《Journal of Plant Interactions》：Harnessing genetic diversity and modern breeding approach for climate-resilient common bean (Phaseolus vulgaris L.): a critical review and future directions
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本文综述探讨了如何通过整合菜豆地方品种的丰富遗传资源与现代分子育种技术（如基因组选择GS、全基因组关联研究GWAS、基因编辑CRISPR-Cas9）来培育具有多重胁迫耐受性的气候适应性菜豆品种。文章指出，当前育种项目对地方品种和野生近缘种（如利马豆P. acutifolius）利用不足，且传统育种在应对干旱、高温、病虫害等多重、交互的气候胁迫方面存在局限。作者呼吁，未来的研究应致力于构建多性状耐逆性，并推动参与式育种和人工智能（AI）辅助育种，以实现粮食安全与环境可持续性。
利用遗传多样性与现代育种方法培育气候适应性菜豆
在全球人口增长与气候变化加剧的双重压力下，粮食安全成为日益紧迫的挑战。菜豆（Phaseolus vulgaris L.），作为许多发展中国家重要的营养来源和固氮作物，其生产力正受到干旱、高温和病虫害频发的严重威胁。传统育种方法难以应对这些复杂且交互的胁迫，因此，探索将传统遗传资源与现代生物技术相结合的新策略，对于培育气候适应性菜豆品种至关重要。
丰富但未被充分利用的遗传宝库
菜豆的遗传多样性主要体现在两大基因库：中美洲基因库和安第斯基因库。中美洲菜豆通常更耐旱，而安第斯菜豆则对低温和高海拔环境更具适应性。然而，现代育种项目往往过度依赖少数高产商业品种，忽视了蕴含在这些地方品种中的宝贵耐逆性状。此外，野生近缘种，如耐热耐旱性极强的利马豆（Phaseolus acutifolius Gray），是一个尚未被充分开发的基因资源库。将地方品种和野生近缘种的遗传多样性系统地整合到育种计划中，是拓宽菜豆遗传基础、增强其气候适应性的关键第一步。
现代分子育种工具：精准与高效
面对气候变化的复杂性，基因组学工具为加速育种进程提供了新方案。
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基因组选择：利用全基因组范围内的单核苷酸多态性标记来预测个体的育种值，可大幅提高对耐旱、耐热等复杂性状的选择效率，缩短育种周期。
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全基因组关联研究：通过分析大量个体的基因型和表型数据，能够定位与特定耐逆性状相关的遗传位点，为标记辅助选择提供靶点。
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CRISPR-Cas9基因编辑：这项技术允许对目标基因进行精准编辑，为直接将野生近缘种中的优异等位基因导入栽培品种，或对现有基因进行优化改良提供了强大工具。例如，可以精准编辑与脱水响应相关的DREB1基因，以增强作物的抗旱能力。
从单性状到多性状耐逆性的范式转变
当前育种的一个主要局限是过于聚焦于单一胁迫（如仅抗旱或仅抗病）。然而，在田间环境中，多种胁迫（干旱、高温、病虫害）往往同时或相继发生。因此，未来的育种目标必须转向培育具有“多性状耐逆性”的品种。这意味着需要筛选和聚合能够同时应对多种环境压力的基因组合。为了实现这一目标，需要结合高通量表型分析、人工智能和机器学习模型，以解析复杂性状背后的遗传互作网络，并预测其在多变环境下的表现。
挑战与协同创新之路
尽管前景广阔，但气候适应性育种仍面临诸多挑战。首先，在引入野生近缘种优异基因时，常伴随“一因多效”现象，即一个基因可能影响多个性状，在增强耐逆性的同时可能对产量或品质产生负面影响。其次，分子育种技术的高成本和技术门槛限制了其在资源匮乏地区的应用。此外，从基因组预测到田间表现的“转化鸿沟”依然存在，实验室鉴定的优异基因型需要在真实多变的气候条件下进行广泛验证。
为应对这些挑战，文章提出了协同创新的路径：
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参与式育种：让农民直接参与品种选育过程，确保新品种既具备遗传优势，又符合当地农艺实践和消费偏好，这是连接科学与实践的重要桥梁。
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跨学科整合：将分子育种技术与气候智能型农业实践（如节水农业、土壤健康管理）相结合，实现遗传增益与生态可持续性的双赢。
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建设开放式平台：推动基因组数据、育种工具和种质资源的共享，特别是在全球南方地区，以促进能力建设和公平获取。
结论与展望
培育气候适应性菜豆是一项关乎全球粮食安全与生计稳定的关键任务。成功的关键在于打破学科与部门壁垒，将深厚的遗传资源（地方品种与野生近缘种）、尖端的生物技术（GS、GWAS、CRISPR-Cas9）以及基于生态的农艺实践融为一体。未来的研究应着力于填补野生近缘种基因组信息的空白，深入开展多环境下的田间验证，并利用人工智能优化多性状选择策略。通过研究者、育种家、农民及政策制定者的通力合作，我们有望培育出不仅高产稳产，更能从容应对未来气候挑战的菜豆新品种，为可持续的粮食系统奠定坚实基础。
