作者:张晴丹 来源:中国科学报 发布时间:2017/4/26 10:53:25
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开启芝麻育种“宝库”

芝麻资源种子颜色多样性

张秀荣

中国农科院油料所供图

■本报记者 张晴丹

“芝麻大点的小事”常用来形容微不足道的事情,芝麻因“小”并不受关注。在我国种植业结构中,芝麻作为小作物也常被人忽视。然而,小小芝麻却是“舌尖上的中国”里无比重要的存在,由芝麻加工的食品就有600多种;我国同时也是芝麻的生产和消费大国。

近日,由中国农业科学院油料作物研究所研究员张秀荣主持完成的“芝麻种质基因库的构建、发掘与育种应用”科研成果荣获2016年度湖北省科技进步奖一等奖。可以说,小芝麻做出了大成绩。

经过30多年的科研“长跑”,这项成果实现了芝麻全基因组精准发掘和分子育种技术重大突破,为我国芝麻育种和产业发展提供了战略资源,标志着我国在芝麻研究领域跃居国际领先行列。

供不应求:发展空间巨大

在我们的日常生活中,芝麻随处可见,有着诸多“妙用”,既可以榨油,也可以用来制作美味的菜肴和糕点,比如芝麻小磨香油、芝麻酱、芝麻饼、芝麻酥等。我国食用芝麻历史悠久,已有2000多年的历史。

由于自身的特性,芝麻的主产地分布在我国江淮和黄淮流域等,比如河南、湖北、安徽、江西、河北、湖南、四川等省。

芝麻是我国主要的油料作物之一,“我国芝麻单产和总产量均居世界最高,而且品质最好。”张秀荣在接受《中国科学报》记者采访时表示。

因饮食习惯和人口众多,近年来,国内市场对芝麻的需求量也逐渐旺盛起来。2016年,我国芝麻的总消费量已达到140万吨,但总产量只有60万吨左右,其余缺口需要依靠进口,进口量已突破80万吨。

张秀荣表示,目前我国芝麻平均亩产80公斤左右,远远高于世界平均水平。我国虽是芝麻主要生产国,但总体产量偏低、发展空间巨大,这其中的关键点就是优异品种的选育。

产业要发展,品种要先行。张秀荣带着这个理念,开始了长达30多年的科研“长跑”,从育种入手,逐渐打开了“宝库”之门。

从零开始:创造科研奇迹

从上世纪70年代开始,我国就已经开始了芝麻的杂交育种研究,逐渐培育了一批新品种,比如“中芝7号”,产量、品质和抗性都得到了改善。

不过,一些随之而来的问题也困扰着科研人员。

种质资源是我国不可替代的战略资源,作物育种成效很大程度上取决于掌握、发掘和利用种质资源的程度。

“芝麻是我国优势特色油料,但因芝麻种质数量少、农艺性状鉴定粗放、基因组信息不清、缺乏功能标记,导致育种可用亲本种质匮乏、育种技术落后、效率低,成为制约我国芝麻耐湿抗病高油高产品种选育和产业发展的重大瓶颈。”张秀荣说。

要想迈过这道坎,收集到足够齐全的种质资源是十分重要的一步。为此,张秀荣带领着团队在全国各地开始收集各种芝麻种质,他们的足迹遍布全国30多个省区市。不仅如此,他们还通过多种途径从国外收集和引进种质资源。

虽然过程十分困难,张秀荣仍然带领着团队坚定不移地走下去。最终他们广泛收集整理覆盖全国30个省区市和世界五大洲芝麻种质7910份,编目300645条,精准鉴定耐湿抗病品质55435项次,发掘出优异种质452份,构建了全球数量最多、覆盖范围最广、信息量最大的芝麻种质库,创建了首个芝麻核心种质。

“芝麻种质库建立以后,能够为我国的育种提供优异基因资源。”张秀荣表示,在芝麻种质库的基础上,团队开始对芝麻基因组进行测序,寻找其中规律,加以深化利用。

芝麻作为小作物,相关研究基础非常薄弱,“我们的各项工作几乎都是从零开始。”张秀荣说。从2012年到2014年,团队攻坚克难,率先完成了芝麻全基因组测序,探明了基因组结构,注释基因27148个,绘制了全球首张精细物理图谱,并构建了首个芝麻基因信息库,破解了芝麻的遗传密码,引领芝麻种质由表型鉴定向基因组信息研究的跨越。

不仅如此,张秀荣还将他们的研究结果向全世界公开,大规模重测序获得540万个SNP变异位点,创建芝麻基因组、变异组和功能基因组3个共享大数据网站,公开数据量819.3G,搭建了基因信息应用平台。

除此之外,团队还发掘出一批重要农艺性状主效QTL和新基因,实现了芝麻全基因组精准发掘和分子育种技术重大突破。他们开发全基因组SSR标记7200个,构建了首张高密度遗传图谱,首次发现SiPPO、SiNST1和LTP1基因调控含油量的新机制,发掘出耐湿抗病高油高产主效QTL 77个、新基因46个,突破了芝麻分子育种的技术瓶颈。

这些成就为芝麻研究提供了关键材料和优异基因资源,促进我国芝麻的育种研究和基础性研究取得突破,为我国育种和产业发展提供了战略资源,为全球的芝麻分子生物学研究和功能基因挖掘奠定了重要的基础。

开拓进取:挖掘更大可能

多年来,项目组育成的耐湿抗病高油高产17个新品种,在江淮和黄淮主产区累计应用7625.2万亩,覆盖两大产区65%,创社会经济效益93.3亿元。

尽管芝麻育种研究已经收获了好成绩,但张秀荣仍不停下脚步,她将带领着团队继续加强芝麻种质资源的收集,在原始创新上有所突破,瞄准产业需求,运用现代新技术,挖掘出芝麻更多的“潜力”。

“我们想根据实际生产需求,解决一些个性化问题,实现定向育种。”张秀荣说。

此外,河南、安徽和湖北等江淮地区是我国芝麻主产区,芝麻生长季节正逢雨季,雨量大而集中,渍涝害问题一直存在。而在山西、陕西和内蒙古等西北地区,吉林等东北地区,江南秋播地区,干旱问题则比较严重。“这都需要我们从育种上有重大突破,能够培育出抗涝性、抗旱性的优良品种。”张秀荣表示。

在定向育种方面,团队还瞄准了我国盐碱地资源。面对土地资源越来越紧缺的现状,培育出抗盐碱品种,充分把盐碱地利用起来,是团队研究的重点。

此外,张秀荣还在挖掘芝麻其他的特性和作用。芝麻营养十分丰富,其特有的抗氧化成份芝麻素具有治疗癌症及心血管疾病等功效。芝麻除了油用,还能在医药、工业生产等方面“大展拳脚”,用途十分广泛。

“最近,我们正在研究不同花色的芝麻,开发观赏芝麻,发展观赏农业,这也是比较有特色的地方。”张秀荣介绍。

“未来我希望和全国同行一起,经过‘十三五’的努力,取得更多重大突破。”张秀荣说。

 

《中国科学报》 (2017-04-26 第6版 科研)
 
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