《Journal of Plant Interactions》：Harnessing genetic diversity and modern breeding approach for climate-resilient common bean (Phaseolus vulgaris L.): a critical review and future directions
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本文綜述探討了如何通過整合菜豆地方品種的豐富遺傳資源與現代分子育種技術（如基因組選擇GS、全基因組關聯研究GWAS、基因編輯CRISPR-Cas9）來培育具有多重脅迫耐受性的氣候適應性菜豆品種。文章指出，當前育種項目對地方品種和野生近緣種（如利馬豆P. acutifolius）利用不足，且傳統育種在應對干旱、高溫、病蟲害等多重、交互的氣候脅迫方面存在局限。作者呼吁，未來的研究應致力于構建多性狀耐逆性，并推動參與式育種和人工智能（AI）輔助育種，以實現糧食安全與環境可持續性。
利用遺傳多樣性與現代育種方法培育氣候適應性菜豆
在全球人口增長與氣候變化加劇的雙重壓力下，糧食安全成為日益緊迫的挑戰。菜豆（Phaseolus vulgaris L.），作為許多發展中國家重要的營養來源和固氮作物，其生產力正受到干旱、高溫和病蟲害頻發的嚴重威脅。傳統育種方法難以應對這些復雜且交互的脅迫，因此，探索將傳統遺傳資源與現代生物技術相結合的新策略，對于培育氣候適應性菜豆品種至關重要。
豐富但未被充分利用的遺傳寶庫
菜豆的遺傳多樣性主要體現在兩大基因庫：中美洲基因庫和安第斯基因庫。中美洲菜豆通常更耐旱，而安第斯菜豆則對低溫和高海拔環境更具適應性。然而，現代育種項目往往過度依賴少數高產商業品種，忽視了蘊含在這些地方品種中的寶貴耐逆性狀。此外，野生近緣種，如耐熱耐旱性極強的利馬豆（Phaseolus acutifolius Gray），是一個尚未被充分開發的基因資源庫。將地方品種和野生近緣種的遺傳多樣性系統地整合到育種計劃中，是拓寬菜豆遺傳基礎、增強其氣候適應性的關鍵第一步。
現代分子育種工具：精準與高效
面對氣候變化的復雜性，基因組學工具為加速育種進程提供了新方案。
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基因組選擇：利用全基因組范圍內的單核苷酸多態性標記來預測個體的育種值，可大幅提高對耐旱、耐熱等復雜性狀的選擇效率，縮短育種周期。
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全基因組關聯研究：通過分析大量個體的基因型和表型數據，能夠定位與特定耐逆性狀相關的遺傳位點，為標記輔助選擇提供靶點。
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CRISPR-Cas9基因編輯：這項技術允許對目標基因進行精準編輯，為直接將野生近緣種中的優異等位基因導入栽培品種，或對現有基因進行優化改良提供了強大工具。例如，可以精準編輯與脫水響應相關的DREB1基因，以增強作物的抗旱能力。
從單性狀到多性狀耐逆性的范式轉變
當前育種的一個主要局限是過于聚焦于單一脅迫（如僅抗旱或僅抗病）。然而，在田間環境中，多種脅迫（干旱、高溫、病蟲害）往往同時或相繼發生。因此，未來的育種目標必須轉向培育具有“多性狀耐逆性”的品種。這意味著需要篩選和聚合能夠同時應對多種環境壓力的基因組合。為了實現這一目標，需要結合高通量表型分析、人工智能和機器學習模型，以解析復雜性狀背后的遺傳互作網絡，并預測其在多變環境下的表現。
挑戰與協同創新之路
盡管前景廣闊，但氣候適應性育種仍面臨諸多挑戰。首先，在引入野生近緣種優異基因時，常伴隨“一因多效”現象，即一個基因可能影響多個性狀，在增強耐逆性的同時可能對產量或品質產生負面影響。其次，分子育種技術的高成本和技術門檻限制了其在資源匱乏地區的應用。此外，從基因組預測到田間表現的“轉化鴻溝”依然存在，實驗室鑒定的優異基因型需要在真實多變的氣候條件下進行廣泛驗證。
為應對這些挑戰，文章提出了協同創新的路徑：
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參與式育種：讓農民直接參與品種選育過程，確保新品種既具備遺傳優勢，又符合當地農藝實踐和消費偏好，這是連接科學與實踐的重要橋梁。
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跨學科整合：將分子育種技術與氣候智能型農業實踐（如節水農業、土壤健康管理）相結合，實現遺傳增益與生態可持續性的雙贏。
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建設開放式平臺：推動基因組數據、育種工具和種質資源的共享，特別是在全球南方地區，以促進能力建設和公平獲取。
結論與展望
培育氣候適應性菜豆是一項關乎全球糧食安全與生計穩定的關鍵任務。成功的關鍵在于打破學科與部門壁壘，將深厚的遺傳資源（地方品種與野生近緣種）、尖端的生物技術（GS、GWAS、CRISPR-Cas9）以及基于生態的農藝實踐融為一體。未來的研究應著力于填補野生近緣種基因組信息的空白，深入開展多環境下的田間驗證，并利用人工智能優化多性狀選擇策略。通過研究者、育種家、農民及政策制定者的通力合作，我們有望培育出不僅高產穩產，更能從容應對未來氣候挑戰的菜豆新品種，為可持續的糧食系統奠定堅實基礎。
