水稻分子设计育种取得新进展

中国农科院中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室、中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室和中国农科院深圳农业基因组研究所合作,大力探索水稻分子设计育种,积极推动当前传统育种向高效、精准、定向的分子设计育种转变。3月20日,国际著名学术期刊《自然-植物(Nature Plants)》在线发表了这一研究成果。

水稻是最主要的粮食作物,也是我国60%以上人口的主粮,“绿色革命”基因sd1和杂交稻技术的应用对保障我国粮食安全和国民经济稳定发展具有重要的意义。然而,随着稻米市场的开放和生活水平的提高,部分单一的超高产水稻品种/组合难以满足市场的需求。因此,如何改善稻米综合品质,提高稻米的商品价值,成为育种家和稻米生产企业的共同目标。

然而,水稻的产量和品质均为复杂的数量性状,迄今为止,人们已经鉴定出水稻产量相关的数量性状基因座位(QTL)或基因达数百之多。在我们以前的报道(PNAS,2009)中也发现数量众多的淀粉合成相关基因组成复杂的遗传调控网络,并精细调控稻米食味和蒸煮品质。如何将这些复杂数量性状调控和谐、有序地整合于当前主栽品种则是传统育种面临的技术困境,而基于当前生物学技术进步的分子设计育种则展现出巨大的技术优势。

研究团队以业已完成基因组测序的日本晴和9311为优良目标基因供体,对28个优良目标基因主动设计,它们涉及水稻产量、稻米外观品质、蒸煮食味品质和生态适应性等。以综合品质差的超高产品种特青作为优良基因的受体,在经过8年的杂交、回交和聚合选择,结合分子标记定向选择获得了若干份优异的后代材料。这些材料充分保留了特青的遗传背景及高产特性,而稻米外观品质、蒸煮食味品质、口感和风味等均显著改良,以其配组的杂交稻稻米品质也显著调高。 这项研究结果将极大推动作物传统育种向高效、精准、定向的分子设计育种转变。

该研究得到国家自然科学基金委、科技部和中国科学院先导项目的资助。本实验室曾大力研究员和中国科学院遗传与发育生物学研究所田志喜研究员为共同第一作者,钱前和李家洋为共同通讯作者。

原文链接:DOI:10.1038/nplants.2017.31