中国农业科学 | 山西农大联合中国农科院作科所筛选耐低氮小麦品种 全基因组关联分析其耐低氮指数

自第一次绿色革命以来，无机肥料尤其是氮肥的大量应用，促进了粮食的大幅增产。然而，这些被施入到土壤中的氮肥只有30%—50%能够被作物吸收和利用，其余大部分通过多种途径从农田生态系统中淋溶或挥发到水体及大气中，对环境造成了严重的挑战。此外，人们在作物育种过程中过度追求高产，导致作物遗传多样性的大量丧失，特别是高肥选择致使一些重要基因资源丢失，使得主栽品种的肥料利用效率大幅度降低。据报道，我国小麦的氮肥利用率仅为21.2%—35.9%，远低于世界其他国家和地区40%—60%的氮肥利用率。因此，筛选耐低氮小麦种质资源，鉴定控制小麦耐低氮性的重要遗传位点和基因，对于培育氮高效型小麦新品种和解析小麦耐低氮性的分子机制具有重要意义。

近期，山西农业大学农学院孙黛珍课题组联合中国农业科学院作物科学研究所贾继增课题组完成的题为“耐低氮小麦品种的筛选及耐低氮指数的全基因组关联分析”的研究在《中国农业科学》2025年第58卷13期正式发表。

该研究以389份小麦品种组成的自然群体为材料，分别在高氮（HN）和低氮（LN）处理下的10个田间环境中测定小麦单株籽粒产量（GYP）。然后，基于GYP计算各品种的耐低氮指数（stress tolerance index，STI），并筛选出具有不同耐低氮性的小麦品种。结合自然群体660K单核苷酸多态性（SNP）标记芯片的基因型分析数据，对STI进行全基因组关联分析（GWAS），鉴定与小麦田间耐低氮性稳定关联的遗传位点。进一步根据候选基因的单倍型分析、表达分析和功能注释，筛选与小麦耐低氮性相关的候选基因。

该研究共筛选出12份具有强耐低氮性的小麦品种，分别为中洛08-1、冀麦15、京花2号、科红1号、绵阳19、济麦22、镇麦4号、豫麦35、丰抗7号、绵阳11、晋麦31和鲁麦5号。

小麦自然群体耐低氮性的聚类分析及在不同氮处理下单株籽粒产量的分布情况

共检测到14个与STI显著关联的位点，其中4个位点（qSTI1A.1、qSTI3B、qSTI6A和qSTI7A.2）的物理区间与前人已报道的小麦耐低氮性或产量相关遗传位点存在重叠，且qSTI3B在3个环境中被重复检测到，是一个调控小麦耐低氮性的重要遗传位点，进而对其候选基因进行了筛选。

qSTI3B在染色体上的位置

结果显示，候选基因TraesCS3B02G042400的功能注释为AP2/EREBP（APETALA2/乙烯响应元件结合蛋白）转录因子。携带该基因不同单倍型的小麦品种间STI值呈现显著差异，且其表达水平会随着氮素供应而持续上升。结果表明，TraesCS3B02G042400是一个与小麦耐低氮性相关的关键候选基因。

候选基因的表达分析

综上，该研究筛选出12份强耐低氮性的小麦品种；鉴定到一个与小麦耐低氮性稳定关联的重要遗传位点qSTI3B；挖掘到一个小麦耐低氮候选基因TraesCS3B02G042400。

山西农业大学农学院李宁和中国农业科学院作物科学研究所高丽锋为该文共同第一作者， 孙黛珍教授和贾继增研究员为该文共同通信作者。

该研究获得国家重点研发计划（2022YFD1200201）的资助。

全文链接：

《 耐低氮小麦品种的筛选及耐低氮指数的全基因组关联分析》

引用文献：

李宁, 高丽锋, 黄鑫, 史华伟, 杨进文, 史雨刚, 陈明, 贾继增, 孙黛珍. 耐低氮小麦品种的筛选及耐低氮指数的全基因组关联分析[J]. 中国农业科学, 2025, 58(13): 2487-2503.

LI Ning, GAO LiFeng, HUANG Xin, SHI HuaWei, YANG JinWen, SHI YuGang, CHEN Ming, JIA JiZeng, SUN DaiZhen. Screening of Wheat Varieties with Low Nitrogen Tolerance and Genome-Wide Association Studies of Low Nitrogen Stress Tolerance Index[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(13): 2487-2503.