2026年2月，密歇根州立大学的Anuradha Singh等人在Plant Physiology上发表了题为“Genome-wide association studies and modeling of stomatal gas conductance reveal genetic control of water-use efficiency in sorghum”的研究论文。该研究基于全基因组关联分析和气孔导度模型，揭示了高粱水分利用效率的遗传调控机制，并通过单倍型分析识别了与水分利用策略相关的关键等位基因。
气孔是叶片表面的微观孔隙，由哑铃形保卫细胞和副卫细胞构成，主要在调控气体交换、蒸腾失水及植物水分平衡中发挥重要作用。
气孔的主要功能
1.调控CO₂吸收和蒸腾失水；
2.响应光照、湿度和CO₂浓度等环境信号；
3.调节光合速率和水分利用效率；
4.协调碳固定与水分保存之间的权衡；
5.影响叶片温度和能量平衡；
6.决定植物在干旱条件下的适应策略。
该研究利用高粱关联群体的多性状表型数据和全基因组SNP标记，通过GWAS鉴定关键遗传位点，并采用Ball-Woodrow-Berry(BWB)气孔导度模型，验证了不同单倍型在充分灌溉与水分胁迫条件下的生理表现。
该研究在1号染色体77.5–78.6Mb区域内成功发现一个基因组热点，其中包含3个关键SNP(S01_77550396、S01_78561058等)，并基于这些SNP构建了8种单倍型组合。这些单倍型显著影响总气孔密度、净光合速率、气孔导度和内在水分利用效率。其中，Hap 1表现出高光合、高导度、低效率的特征，而Hap 8则呈现相反的高效率、低导度特征。
为验证GWAS发现的生物学意义，该研究选取每种单倍型的代表性材料，在充分灌溉和水分胁迫条件下进行处理，并运用BWB模型评估气孔敏感性。结果显示，Hap1–5材料的斜率参数m值(量化不同单倍型气孔行为策略与水分利用效率关系的核心参数)较高，气孔可塑性强，在充分灌溉下表现优异；Hap6–8材料的m值低且稳定，在水分胁迫下能维持较高的水分利用效率。这一发现不仅验证了GWAS所鉴定遗传位点的功能，也为选育适应不同水分条件的高粱品种提供了分子靶标。
该文章建立了一套基于全基因组关联分析和BWB模型的方法，通过整合遗传单倍型与动态生理模型，仅依据基因型和环境参数即可准确预测品种的水分利用策略，为作物抗旱育种提供了可操作的分子靶标与预测框架。
