Trends in plant science | 国际小麦玉米改良中心科学家综述如何解决作物生产力...
在不同的种植环境下对作物的生长和适应性进行研究对于维护全球粮食安全起到了重要的作用，特别是在绿色革命以来，全球谷类作物在种植面积不变的前提下，产量却在不断增加。在这个过程中，有效的政策以及新技术在农业生产中的应用大大加快了作物研究的进程。尽管如此，全球农业现在面临的挑战不仅仅是在一代人的时间内养活近80亿人口，而是要在更恶劣、更不可预测的气候条件下做到这一点，特别是在部分地区水资源更少，土壤质量更差的情况下。
近日，Trends in plant science在线发表了国际玉米和小麦改良中心科学家Peter E. Wittich联合一系列其它单位研究人员发表的题为“Addressing Research Bottlenecks to Crop Productivity”综述，作者重点对如何利用以往在作物方面的研究来弥补特定的知识空白进行了阐述，并提出通过解决作物研究程度的差异来实现不同作物在不同环境下的改良。
提高对基础科学的理解将为作物改良创造机会，在本文中作者对一些重要领域进行了回顾，包括：激素交叉互作调控根系伸长；激素交叉互作调控源库关系；选择合适的候选性状提高库强度；作物呼吸作用和碳利用效率以及通过控制减数分裂重组加速作物育种的策略等，这些领域的研究极大程度上能够加快作物的改良，同时作者也对现阶段这些领域研究所需要解决的问题进行了总结。在加快作物改良的进程中，作者认为最大限度地扩大作物研究的影响需要政府科研单位和私人公司的作物科学家之间达成共识，实现持续的跨利益的互动与知识的分享，通过学术、作物改良和农民群体之间的联系来确保未来在不可预测甚至更恶劣的气候下的粮食安全，并为作物科学提供更稳定的基础，使其能够适应日益现实的研究情况。
图1 激素互作调控源库关系模式图
作物研究投资的不对称导致了理论知识的差距，同时失去了通过确定新的来源和性状及等位基因的组合来加速遗传增益的机会。在与一些主要种子公司的科学家协商的基础上，作者确定了作物研究领域中的三个共同特征：1、现有作物研究领域中文献代表性相对不足；2、提高各种作物在不同环境中生产力的可能性很大；3、对于“竞争前”领域的研究，研究人员可以通过利用已有的知识，改进指导作物育种和管理决策的模型。这些领域包括对激素、重组、呼吸、根和源库的研究，以及在表型组学、基因组学和生物信息学方面的新机遇，同时这些领域的研究也将使得探索作物遗传资源和改进育种策略变得更加可行。
图2 作物生产力方面研究存在知识瓶颈以及潜在的研究成果
Highlight：
对作物研究更对称的投资将创造机会来改进作物模型，通过预育种结合新的等位基因，并提出新的作物管理方法；
政府科研单位和私人公司的作物科学家之间的共识：需要更多的投资来提高对激素互作、重组率、维持呼吸、根系结构和功能以及源库平衡的理解；
在这些领域加大投资将使大多数环境中的多种作物受益；
表型组学、基因组学和生物信息学中的新机遇使得挖掘大量未开发的作物遗传资源并创造新的性状组合成为可能；
填补知识空白有望使人们对作物产量和适应性的了解更加全面，同时可以改进育种和作物管理模式。