作者:张启发等 来源:《分子植物》 发布时间:2021/12/30 9:42:31
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绿色超级稻育种应向基因组育种模式转变

 

近日,华中农业大学绿色超级稻项目团队在《分子植物》(Molecular Plant)在线发表综述文章,总结了绿色超级稻的理念、育种策略、关键技术体系和发展历程,阐述了整合丰富的遗传资源、有利的功能基因、精确的基因组育种技术以培育绿色超级稻的实践,介绍了绿色超级稻推广应用的重大成果及其对全球作物生产与农业可持续发展的积极影响,提出了今后作物育种的新目标和新范式。

“绿色超级稻”是我国科学家针对粮食安全与资源环境的突出矛盾等严峻形势,提出的水稻育种与生产的新理念,该理念倡导“高产高效、生态安全”的生产模式。绿色超级稻所指的绿色性状是指抗病虫、节水抗旱、抗逆、养分高效利用等特性,这些性状有利于建立“资源节约和环境友好”的农业生产体系,能够实现生产上“少打农药、少施化肥、节水抗旱、优质高产”的目标。

随着丰富的水稻种质资源和功能基因组学研究的快速发展,特别是越来越多的水稻基因组测序(或重测序)的完成,科学家已经成功地鉴定分离到超过3800个控制水稻重要性状的基因。大量绿色性状基因的等位变异和功能差异的发掘与利用,极大地推进了绿色超级稻的研究和育种技术的发展。

该文梳理了绿色超级稻的基因组选择育种的两个关键技术体系。

一是以高通量测序技术和育种芯片为核心的全基因组选择技术体系。该技术体系不仅用于基因组背景选择,而且还可应用于育种印迹鉴定、品种系谱溯源以及全基因组关联分析等研究。

二是目标基因选择技术体系。基于种质资源和功能基因组学的研究成果,筛选育种供体和待改良品种,明确目标基因的序列变异和功能差异,开发目标基因的功能标记和紧密连锁标记;应用基因组育种选择技术结合回交育种等程序,将供体亲本中携带特定的目标等位基因转移到待改良的品种中,创建系列绿色性状基因的新品系;按不同地域的生产要求,根据基因组信息,设计杂交方案聚合多个有利基因,培育综合性状优良的绿色超级稻新品种。

该文系统整理了自中国科学院院士张启发2005年提出“绿色超级稻构想”以来,绿色超级稻培育和应用的重大成果。在国家高技术研究发展计划(2010至2018年)、比尔和梅林达·盖茨基金会(2008年至2018年)等项目的大力支持下,国内外近60家科研院所、企业和育种单位联合承担了该项目的研究。截止2018年项目结题时的统计,绿色超级稻项目培育出具备绿色性状的(如抗病虫、养分高效利用等)水稻新品种66个,根据项目专家委员组制定的标准认定的绿色超级稻品种41个,绿色超级稻品种在我国和“一带一路”沿线国家累计推广3亿多亩。2018年,“绿色超级稻”入选中共中央宣传部等单位举办的“伟大的变革—庆祝改革开放40周年”大型成果展览。2019年,农业农村部颁发“水稻、玉米、小麦、大豆绿色品种指标体系”,明确指出“少打农药、少施化肥、节水抗旱、优质高产”是我国农作物今后主要的育种目标和方向。2021年,第26届联合国气候峰会把“绿色超级稻”作为“迎接2050挑战”,建立低碳、适应气候变化的食品生产系统的推荐科技方案。绿色超级稻的培育与推广应用为我国和世界粮食安全做出了积极贡献,对全球农业绿色发展战略和政策发挥了重要影响。

文章最后提出,为了满足消费者日益增长的对美好生活的需求和作物生产适应气候变化影响的要求,作物育种目标需要改变,由单一追求产量向追求产量和质量并举的方向转变,全面提升稻米的品质,培育绿色营养优质的水稻品种,提供对人类和地球都健康的产品。改变育种范式,从传统的育种模式向基因组育种模式转变,推动作物育种向精准、高效和设计方向发展。(来源:中国科学报 李晨)

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.12.001

 
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