作物的遗传特征与其生长环境之间的关系相当复杂。一个研究小组正在努力帮助育种者理解这些相互作用，以增强作物的抗逆性和产量。
要创造更强壮、更高产的作物品种，了解遗传特征和环境因素如何影响作物至关重要。
然而，遗传学和环境条件之间的详细关系可能很难解读。其原因之一是，共享相同遗传背景的植物对环境变化的反应可能会有所不同。这个现象被称为表型可塑性，这是爱荷华州立大学的农学教授于建明的主要研究重点。
于教授表示，作物育种者通常将表型可塑性视为过于复杂而无法有效利用，从而提升作物性能。他的研究小组与合作者进行的一项新研究旨在通过提出一种系统方法来强调可塑性，从数据中获得连接作物特征、遗传学和环境条件的洞见。
于教授解释道：“我们为育种者和遗传学家开发了一个定量框架，使他们能够理解可塑性并同时检查所有相关因素。”他担任玉米育种的先锋杰出教授，并主导雷蒙德·F·贝克植物育种中心。
于教授团队的研究成果在《基因组研究》的最新一期中分享，建立在过去二十年对大量玉米植物进行的早期研究基础上。玉米嵌套关联图谱群体包括在11个不同地点培育的5000个玉米品系，关于这些植物的遗传特征和物理特征的数据被研究人员广泛利用。由爱荷华州立大学的生态学、演化与生物学教授马修·哈福德领导的一个团队在2021年发布的一项研究中，测序了用于培育这5000个品系的26个祖先的基因组。
由于教授领导的新研究将这些祖先的基因组数据与观察到的性状和历史气象信息相结合，分析了超过2000万个遗传标记，以了解在不同环境条件下，玉米在生长阶段的19种不同性状。
他表示：“能准确找出影响玉米种群在关键生长阶段的可塑性反应的环境要素，并将这些发现与全基因组遗传变异联系起来，真是令人难以置信。”
总体目标是增强育种计划，使之更容易预测如何种植具有显著更高产量或更强耐逆能力的玉米。例如，他们研究中描述的一项统计分析能够预测未测试基因型在不熟悉环境中的开花时间，准确率超过90%。然而，与植物结构和产量组分相关的性状在未测试的基因型和环境中的预测精度较低，尽管这些类别中的一些个别性状的准确率超过了50%。
随着气候变化继续影响农业，从玉米和其他作物中提取更多改进将变得越来越重要。于教授指出，利用全面方法——在现实世界环境中使用大数据集的育种进展特别有前景。
他说：“我们相信，当人们利用先进技术进行详细研究时，他们往往只分析可用材料的一小部分。为了应对重大挑战，我们必须考虑自然田野条件的复杂性。那是我们能够推动生产进步的地方。”
于教授的团队将他们整理的研究成果发布在玉米基因组数据库（MaizeGDB）上，使其他研究人员能够在其基础上进行研究。他对他们关于表型可塑性数据编制和分析的方法被从事不同植物物种研究的科学家们采用抱有乐观态度。领先的育种公司也对这种方法表现出兴趣，他补充道。
他总结道：“这更多的是关于方法论，而不是具体结果。这为审视数据提供了一种引人入胜和有价值的视角。”
