我分子設計育種技術取得重大突破性進展

　　江蘇省沭陽縣青伊湖農場正在收割運用「分子模塊設計」技術育成的水稻新品種嘉優中科1號。本報記者 齊芳攝/光明圖片

　　天高雲淡、風吹稻浪，溫暖的秋陽中，江蘇省沭陽縣青伊湖農場迎來了水稻豐收——由中國科學院遺傳發育所李家洋研究組與浙江省嘉興市農業科學院李金軍研究組合作，運用「分子模塊設計」技術育成的水稻新品種「嘉優中科系列新品種」獲得了豐收，種植嘉優中科1號水稻品種的兩塊田實收測產表明，平均畝產分別為913公斤和909.5公斤，比當地主栽品種畝產增產200公斤以上。

　　這也意味著我國科學家突破傳統育種技術，走出了分子育種的新路，為保障我國糧食安全提供核心戰略支撐。

　　嘉優中科系列水稻：

　　找到水稻質與量的「黃金分割點」

　　自然界總有它的法則，農作物的質與量的優勢往往不可兼得。對水稻來說，高產的往往有品質差、抗病蟲害能力低的問題，但這些性狀好的水稻卻常常不會太高產。長江中下遊稻區就遇到了這個問題——近20年來，長江中下遊地區水稻產量進入一個緩慢增長期，主要表現為產量與早熟、品質、抗病蟲和抗逆性等其他優良性狀之間的矛盾、品種退化等問題。在目前高產栽培條件下，這種矛盾越來越突出。

　　在這種情況下，科學家們一直在思索：究竟能不能找到水稻質與量的「黃金分割點」，讓綜合能力達到最佳？

　　項目主要完成人、中國科學院院士李家洋介紹，運用分子模塊設計育種的理念和技術，科學家們經過精心的雜交「設計」，育成了具有超高產、早熟和抗稻瘟病的嘉優中科系列水稻新品種，1號、2號、3號三個雜交粳稻新品種分別通過2016年上海市、江西省和浙江省審定，後續新組合也正在參加國家及不同省的區試。

　　在江蘇沭陽種植的就是嘉優中科1號。在不增加任何成本的條件下，它比當地主栽品種畝均增產200公斤以上，按每公斤稻穀2.8元計，農民每畝可增收560元以上。李家洋說：「嘉優中科系列品種具有理想株型的超級稻株葉形態及高產、多抗、早熟、矮稈抗倒的優點，適宜在長江中下遊稻區種植，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。」

　　或許這一點就是水稻質與量的「黃金分割點」：這些品種既實現了水稻超高產和抗性提升的完美結合，又實現了水稻種植區域北移，在長江中下遊地區有著廣闊的推廣前景。

　　分子模塊設計育種：

　　突破傳統育種技術的成功探索

　　中國幅員廣闊，水稻種植北至黑龍江、南至海南島，不同地區氣候、水資源、病蟲害等條件不同，需要培育不同的品種。例如，在黑龍江種植的水稻需要莖稈較粗彈性強的品種以增加抗倒伏能力，在長江中下遊地區種植的水稻或許需要更強的抗病蟲害的能力。但傳統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，而且面臨著品種間遺傳多樣性狹窄、效率低等問題。

　　科學家們一直在思索：能不能找到水稻基因和性狀的對應關係，按照需求的不同，設計出不同的水稻新品種？

　　這就是「分子模塊設計育種」。中科院遺傳發育所副研究員劉貴富說：「這不是轉基因技術。簡單地說，轉基因技術是通過基因轉化技術將外源基因轉到待改良或目標材料中，但分子模塊設計育種中所需要的所有基因都是水稻基因，只是通過分子技術手段進行檢測，來決定哪些基因是我們需要的、哪些基因是不需要的。」

　　李家洋解釋，簡而言之，科學家們首先了解水稻不同基因對應的不同性狀，以及不同基因耦合可能產生的性狀。然後將這些基因根據需要進行相對精確的重新組合，得到我們需要的品種——這就像搭積木，我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築。

　　分子育種不僅僅適用於水稻。2013年8月，中科院啟動戰略性先導科技專項「分子模塊設計育種創新體系」，包括遺傳發育所、植物所、動物所、水生所等多個研究所的2100多名科研人員參與到這個大課題中，以水稻為主，小麥、鯉魚等為輔，解析複雜性狀分子調控網絡，闡明其相互效應，預計將獲得16~20個具有育種價值的分子模塊和12~15個主效分子模塊系統，建立模塊耦合組裝的理論和應用模型，實現高產、穩產、優質、高效多模塊的有效組裝，培育水稻、鯉魚等產量顯著提高的新品種10~15個，創建新一代超級品種培育的系統解決方案和育種新技術。

　　「與發達國家相比，我國農業育種技術還有差距，需要我們創新育種理念，補上短板。」李家洋介紹，日前我國科學家在《細胞》《科學》《自然》等國際學術期刊上發表了大量水稻基礎研究論文，標誌著我國科學家在現代育種理論上已經走在世界前列，未來將更多致力於育種實踐：「我們今天的成果還是階段性、初步性的成果，我們要把這種先進育種理念變成更多產品，保障我國糧食安全。」（記者 齊芳）