DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-026-69936-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41781396
تاريخ النشر: 2026-03-04
المؤلف: José F. Andrade وآخرون
الموضوع الرئيسي: وراثة القمح والشعير وعلم الأمراض
نظرة عامة
تسلط الأبحاث الضوء على التعقيدات في قياس التحسين الجيني لعوائد القمح، مشددة على أن الطرق التقليدية، التي تقارن بين الأصناف الحديثة والأصناف القديمة “المرجعية”، تفشل في التمييز بين مكاسب القدرة الإنتاجية وجهود التربية للحفاظ على العوائد. تشير الدراسة إلى تحسين عام في عائد القمح بمقدار 73 كجم هكتار\(^{-1}\) سنة\(^{-1}\)، مستمدة من تجارب متعددة البيئات عبر الأرجنتين وفرنسا والمملكة المتحدة والولايات المتحدة. ومن الجدير بالذكر أن ما يقرب من نصف هذا التحسين (33 كجم هكتار\(^{-1}\) سنة\(^{-1}\)) يُعزى إلى التربية للحفاظ على العوائد بهدف مواجهة تآكل العوائد في الأصناف القديمة، بينما تعكس الـ 40 كجم هكتار\(^{-1}\) سنة\(^{-1}\) المتبقية القدرة الإنتاجية المحسنة للأصناف الحديثة.
يجادل المؤلفون بأن الاعتماد فقط على المقارنات بين الأصناف الجديدة والقديمة يمكن أن يؤدي إلى مبالغة في تقدير المكاسب الجينية في القدرة الإنتاجية، والتي تُعرف بأنها الحد الأقصى للعائد القابل للتحقيق في ظل الظروف المثلى، خالية من القيود مثل نقص المياه والمواد الغذائية، والآفات، والأمراض. يؤكدون على أهمية التحسينات الجينية المستمرة لمنع استقرار العوائد وتقليل متطلبات الأراضي لإنتاج المحاصيل. تناقش الورقة أيضًا منهجيات مختلفة لتقييم التحسين الجيني للعائد، بما في ذلك تحليلات الانحدار الخطي للأصناف التاريخية والنماذج الخطية المختلطة المطبقة على تجارب متعددة البيئات على المدى الطويل.
مقدمة
في هذه الدراسة، هدفنا إلى التمييز بين مساهمات مكاسب القدرة الإنتاجية والتربية للحفاظ على العوائد في الفروق العامة للعائدات في المحاصيل المعالجة بمبيدات الفطريات الورقية. كشفت تحليلاتنا لاتجاهات العائد من الأصناف العليا والمرجعية أن كل من التربية للحفاظ على العوائد ومكاسب القدرة الإنتاجية لعبت أدوارًا مهمة، حيث أظهرت الأصناف المرجعية انخفاضًا قدره -33 كجم هكتار\(^{-1}\) سنة\(^{-1}\) بينما أظهرت الأصناف العليا زيادة قدرها +40 كجم هكتار\(^{-1}\) سنة\(^{-1}\). تؤكد هذه النتيجة على أهمية مراعاة التربية للحفاظ على العوائد، حيث أن إهمالها قد يؤدي إلى مبالغة في تقدير مكاسب القدرة الإنتاجية.
أظهرت تحقيقات إضافية باستخدام مجموعة بيانات شاملة تضم 13,003 إدخال عائد وتحليل نموذج التأثيرات المختلطة تأثيرًا إيجابيًا كبيرًا لتطبيق مبيدات الفطريات عبر أربع دول، مع استجابة متوسطة للعائد قدرها +1285 كجم هكتار\(^{-1}\). تراوحت المكاسب الجينية في المحاصيل المعالجة بين +32 إلى +62 كجم هكتار\(^{-1}\) سنة\(^{-1}\) (0.5-0.9% سنة\(^{-1}\))، بينما لوحظ اتجاه غير جيني سلبي مرتبط بتآكل العائد في جميع الحالات باستثناء المحاصيل المعالجة بمبيدات الفطريات في المملكة المتحدة. اختلفت تخفيضات العائد بشكل كبير، من -33 كجم هكتار\(^{-1}\) سنة\(^{-1}\) في الولايات المتحدة إلى -137 كجم هكتار\(^{-1}\) سنة\(^{-1}\) في فرنسا للمحاصيل المعالجة، ومن -72 كجم هكتار\(^{-1}\) سنة\(^{-1}\) في الولايات المتحدة إلى -229 كجم هكتار\(^{-1}\) سنة\(^{-1}\) في المملكة المتحدة للمحاصيل غير المعالجة. تبرز هذه النتائج الديناميكيات المعقدة لاتجاهات العائد المتأثرة بكل من التقدم الجيني والعوامل البيئية.
