基于无人机数字冠层高度的时序GWAS与QTL定位揭示普通小麦的阶段特异性遗传效应

《Plant Phenomics》：Temporal GWAS and QTL mapping of UAV-derived digital canopy height reveals stage-specific genetic effects in bread wheat.

　　

解析作物生长的时序遗传结构需要结合高通量与精细时间分辨率的表型平台。研究人员将多季节RGB-UAV表型鉴定与时序全基因组关联分析（GWAS）和QTL定位相结合，以解析普通小麦冠层高度的阶段特异性遗传效应。研究人员在意大利南部三个生长季（2021–2024）对由174个品种组成的优良品系群和由162个家系组成的重组自交系群体（RIL）进行了监测。从小区尺度三维点云中提取多个百分位数水平的数字冠层高度（DCH），并与地面实测数据进行了验证（R² = 0.89–0.98；RMSE = 0.07–0.20 m）。对拟合高度轨迹进行时间建模，产生了全高度（whole-height）和生长速率（growth-rate）两类性状；生长速率关联一致地比全高度关联早100–200生长度日（GDD），比累积高度更早捕获遗传效应对伸长的起始作用。一个明显的分蘖平台期将遗传控制分为两个阶段：早期阶段与春化（Vrn）和光周期（Ppd）位点相关，后期阶段与赤霉素相关矮化基因（Rht）相关，这一顺序与已发表的表达谱一致。重复检出的位点汇聚在五个染色体区域，候选基因优先级分析突出了一小群调控因子，包括DELLA和TB1类基因。总之，时序UAV表型鉴定，尤其是全高度与生长速率性状之间的对比，可以解析连续发育位点何时在冠层上变得可检测，为解析株高的动态遗传控制提供了一个框架。

普通小麦（Triticum aestivum L.）是全球第三大谷类作物，约提供人类20%的热量摄入。气候变化通过改变生长动态和发育时序威胁小麦产量，因此理解其适应性遗传基础至关重要。株高和物候期是重要适应性性状，优化株高可改善收获指数、抗倒伏性和光截获能力。然而以往多数小麦株高遗传研究仅在成熟期进行静态测定，忽略了发育过程中的动态基因活动；虽然半矮秆基因Rht-B1b和Rht-D1b已被充分鉴定，但Vrn、Ppd等适应基因对株高动态的影响难以用终点测量检测。高通量表型技术特别是无人机遥感可多时点监测冠层，但小麦中系统地将无人机生长曲线与特定适应基因激活时序联系起来的时序遗传研究仍有限。研究人员提出三个待解决问题：生长速率性状是否比全高度更早检测到遗传关联；不同发育阶段是否存在不同遗传控制模式；是否存在跨季节、跨遗传背景的保守位点。为回答这些问题，Fabio Fania、Patrizio Spadanuda、Damiano Puglisi、Giuseppina Angione、Ida Colella、Ivano Pecorella、Salvatore Esposito、Pasquale De Vita在