2024年7月，沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的Mitchell Morton等人在The Plant Journal发表了题为Deciphering salt stress responses in Solanum pimpinellifolium through high-throughput phenotyping文章，基于GWAS和高通量表型技术解析不同环境下野生番茄对盐胁迫的响应机制。
本研究基于274个野生型番茄品系，在控温控湿的温室环境及自然田间条件下进行高通量表型分析并结合全基因组关联分析(GWAS)，评估了这些品系对盐胁迫的响应。包括使用自动化成像系统和无人机(UAV)技术来监测植物的生长量和蒸腾率(TR)，同时测量了植物的投影面积(PSA)、生长速率、蒸腾使用效率(TUE)以及钠和钾离子含量。
图1.Solanum pimpinellifolium(野生型)和 S. lycopersicum(栽培型)的遗传多样性和结构
研究发现，盐胁迫下野生型番茄的形态和生理性状上表现出多样性，其中包括蒸腾率(TR)、地上生物量和植物体内离子累积(钠离子Na+和钾离子K+)等与植物整体表现密切相关。温室中，TR是影响植物表现的主要因素；田间条件下，地上生物量与产量之间存在强烈正相关；但离子累积对温室中植物表现影响相对较小。
图2.盐胁迫减少了 Solanum pimpinellifolium 的生长和蒸腾作用
图3.盐胁迫减小了植株大小同时增加番茄种质中的钠积累
研究结果表明，野生型番茄的盐胁迫耐受性依赖于与植株生长和蒸腾率相关的单一离子(例如Na+、K+)耐盐机制。研究团队提取了番茄DNA并进行测序以识别单核苷酸多态性(SNPs)，结合表型和基因型变异进行遗传结构分析，鉴定了与温室条件下植物表现相关的候选基因。
图4.可以从植物发育和蒸腾速率来预测植物在盐胁迫下的表现
图5.盐降低了番茄的生长和产量但没有降低果实成熟度
研究团队对测序数据进行分析，识别出超过2030万个高质量的分布在整个基因组中SNPs，通过主成分分析(PCA)和结构分析，评估了栽培型番茄群体的遗传多样性和结构多样性。研究团队还利用GWAS发现了与盐胁迫响应相关的SNPs，通过这些基因在盐胁迫下表达量分析它们的功能从而鉴定出了候选基因。
图6.盐胁迫降低了植物的生物量但没有降低果实的成熟度
图7.盐胁迫条件下植物产量与植物大小的关系
研究团队通过GWAS鉴定出与盐胁迫响应相关的新候选基因，不仅揭示了已知基因的新作用，还可能发现了新的盐胁迫响应基因，表明高通量表型技术在植物应激响应机制研究中有重要作用。
图8.在温室和田间实验中表现良好的特定基因型
图9.野生番茄在盐胁迫期间绝对生长速率(absolute growth rate)
该研究通过全基因组关联研究(GWAS)鉴定了与盐胁迫相关的新的候选基因，凸显了高通量表型技术在揭示植物应激响应新方面的强大能力，旨在发现野生番茄盐胁迫耐受性的新基因，为番茄和其他作物的耐盐育种工作提供研究方向。
原文链接：doi :10.1111/tpj.16894
