分子模塊設(shè)計育種使水稻也能“量身定制”

日前，運(yùn)用“分子模塊設(shè)計”技術(shù)育成的嘉優(yōu)中科系列水稻新品種在江蘇沭陽獲得豐收。

嘉優(yōu)中科系列新品種是中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋研究組與浙江省嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)院李金軍研究組合作運(yùn)用“分子模塊設(shè)計”這一突破性技術(shù)育成的具有引領(lǐng)作用的模塊新品種。

長江中下游稻區(qū)是我國水稻主產(chǎn)區(qū)之一，歷史上一直是水稻育種水平和生產(chǎn)水平非常高的地區(qū)。但近20年以來，該地區(qū)水稻產(chǎn)量進(jìn)入一個緩慢增長期，主要表現(xiàn)為產(chǎn)量和早熟、品質(zhì)、抗病蟲、抗逆性等其他優(yōu)良性狀之間的矛盾，尤其在目前的高產(chǎn)栽培條件下，個體和群體的矛盾及產(chǎn)量和生育期的矛盾就更加突出。

專家們表示，近年來隨著重要基因資源的逐步挖掘，傳統(tǒng)育種方法的瓶頸效應(yīng)日益顯現(xiàn)，新品種選育的困難越來越多。在這種背景下，作物分子育種應(yīng)運(yùn)而生。分子育種技術(shù)可以實現(xiàn)基因的直接選擇和有效聚合，大幅度提高育種效率，縮短育種年限，實現(xiàn)“精確育種”。

中國科學(xué)院遺傳發(fā)育所副研究員劉貴富說，“常規(guī)育種需要7至8年才能選出育種材料，分子育種技術(shù)能將其縮短到3至4年甚至更短，育種周期縮短為原來的1/4至1/3，實現(xiàn)了快速、定向、高效培育系統(tǒng)改良的作物新品種。打個比方，常規(guī)育種方法育種好比是在相親的時候進(jìn)行‘海選’，分子育種就是在已經(jīng)經(jīng)過層層選拔之后的對象里進(jìn)行選擇。”

“分子模塊設(shè)計育種技術(shù)就是分子育種技術(shù)的一種類型。”研究組負(fù)責(zé)人、中科院院士李家洋說，這種技術(shù)是在育種專家的田間試驗之前，就對育種程序中的各種因素進(jìn)行模擬、篩選和優(yōu)化，確立目標(biāo)基因型，提出**的親本選配和后代選擇策略，提高育種過程的預(yù)見性。

“模塊化設(shè)計育種就是先將育種總體目標(biāo)分解成若干個單元目標(biāo)，根據(jù)每個單元設(shè)計并培育一批符合單元目標(biāo)的育種材料，最后按照整體目標(biāo)將各單元材料具備的基因組合在一起，獲得符合總體目標(biāo)的品種。”劉貴富說。

與常規(guī)育種技術(shù)相比，分子模塊設(shè)計育種技術(shù)不僅克服了育種周期長、偶然性大、育種效率低下等缺點，而且還可以對當(dāng)前應(yīng)用的品種缺點進(jìn)行精確改良，容易實現(xiàn)多個優(yōu)良基因（性狀）的聚合。利用該技術(shù)育成的品種，具有理想株型的超級稻株葉形態(tài)及高產(chǎn)、多抗、早熟、矮稈抗倒的優(yōu)點，適宜在長江中下游稻區(qū)種植，在長江以北可作一季中稻，在長江以南可作單季晚稻或連作晚稻。

李家洋說：“這些品種既實現(xiàn)了水稻超高產(chǎn)和抗性提升的完美結(jié)合，又實現(xiàn)了種植區(qū)域北移，在長江中下游地區(qū)有著廣闊的推廣前景。”

李家洋表示，接下來課題組還將進(jìn)一步朝“量身定制”方向努力。“比如，針對糖尿病人等特殊人群，可以設(shè)計研制低糖的水稻。”