硬小麦对有机和常规管理系统的响应：农艺性状及氮素运输与同化基因的组织特异性表达

《Agriculture》：Durum Wheat Responses to Organic and Conventional Management Systems: Agronomic Traits and Tissue-Specific Expression of Nitrogen Transport and Assimilation Genes

　　

摘要

高效的氮素获取与利用对于不同管理系统的可持续小麦生产至关重要。然而，关于基因型×管理互作如何与硬质小麦在有机和常规田间条件下氮（N）相关基因的组织特异性表达相关联，目前知之甚少。本研究评估了12个硬质小麦基因型（Triticum turgidum L. subsp. durum）在有机和常规管理下于2022–2023及2023–2024生长季节的农学、生理和分子响应。从这些基因型中选取了六个（包括四个产量较高和两个产量较低的基因型）进行分子分析。利用逆转录定量聚合酶链反应（RT-qPCR）分析了叶片、茎和根组织中参与硝酸盐与铵盐转运及氮同化的10个基因的表达。有机管理下的平均籽粒产量为4078.29 kg ha^?1，常规管理下为3997.35 kg ha^?1。因此，有机管理下的平均籽粒产量大约高出2.0%。两个系统中的基因型响应存在差异：AYM-6在常规管理下的籽粒产量最高（5201.92 kg ha^?1），而AYM-3在有机管理下的籽粒产量最高（5059.72 kg ha^?1）。在10个基因中，NRT2.1和GS1在常规管理下具有较高的转录本丰度，而其他8个基因在有机管理下具有较高的转录本丰度。GS1通常具有最高的转录本丰度，而NRT1的转录本丰度最低。基因表达具有强烈的组织依赖性，叶片通常表现出最高的转录水平。基因-性状分析进一步揭示了常规管理下叶片NRT2.1表达与籽粒产量之间的正相关关系（R² = 0.78，p = 0.020）以及有机管理下根部NRT1.1表达与籽粒产量之间的负相关关系（R² = 0.68，p = 0.043）。结果表明，管理方式特异性和基因型特异性的农学响应，而选定的N相关基因表达模式以依赖于组织和依赖于管理方式的方式与籽粒产量相关联。这些发现支持在目标管理系统内直接评估和选择硬质小麦基因型。