甘蓝型油菜花期热冷胁迫响应机制及耐逆种质筛选研究

本研究针对气候变化下极端温度胁迫导致油菜产量下降的突出问题，通过大规模表型组学分析94份甘蓝型油菜(Brassica napus)种质在花期遭遇短期热(35/23°C)冷(6/4°C)胁迫的生理响应。发现热胁迫使种子产量降低1.3倍(P=0.0009)，显著影响主花序结实率、种子数及重量，筛选出28个耐热基因型，并鉴定出与产量恢复相关的染色体区域(A04/C04)。研究为培育气候适应性油菜品种提供了重要靶点。

　　

随着全球气候变化加剧，极端温度事件频发已成为威胁农作物稳产的重大挑战。甘蓝型油菜(Brassica napus L.)作为全球第二大油料作物，其花期对温度异常敏感——研究表明气温每升高1°C可导致产量下降10%。尤其在英国等温带地区，冬季油菜花期(4-6月)可能遭遇2.4°C低温，而夏季又面临32.2°C高温冲击，这种"冰火两重天"的极端天气严重制约油菜生产。尽管前人研究多关注长期温和胁迫的影响，但对模拟实际天气突变(持续3-5天)的短期极端温度研究仍属空白，且缺乏对冷热双重胁迫的系统比较。

为破解这一难题，来自英国约克大学等机构的研究团队开展了一项开创性研究。他们选取代表甘蓝型油菜遗传多样性的BnASSYST群体中94份种质，在控制花期(GS60阶段)施加3天极端冷(6/4°C)热(35/23°C)胁迫，通过多维度表型组学结合关联转录组学(AT)技术，首次系统解析了短期极端温度对油菜生殖发育的影响机制。相关成果发表在《Plant Stress》期刊，为培育气候适应性油菜品种提供了理论和材料基础。

研究团队运用了三大关键技术：首先建立标准化胁迫体系，通过精确控温生长室模拟热浪/寒潮事件；其次采用高通量表型采集，包括光合参数(Fv/Fm)、电解质渗漏、主花序15个角果的种子数(SNPP)和重量等8个性状；最后整合基因组关联分析(GWAS)与基因表达标记(GEM)方法，利用METAL软件进行多性状联合分析。

【2.1 温度胁迫响应模式】
PCA分析揭示热胁迫与对照/冷处理显著分离，且冬季与春季品种形成明显聚类。相关性分析显示主花序种子重量与种子数呈强正相关(R=0.92)，而与角果不育率负相关(r=-0.86)，这种关联在热胁迫下更为显著。

【2.2 热胁迫的毁灭性影响】
热胁迫导致单株产量平均下降1.3倍(P=0.0009)，主花序产量骤降4.95倍。值得注意的是，冷胁迫仅使产量降低4.6%且不显著，表明花期对高温更敏感。

【2.3 产量构成要素解析】
热胁迫通过三重机制降低产量：使角果不育率从对照的27%增至63%；种子数/角果(SNPP)从15.2降至6.8；种子大小缩小18%。而冷胁迫对这些参数影响微弱。

【2.5 耐热种质筛选】
通过热图聚类鉴定出28个耐热基因型，其中5个冬季品种(BnA105/510等)在热胁迫下保持高产，其主花序产量与单株产量相关性达0.82，显著高于敏感品种。

【2.6 遗传机制解析】
AT分析发现A04染色体Cab035024.1标记与种子产量显著相关，连锁区段含RAX2等发育调控基因；而C01染色体Bo1g002670.1区域(含HSP40等热激蛋白基因)与产量恢复力相关，该区域覆盖206个基因，包括11个已知产量相关基因。

这项研究首次系统比较了甘蓝型油菜花期遭遇短期极端冷热胁迫的响应差异，揭示了高温通过破坏生殖发育多个环节导致减产的关键机制。发现的28个耐热种质可直接用于育种实践，而定位的A04/C04染色体区域为分子标记辅助选择提供了新靶点。特别值得注意的是，研究提出的"主花序15角果性状可预测单株产量"的结论(R²=0.53)，为大规模抗逆筛选建立了高效指标。这些发现不仅对应对气候变化下的油菜稳产具有重要意义，其研究范式也可拓展至其他作物。未来研究可进一步解析高温影响花粉/胚珠发育的细胞学机制，以及已鉴定候选基因的功能验证。