11个基因型在人工接种条件下表现抗病，分别在MARDI和UPM的温室筛选中则有13个和12个基因型表现抗病。这表明通过杂交和选择，成功将Pongsu Seribu 2的抗病性导入到了改良系中，为后续选育提供了抗病材料基础。

稳定性分析

单变量稳定性分析显示，基因型、环境及其互作对大多数性状的影响均达到显著水平。例如，在产量性状上，回归系数b_i接近1的基因型（如MR219、G5、G2）被认为具有广泛适应性，而b_i大于1的基因型（如G10、G4、G11）则对环境变化更为敏感，更适应高产环境。通过Shukla稳定性方差σ_i²和Wricke生态价W_i²等参数，评估了各基因型的稳定性，并结合Kang稳定性统计YS_i，筛选出在多个性状上表现稳定的基因型。

多元稳定性分析通过GGE双标图和AMMI模型，更直观地展示了基因型与环境的互作模式。GGE双标图的“哪地哪胜”模式揭示了不同基因型在不同环境中的优势。

例如，在产量和总粒重性状上，G17在Tanjung Karang 2环境中表现最佳，而G11在Tanjung Karang 1、Kota Sarang Semut和Serdang环境中表现突出。这表明不同基因型对环境的适应性存在差异，育种中需根据目标环境选择适宜的基因型。

在基因型评价方面，GGE双标图的均值与稳定性视图显示，基因型G18在产量和总粒重上具有最高均值且稳定性良好，是理想基因型；而G7、G10等在熟期和株高上表现低均值高稳定性，适合特定育种目标。

环境评价分析表明，Tanjung Karang 1环境在多数性状上具有最佳的代表性和判别力，是评价基因型的理想环境；而Tanjung Karang 2环境的判别力较弱。AMMI1模型分析进一步证实，Tanjung Karang 1环境与基因型的互作效应最小，基因型在该环境中表现稳定。

研究结论与意义

通过综合单变量和多元稳定性分析，研究人员将18个改良系分为三类：第一类包括G18、MR219、G17和G11等基因型，具有高产和良好的稳定性，广泛适应不同环境；第二类如G1、G6和G8，虽然高产但稳定性较差，更适合特定环境种植；第三类如G7、G9和G13，稳定性高但产量较低，可用于特定性状的育种。最终，筛选出G18、G17、G11、G14和G5作为优良基因型，因其在不同环境中均表现出高产和稳定性。

这项研究不仅为马来西亚水稻生产提供了具抗病性和广适性的新品种选择，也为应对气候变化下的水稻育种提供了重要策略。所选育的基因型可作为育种计划中的优良供体，用于进一步改良和推广，从而保障粮食安全，减少对进口稻米的依赖，提升当地水稻产业的竞争力。