來源：科技日報

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、中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院韓斌課題組和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所錢前課題組經(jīng)過了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)性狀形成的分子機理及品種設(shè)計”項目中找到。

2018年伊始,，這一李家洋團隊完成的項目被授予2017年度國家自然科學(xué)獎一等獎。

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,。

“對水稻來說，高產(chǎn)往往帶來品質(zhì)差、抗病蟲害能力低的問題,，但有些性狀好的水稻卻常常不會太高產(chǎn),。‘秈稻的產(chǎn)量，粳稻的品質(zhì)’,，即培育出分蘗數(shù)適宜、莖稈強壯,、穗大粒多的高產(chǎn)理想株型品種,，同時又具有優(yōu)良的食用品質(zhì),這就是我們團隊夢寐以求的‘理想型’水稻。”李家洋說,。

而傳統(tǒng)的雜交育種方式周期長，育成一個新品種往往需要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”水稻帶來了希望,。

在20年間，李家洋團隊采用了一種和轉(zhuǎn)基因技術(shù)不相同的育種路線——通過品種設(shè)計進行多基因復(fù)雜性狀的定向改良,，達到高產(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)計育種中所需要的所有基因都是水稻基因，通過分子技術(shù)手段進行檢測,，來決定哪些基因是我們需要的,、哪些基因是不需要的。”韓斌說,，這就像搭積木,，他們有針對性地選擇需要的“積木”，更快更好地搭建出需要的“建筑”,。

具體來看,，李家洋團隊育種路線是這樣的：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),、繼而進行水稻分子設(shè)計育種，在此基礎(chǔ)上建立了分子設(shè)計育種的理論與技術(shù)體系,。

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

“此后，我們挖掘了多個有應(yīng)用價值的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。

夢想照進了現(xiàn)實,。團隊實現(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,、無效分蘗很少、莖稈粗壯,、根系發(fā)達等明顯的理想株型特征,，且熟期早，抗逆性強,，增產(chǎn)效果顯著,，萬畝示范平均產(chǎn)量比當(dāng)?shù)刂髟云贩N增產(chǎn)20%以上，且適合機械化或直播等高效,、輕簡的栽培方式,。這既是水稻超高產(chǎn)和抗性提升的完美結(jié)合，又實現(xiàn)了水稻種植區(qū)域北移,，在長江中下游地區(qū)有著廣闊的推廣前景,。

“與發(fā)達國家相比，我國農(nóng)業(yè)育種技術(shù)還有明顯差距,。但是,，我國在現(xiàn)代育種理論上已經(jīng)走在世界前列，未來我們將繼續(xù)致力于育種實踐,，要把這種先進育種理念變成更多產(chǎn)品,，保障我國糧食安全。”李家洋說,。