为了建立集种子根角和根生物量于一体的单株选择(SPS)方法，本文以Borlug100在内的17个小麦材料为背景，结合表型选择、分子标记辅助选择(MAS)和快速育种，对研究小麦根部性状、快速改进优良品种根系提供了针对性“工具包”。

　　要对根系性状进行非破坏性的SPS，关键是要确定幼苗从透明盆栽移栽到砂盆后能够区分根生物量高和低的基因型。图2显示，直播在砂盆中的植物根干生物量测量值较高且移栽不影响区分高和低根生物量基因型的能力。其中移栽SW411的根系干生物量为164.9 mg，直播种子为237.6 mg;移栽SW300的根系干生物量为111.4 mg，直播种子为172.9 mg。

　　图1. SPS关键步骤。1.单株进行种子根角筛选和选择;2.采用半水培方法将植株移栽到沙地中;3.使用与主效qtl相关的KASP标记对3株植株进行基因型鉴定;4.使用1-6尺度对4种根系进行清洗和评估;5.使用“目测评估法”和KASP标记数据相结合的方法选择根部生物量高和低的植株;6.将所选的5株植株移植到盆栽混合物中并在快速育种条件下生长。b.根据种子根角和根系生物量可以分为4种根系结构：1.广角-高根生物量;2.广角-低根生物量;3.窄角-高根生物量;4.窄角-低根生物量。

　　图2. 箱线图显示了高(SW411)和低(SW300)标准的移栽和直播植株的根系干生物量。标有相同字母的线的均值在处理内没有显著差异(P≥0.05)。

　　根部干生物量与“目测评估法”之间有很强的相关性(r=0.83，P≤0.001;图3b)，且与地上部干生物量之间有很强的相关性(r=0.72，P≤0.001;图3c)。图3d显示在所检测的17个基因型中，根冠比(R:S)最低的是Suntop(0.75)，最高的是Mace(0.99)，表明根际碳分配的变异程度很大。

　　图3. a表示用于根系生物量“目测评估法”的1-6尺度。1~6个尺度：1：根系极细，根长短，表根少;2：根系细，根长短，表根少;3：根系细，根长短，有部分表根;4：根系中等，根长，表根中等;5，根系强，根长，表根强;6，根系强，根长，表根粗壮，节根清晰可见。B为“目测评估法”与根干生物量的关系。c为根干生物量与地上部干生物量的关系。d为根冠比箱型图。

　　BC2F2:F3代中观察到根角度与轮回亲本相比变化超过30°，导致后代具有窄根角(根生物量高)和宽根角(根生物量低)表型。图4显示，与轮回亲本 (Borlaug100)相比，BC2F2:F3代的窄根角平均为73.3°，宽根角平均为104.7°，轮回亲本Borlaug100平均为85.8°。

　　图4. F3群体及轮回亲本Borlug100(16株)根角密度分布。虚线表示窄角 (73.3°)、宽角(104.7°)和轮回亲本Borlug100(85.8°)的平均值。Borlau100的平均值差异显著(P<0.05)。

　　20个基因渗入系在受控条件下表现出高度的根表型变异(图5a)。与轮回亲本 Borlaug100相比，六个系显示更窄的根角。图5b显示，UQR010的根角比Borlaug100窄8°(85.8°±5°;);两个基因渗入系(UQR020和UQR012)具有显著宽根角表型(12.5°);五个系具有显著增高的根生物量(图5c)。

　　图5. 20个基因渗入系根角度与根生物量分布

　　SPS被用来选育根系形态不同、株高和开花时间与轮回亲本相似的导入系，避免了对植株的破坏，并能对具有极端根型的植株进行早代选择。该方法为研究人员和植物育种者提供了一个框架，旨在优化未来作物品种的根系。

　　来源：Rambla, Charlotte, Sarah Van Der Meer, Kai P Voss-Fels, Manar Makhoul, Christian Obermeier, Rod Snowdon, Eric S Ober, Michelle Watt, Samir Alahmad, and Lee T Hickey. "A Toolkit to Rapidly Modify Root Systems through Single Plant Selection." Plant Methods 18.1 (2022): 2. Web.

　　编辑：薛定谔的猹