嘉优中科系列新品种是遗传发育所李家洋研究组与浙江省嘉兴市农业科学院李金军研究组合作运用“分子模块设计”这一突破性技术育成的具有引领作用的模块新品种,是在中国科学院a类战略性先导科技专项“分子模块设计育种创新体系”项目支持下产生的重要成果。
该研究组负责人、中科院士李家洋说:“该成果是颠覆传统育种技术的大胆实践和成功探索,标志着我国科学家在现代育种理论研究方面走在了世界前列,对指导未来作物遗传改良具有重大战略意义。”
长江中下游稻区是我国水稻主产区之一,历史上一直是水稻育种水平和生产水平非常高的地区。但近20年以来,该地区水稻产量进入一个缓慢增长期,主要表现为产量和早熟、品质、抗病虫和抗逆性等其他优良性状之间的矛盾,尤其在目前的高产栽培条件下,个体和群体的矛盾及产量和生育期的矛盾就更加突出。
专家们表示,近年来随着重要基因资源的逐步挖掘,传统育种方法的瓶颈效应日益显现,新品种选育的困难越来越多。首先,由于种间生殖隔离的限制,很难利用近缘或远缘种的基因资源对特定的农业生物进行遗传改良;第二,传统育种易受不良基因连锁的影响;第三,进行优良基因叠加一般需要依据表型或生物测定来判断, 检测效率易受环境因素的影响;第四,育种效率较低,周期长,一般需要 10 年左右。因此当前迫切需要新型育种技术的发展。”
在这种背景下,近几十年来,随着分子生物学和基因组学等新兴学科的飞速发展,使育种专家对基因型进行直接选择成为可能,作物分子育种因此应运而生。分子育种技术可以实现基因的直接选择和有效聚合,大幅度提高育种效率,缩短育种年限,实现“精确育种”。
中国科学院遗传发育所副研究员刘贵富说,“比如,常规育种需要7至8年才能选出育种材料,分子育种技术能将其缩短到3至4年甚至更短,育种周期缩短为原来的1/4至1/3,实现了快速、定向、高效培育系统改良的作物新品种。打个比方,常规育种方法育种就好比是在相亲的时候是进行海选,分子育种就是在已经经过层层选拔之后的对象里进行选择。”
“分子模块设计育种技术就是分子育种技术的一种类型。” 李家洋说,这种技术是在育种专家的田间试验之前,就对育种程序中的各种因素进行模拟、筛选和优化,确立目标基因型、提出最佳的亲本选配和后代选择策略、提高育种过程的预见性。
“模块化设计育种就是先将育种总体目标分解成若干个单元目标,根据每个单元设计并培育一批符合单元目标的育种材料,最后按照整体目标将各单元材料具备的基因组合在一起,获得符合总体目标的品种。”刘贵富说。
与常规育种技术相比,分子模块设计育种技术不仅克服了育种周期长,偶然性大和育种效率低下等缺点,而且还可以对当前应用的品种缺点进行精确改良和容易实现多个优良基因(性状)的聚合。利用该技术育成的品种,具有理想株型的超级稻株叶形态及高产、多抗、早熟、矮秆抗倒的优点,适宜在长江中下游稻区种植,在长江以北可作一季中稻,在长江以南可作单季晚稻或连作晚稻。
李家洋说:“这些品种既实现了水稻超高产和抗性提升的完美结合,又实现了种植区域北移,在长江中下游地区有着广阔的推广前景。”
李家洋表示,接下来课题组还将进一步朝“量身定制”方向努力。“比如,针对糖尿病等特殊人群,可以设计研制低糖的水稻。”
目前,嘉优中科1号的大面积推广工作正在进行。随着该品种的大面积推广种植,每亩增产200公斤所带来的经济和社会效益将日趋凸显,真正实现了“用得上,有影响”要求,对引领我国品种升级换代有里程碑式的意义。
据悉,1万4千多亩的嘉优中科1号将于11月10日左右组织专家进行测产。
