來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

一粒種子可以改變世界，然而如何才能“多快好省”地培育出高產(chǎn)又優(yōu)質(zhì)的“黃金”種子,？

中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋課題組,、中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院韓斌課題組和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所錢前課題組經(jīng)過(guò)了20多年的密切合作、協(xié)同創(chuàng)新,，給出了答案——這粒種子可以在“水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)性狀形成的分子機(jī)理及品種設(shè)計(jì)”項(xiàng)目中找到,。

2018年伊始，這一李家洋團(tuán)隊(duì)完成的項(xiàng)目被授予2017年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng),。

育種學(xué)家站在農(nóng)業(yè)科技的最前沿,。在水稻領(lǐng)域，為了突破產(chǎn)量瓶頸,，育種學(xué)家提出了理想株型的概念,。

“對(duì)水稻來(lái)說(shuō)，高產(chǎn)往往帶來(lái)品質(zhì)差,、抗病蟲害能力低的問(wèn)題,，但有些性狀好的水稻卻常常不會(huì)太高產(chǎn)。‘秈稻的產(chǎn)量,，粳稻的品質(zhì)’,，即培育出分蘗數(shù)適宜、莖稈強(qiáng)壯,、穗大粒多的高產(chǎn)理想株型品種,，同時(shí)又具有優(yōu)良的食用品質(zhì),這就是我們團(tuán)隊(duì)夢(mèng)寐以求的‘理想型’水稻。”李家洋說(shuō),。

而傳統(tǒng)的雜交育種方式周期長(zhǎng),，育成一個(gè)新品種往往需要10年以上，并面臨著品種間遺傳多樣性狹窄,、效率低等問(wèn)題,。遺傳學(xué)、分子生物學(xué)和基因組學(xué)的發(fā)展為育種學(xué)家用“魔術(shù)之手”變出“理想型”水稻帶來(lái)了希望,。

在20年間,，李家洋團(tuán)隊(duì)采用了一種和轉(zhuǎn)基因技術(shù)不相同的育種路線——通過(guò)品種設(shè)計(jì)進(jìn)行多基因復(fù)雜性狀的定向改良,，達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的目標(biāo)。

“轉(zhuǎn)基因技術(shù)是將外源基因轉(zhuǎn)到待改良的目標(biāo)材料中,，而品種設(shè)計(jì)育種中所需要的所有基因都是水稻基因,，通過(guò)分子技術(shù)手段進(jìn)行檢測(cè)，來(lái)決定哪些基因是我們需要的,、哪些基因是不需要的,。”韓斌說(shuō)，這就像搭積木,，他們有針對(duì)性地選擇需要的“積木”,，更快更好地搭建出需要的“建筑”。

具體來(lái)看,，李家洋團(tuán)隊(duì)育種路線是這樣的：高效發(fā)掘利用水稻優(yōu)異種質(zhì)資源,，搞清楚水稻產(chǎn)量和品質(zhì)等復(fù)雜農(nóng)藝性狀形成的分子基礎(chǔ)與調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、繼而進(jìn)行水稻分子設(shè)計(jì)育種,，在此基礎(chǔ)上建立了分子設(shè)計(jì)育種的理論與技術(shù)體系,。

這些理論和技術(shù)體系讓團(tuán)隊(duì)走在了世界育種前列，并找到了一個(gè)理想株型形成的關(guān)鍵基因——IPA1,。這項(xiàng)成果在水稻株型研究領(lǐng)域中引起震動(dòng),，入選“2010年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”。

“此后,，我們挖掘了多個(gè)有應(yīng)用價(jià)值的IPA1優(yōu)異等位變異,，利用分子標(biāo)記輔助選擇等方法，將理想株型基因?qū)雰?yōu)質(zhì)秈稻和粳稻骨干親本,，向國(guó)內(nèi)水稻育種單位發(fā)放理想株型種質(zhì)2000余份次。”錢前說(shuō),。

夢(mèng)想照進(jìn)了現(xiàn)實(shí),。團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了水稻質(zhì)與量的“完美協(xié)調(diào)”后，終于育成了“理想型”水稻——“嘉優(yōu)中科”系列水稻新品種,。

這些品種具有株高適宜,、分蘗適中、無(wú)效分蘗很少,、莖稈粗壯,、根系發(fā)達(dá)等明顯的理想株型特征，且熟期早,，抗逆性強(qiáng),，增產(chǎn)效果顯著，萬(wàn)畝示范平均產(chǎn)量比當(dāng)?shù)刂髟云贩N增產(chǎn)20%以上,，且適合機(jī)械化或直播等高效,、輕簡(jiǎn)的栽培方式。這既是水稻超高產(chǎn)和抗性提升的完美結(jié)合，又實(shí)現(xiàn)了水稻種植區(qū)域北移,，在長(zhǎng)江中下游地區(qū)有著廣闊的推廣前景,。

“與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)農(nóng)業(yè)育種技術(shù)還有明顯差距,。但是,，我國(guó)在現(xiàn)代育種理論上已經(jīng)走在世界前列，未來(lái)我們將繼續(xù)致力于育種實(shí)踐,，要把這種先進(jìn)育種理念變成更多產(chǎn)品,，保障我國(guó)糧食安全。”李家洋說(shuō),。