الطرق
يستعرض قسم “الطرق” الإجراءات التجريبية والتحليلية المستخدمة في الدراسة. يوضح اختيار المشاركين، وتصميم التجارب، والتقنيات المحددة المستخدمة لجمع البيانات وتحليلها. استخدم الباحثون مجموعة من الطرق الكمية والنوعية لضمان فهم شامل للظواهر قيد التحقيق.
تم إجراء التحليلات الإحصائية باستخدام برامج مناسبة، مع تحديد مستويات الدلالة عند p < 0.05. كما شملت المنهجية تطبيق نماذج رياضية متنوعة لتفسير البيانات بدقة. يبرز القسم صرامة التصميم التجريبي، مما يضمن أن النتائج قوية وموثوقة، وبالتالي تساهم في صحة استنتاجات الدراسة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مسلطًا الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تؤكد التحليلات الإحصائية قوة هذه العلاقات. على وجه الخصوص، تُظهر النتائج أن النموذج المقترح يتنبأ بدقة بسلوك النظام، كما يتضح من قيمة معامل التحديد العالية ($R^2$).
بالإضافة إلى ذلك، يتضمن القسم تحليلات مقارنة مع النماذج الحالية، مما يظهر تحسينات في دقة التنبؤ وكفاءته. تشير النتائج إلى أن النهج الجديد لا يعزز فقط فهم الآليات الأساسية ولكنه يقدم أيضًا تطبيقات عملية للتطبيقات المستقبلية في هذا المجال. بشكل عام، تدعم النتائج الفرضيات المطروحة في بداية البحث، مما يمهد الطريق لمزيد من الاستكشاف والتحقق.
المناقشة
في هذا القسم، يناقش المؤلفون النتائج من تحليل شامل لاتجاهات العائد في أصناف القمح عبر عدة دول، باستخدام قاعدة بيانات من التجارب متعددة البيئات (METs) التي أجريت بعد عام 2000. قيمت الدراسة 849 صنفًا عبر 17 موقعًا، مع التركيز على أداء العائد لكل من الأصناف الأعلى إنتاجية والأصناف المرجعية، مع التركيز بشكل خاص على تأثير التحسين الجيني والتربية للحفاظ على العوائد على مكاسب العائد. ومن الجدير بالذكر أن الفرق في العائد بين الأصناف العليا والمرجعية كان ضئيلاً في بداية التجارب ولكنه زاد مع مرور الوقت، مما يدل على مساهمة كبيرة لجهود التربية، مع زيادة متوسطة قدرها +73 كجم هكتار\(^{-1}\) سنة\(^{-1}\).
يبرز المؤلفون أهمية الاستبدال المستمر للأصناف للتخفيف من تآكل العائد بسبب تطور أعداد الآفات والظروف البيئية. يحذرون من المبالغة في تقدير مكاسب القدرة الإنتاجية، حيث قد لا تعكس المقارنات التاريخية بين الأصناف الجديدة والقديمة التحسينات الجينية بدقة بسبب التحيزات الناتجة عن الفقد التدريجي للتكيف في الأصناف القديمة. تؤكد الدراسة على ضرورة وجود برامج تربية قوية لا تهدف فقط إلى تحقيق قدرة إنتاجية أعلى ولكن أيضًا تعالج تآكل العائد، مشيرة إلى أن مكاسب العائد المستقبلية ستعتمد بشكل متزايد على تحسين الممارسات الزراعية واعتماد الأصناف عالية الأداء. كما يعترف المؤلفون بعدة قيود في تحليلهم، بما في ذلك الافتراضات المتعلقة بقدرة الإنتاج وخصوصية النتائج لاختيار الأصناف المرجعية، مما قد يؤثر على قوة استنتاجاتهم.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-026-69936-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41781396
Publication Date: 2026-03-04
Author(s): José F. Andrade et al.
Primary Topic: Wheat and Barley Genetics and Pathology
Overview
The research highlights the complexities in quantifying the genetic improvement of wheat yields, emphasizing that traditional methods, which compare modern cultivars with older ‘check’ cultivars, fail to differentiate between yield potential gains and maintenance breeding efforts. The study reports an overall wheat yield improvement of 73 kg ha\(^{-1}\) y\(^{-1}\), derived from multi-environment trials across Argentina, France, the United Kingdom, and the United States. Notably, nearly half of this improvement (33 kg ha\(^{-1}\) y\(^{-1}\)) is attributed to maintenance breeding aimed at counteracting yield erosion in older cultivars, while the remaining 40 kg ha\(^{-1}\) y\(^{-1}\) reflects the enhanced yield potential of modern cultivars.
