近日，澳洲学者Mark Cooper等在The Plant Cell期刊上发表了题为“Breeding crops for drought-affected environments and improved climate resilience”的文章，以美国温带地区玉米的良种繁育计划作为案例，开发作物生长模型， 解析培育具有更高抗旱水平的作物的方法策略。
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主要缩略词
目标环境种群(TPE)生物物理环境(E)农艺管理策略(M)基因型互作系数(ΔG)研究目的
对育种者方程框架进行定义完善与抗旱研究有关的术语探索提高作物产量的新途径
图1：“育种者方程”中的三种公式
有许多方法可以对植物育种计划进行建模，以评估其跨周期育种的潜力，以提高特定目标的性能，例如提高抗旱性，并加速农业系统TPE的作物遗传改良。
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该研究分析了在美国玉米带西部地区为有限水（旱地雨养和有限灌溉）和充足水（降雨补充无限制灌溉）环境的混合培育玉米杂交种的数据，并考虑了与其它作物和不同地区报告的异同点。
图2. 三种环境下两种玉米杂交种的产量对比试验演示
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基因型的反应规范定义为一系列连续的性状表型（例如产量）和环境梯度（例如蒸散量）之间的基因型特异性功能关系。长期以来，作物产量的G x E交互作用一直被认为是一个棘手的挑战，对植物育种的许多方面具有重大影响，包括性状预测、性状选择和农产品表型。
图3. 玉米杂交种（基因型）的G x E（基因×环境）交互作用和对比反应示意图
图4. 整合表型、基因分型和环境分型，为育种预测应用创建训练数据集
环境分型可用于研究多环境试验中采样的环境之间的关系，这些试验旨在测试育种计划不同阶段的基因型与定义育种计划TPE的环境组成之间的关系，并研究气候变化的潜在影响。
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图5. G x E 交互的G2P 模型示意图
采用分层表型方法，以深入了解适应和抗旱的决定因素。其它方法利用数据和性状网络的因果连通性来估计和/或推断生理性状的遗传变异，根据新的实验和育种计划数据更新性状网络的拓扑，并同时整合基因组和表型预测因子。
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完善目标性状网络助于提高美国玉米带玉米杂交种的抗旱性，这些指标包括了作物生长周期中的用水模式、生殖恢复能力和冠层辐射利用效率。
图6. 整合表型、基因分型和环境分型，为育种预测应用创建训练数据集
本研究指出，当下应对不良环境的育种需要设计一个整体框架，实现全方面的育种以加强作物的环境适应性，主要包括：思维转变、TPE辅助目的表型预测和育种框架网络的监测追踪等方面，以实现再生农业系统，加强育种家们对于气候变化的应对能力。
