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针对后雨季高粱产量停滞、受干旱、 shoot fly 和 charcoal rot 等制约的问题，研究人员开展多亲本杂交（MPC）研究，利用 17 个亲本构建 4 个 8-way cross，筛选出 S22086RV 等株系，其产量显著提升且抗性增强，为品种改良提供新策略。
在气候变化与人口增长的双重压力下，全球粮食安全面临严峻挑战，尤其是干旱和半干旱地区的作物生产。高粱作为耐旱的重要谷物，在后雨季（rabi）种植中对保障印度等国的粮食供应至关重要。然而，传统双亲杂交育种（biparental crossing）因遗传多样性有限，导致高粱产量增长停滞，且易受生物胁迫（如 shoot fly 虫害、charcoal rot 病害）和非生物胁迫（如终端干旱）影响。例如，印度后雨季高粱主栽品种 M35-1 已沿用数十年，但其产量潜力和抗逆性逐渐难以满足需求，亟需通过创新育种策略突破瓶颈。
为解决上述问题，印度农业研究理事会 - 印度小米研究所（ICAR-Indian Institute of Millets Research）的研究团队开展了多亲本杂交（multi-parent crossing）策略的探索。研究以拓宽遗传基础、聚合多抗性状为目标，利用 17 个具有不同抗逆性和农艺性状的高粱亲本（包括耐旱、抗虫、抗病材料），构建了 4 个 8-way cross 群体，并通过多代自交和表型筛选，获得了一系列多亲本杂交衍生系（MPCDs）。相关成果发表于《Scientific Reports》，为高粱遗传改良提供了新方向。
研究采用的关键技术包括：
- 多亲本杂交设计：通过三轮杂交（2-way→4-way→8-way）构建复杂群体，第一轮将 8 个亲本两两杂交生成 4 个 2-way cross；第二轮将 2-way cross 杂交为 2 个 4-way cross；第三轮将 2 个 4-way cross 杂交获得 8-way cross，最终通过自交和 pedigree 选择获得稳定株系。
- 多环境表型评估：在印度多个地点（Solapur、Parbhani 等）对杂交后代进行田间试验，评估 grain yield、stover yield、抗逆性等 11 个性状，并利用 lysimeter 设施模拟干旱胁迫，测定 transpiration rate（TR）、transpiration efficiency（TE）、total water use（TWU）等生理指标。
- 生物胁迫抗性筛选：采用 interlard-fish meal 技术评估 shoot fly 抗性（以 dead hearts 百分比衡量），利用 sick-plot 法在 Macrophomina 菌感染土壤中评估 charcoal rot 抗性（计算 charcoal rot index, CRI）。
研究结果
1. 多亲本杂交系的产量优势
田间试验表明，8-way cross 衍生系表现出显著的产量优势。例如，S22086RV 的 grain yield 达 5983.54 kg/ha，较国家对照品种 CSV 29R 提高近 70%，stover yield（11,728.40 kg/ha）提升超 30%。相比之下，2-way 和 4-way cross 衍生系的产量增幅较小，说明亲本数量增加可显著提升遗传重组潜力，打破产量瓶颈。
2. 干旱胁迫下的水利用效率
Lysimeter 实验显示，8-way cross 衍生系在干旱胁迫下表现出高效的水分利用特性。S22086RV 的 transpiration efficiency（TE）达 10.07 g/kg，shoot biomass 和 harvest index（HI）分别为 185.20 g/plant 和 0.58，均显著高于双亲杂交后代。其总耗水量（total water use, TWU）较对照降低 20%-30%，表明通过多亲本聚合的节水性状可增强干旱适应性。
3. 生物胁迫抗性提升
在 shoot fly 抗性评估中，S22086RV 和 S22085RV 的 dead hearts 率分别为 11.72% 和 17.25%，低于抗性阈值（<15%），表现为抗性（R）；而多数双亲杂交系为中等抗性（MR）。Charcoal rot 抗性方面，S22086RV 的 CRI 为 8.9（<10），显示高抗性，其 stay green 特性（叶片绿色保持率高）和低 lodging 率（26.5%）进一步验证了抗性机制。
4. 遗传多样性与育种潜力
8-way cross 衍生系的遗传多样性显著高于传统杂交群体，其表型变异系数（CV）在 grain yield（41%）、panicle yield（36%）等性状上表现出更广的分布范围。研究还发现，多亲本杂交可有效聚合有利等位基因，如 S22086RV 整合了 M35-1 的耐旱性、CSV 29R 的抗病性等多亲本优良性状，体现了该策略在打破性状连锁、挖掘新变异中的优势。
结论与意义
本研究通过多亲本杂交策略成功培育出兼具高产、耐旱和多抗（shoot fly、charcoal rot）的后雨季高粱新品系，证明了该方法在突破传统育种瓶颈中的有效性。研究结果表明，8-way cross 衍生系通过增加遗传重组事件和等位基因多样性，实现了产量与抗逆性的协同提升，为应对气候变化下的作物生产挑战提供了新范式。此外，筛选出的优异株系（如 S22086RV）可直接作为遗传资源用于后续育种，其携带的抗逆基因位点（如与 TE、HI 相关的 QTL）亦为分子标记辅助选择（MAS）和基因组选择（GS）提供了靶点。该研究不仅为高粱改良奠定了基础，也为其他作物（如玉米、水稻）的多亲本育种提供了借鉴，有望推动全球耐旱作物品种的创新与应用。