The authors argue that relying solely on comparisons of new and old cultivars can lead to an overestimation of genetic gains in yield potential, which is defined as the maximum yield achievable under optimal conditions, free from limitations such as water and nutrient shortages, pests, and diseases. They stress the importance of continuous genetic improvements to prevent yield plateaus and reduce land requirements for crop production. The paper also discusses various methodologies for assessing genetic yield improvement, including linear regression analyses of historical cultivars and mixed linear models applied to long-term multi-environment trials.
Introduction
In this study, we aimed to differentiate the contributions of yield potential gains and maintenance breeding to overall yield differences in crops treated with foliar fungicides. Our analysis of yield trends from top and check cultivars revealed that both maintenance breeding and yield potential gains have played significant roles, with check cultivars exhibiting a decline of -33 kg ha\(^{-1}\) y\(^{-1}\) and top cultivars showing an increase of +40 kg ha\(^{-1}\) y\(^{-1}\). This finding underscores the importance of considering maintenance breeding, as neglecting it could lead to an overestimation of yield potential gains.
Further investigation using a comprehensive dataset of 13,003 yield entries and mixed-effects model analysis indicated a substantial positive impact of fungicide application across four countries, with an average yield response of +1285 kg ha\(^{-1}\). Genetic gains in treated crops ranged from +32 to +62 kg ha\(^{-1}\) y\(^{-1}\) (0.5-0.9% y\(^{-1}\)), while a negative non-genetic trend associated with yield erosion was observed in all cases except for fungicide-treated crops in the UK. Yield reductions varied significantly, from -33 kg ha\(^{-1}\) y\(^{-1}\) in the US to -137 kg ha\(^{-1}\) y\(^{-1}\) in France for treated crops, and from -72 kg ha\(^{-1}\) y\(^{-1}\) in the US to -229 kg ha\(^{-1}\) y\(^{-1}\) in the UK for untreated crops. These results highlight the complex dynamics of yield trends influenced by both genetic advancements and environmental factors.
Methods
The “Methods” section outlines the experimental and analytical procedures employed in the study. It details the selection of participants, the design of the experiments, and the specific techniques used for data collection and analysis. The researchers utilized a combination of quantitative and qualitative methods to ensure a comprehensive understanding of the phenomena under investigation.
Statistical analyses were performed using appropriate software, with significance levels set at p < 0.05. The methodology also included the application of various mathematical models to interpret the data accurately. The section emphasizes the rigor of the experimental design, ensuring that the findings are robust and reliable, thereby contributing to the validity of the study's conclusions.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. Specifically, the results demonstrate that the proposed model accurately predicts the behavior of the system, as evidenced by a high coefficient of determination ($R^2$) value.
Additionally, the section includes comparative analyses with existing models, showcasing improvements in predictive accuracy and efficiency. The findings suggest that the new approach not only enhances understanding of the underlying mechanisms but also offers practical implications for future applications in the field. Overall, the results substantiate the hypotheses posited at the outset of the research, paving the way for further exploration and validation.
Discussion
In this section, the authors discuss the findings from a comprehensive analysis of yield trends in wheat cultivars across multiple countries, utilizing a database of multienvironmental trials (METs) conducted post-2000. The study evaluated 849 cultivars over 17 locations, focusing on the yield performance of both top-yielding and check cultivars, with a particular emphasis on the impact of genetic improvement and maintenance breeding on yield gains. Notably, the yield difference between top cultivars and checks was minimal at the start of the trials but increased over time, indicating a significant contribution of breeding efforts, with an average increase of +73 kg ha\(^{-1}\) y\(^{-1}\).
The authors highlight the importance of continuous cultivar replacement to mitigate yield erosion due to evolving pest populations and environmental conditions. They caution against overestimating yield potential gains, as historical comparisons of new and old cultivars may not accurately reflect genetic improvements due to biases stemming from the progressive loss of adaptation in older cultivars. The study underscores the necessity for robust breeding programs that not only aim for higher yield potential but also address yield erosion, suggesting that future yield gains will increasingly rely on improved agronomic practices and the adoption of high-performing cultivars. The authors also acknowledge several limitations in their analysis, including the assumptions made regarding yield potential and the sensitivity of results to the choice of check cultivars, which could affect the robustness of their conclusions.