發掘玉米品質優良基因分子育種如同魔術

文|于雷 中國林業科學研究院 編輯|楊陽

發掘玉米品質優良基因分子育種如同魔術

文|于雷 中國林業科學研究院 編輯|楊陽

項目成果：玉米重要營養品質優良基因發掘與分子育種應用

承擔單位：中國農業大學農學與生物技術學院等

亞瑟·C·克拉克說：“任何足夠先進的技術都等同于魔術。”在農作物育種領域，達到分子水平的育種技術絕對可以稱之為“魔術”。

在今年1月9日舉辦的2016年度國家科學技術獎勵大會上，由中國農業大學農學與生物技術學院教授、中國作物學會玉米專業委員會主任李建生領銜的科研團隊研發的“玉米重要營養品質優良基因發掘與分子育種應用”項目榮獲2016年度國家科技進步獎二等獎。

通過全基因組關聯分析，找到了74個與油份和脂肪酸有關的候選基因，包括之前鑒定的與玉米油份代謝有關的3個關鍵基因。

品質改良 玉米品種的“供給側”改革

玉米是我國最重要的主糧農作物之一。據國家統計局公布的2016年糧食生產數據顯示，玉米播種面積36759.7千公頃、總產量21955.4萬噸，分別占谷物播種面積的38.95%、總產量的38.85%。從面積或產量來看，玉米是當之無愧的三大主糧（小麥、水稻、玉米）之首。

在玉米種植面積、產量華麗數字的背后，是玉米在市場的尷尬境地。據布瑞克統計，目前國儲庫里仍有接近2.4億噸的玉米庫存，今年實行新的玉米收購政策后，玉米的收購價格一度低迷。

李建生曾表示：“當前我國玉米出現的過剩是階段性的、暫時的，但從長遠來看，玉米仍是剛性需求。3斤玉米換1斤動物性產品，考慮人口增長和生活水平因素，我國對玉米的消費需求仍將保持增長的趨勢。”

長期以來，人們注重糧食產量，忽視糧食營養品質。近年來，越來越多的國人對食品的需求從“吃飽”轉向“吃好”。注重糧食的品質，也成為國際趨勢，聯合國糧農組織（FAO）的戰略口號也從“糧食安全”轉變成“糧食和營養安全”。今年中央一號文件大力推進農業供給側結構性改革，玉米品質的“供給側”改革刻不容緩。

玉米不只是“填飽肚子”的糧食，其深層次、多方向利用價值有待開發，玉米的重要營養品質急需提高。玉米籽粒中的維生素A 原、維生素E 和油份是對人類健康和動物生長發育有益的重要品質性狀。玉米油富含不飽和脂肪酸，可作健康食用油、高能飼料原料，但從年人均消耗來看，美國2.3公斤，中國僅為0.4公斤。

“玉米重要營養品質優良基因發掘與分子育種應用”項目科研團隊在發掘玉米重要營養品質優良基因上邁出了重要的一步。他們首次發現了控制玉米維生素E高含量主效QTL基因ZmVTE4,開發了提高維生素E含量的功能標記，篩選出高維生素的甜玉米新品種5個；首次克隆了控制維生素A的crtRB1優良等位基因，開發了6個功能標記；發現了74個影響總油分和脂肪酸組分及比例的基因，驗證了LACS等五個基因的功能，開發了相應的功能標記。

分子育種 玉米育種技術走出國門

分子育種是育種技術中的“魔術”。常規育種手段定向改良一個農藝性狀,往往要回交6代才能得到理想植株,一般需5到6年。利用分子育種技術,通過早期的基因型選擇,大大縮短育種時間,也可有效降低田間測試材料的數量,節省很多人力、物力、財力。相比傳統經驗育種,分子育種具有準確的方向性,在一定程度上實現了“精確育種”。

玉米起源于美洲大陸，在哥倫布發現美洲后逐步走向全世界。大約500年前，玉米通過陸路或海上絲綢之路傳入中國。作為外來品種的玉米，先進的育種長期被國際上的大型種子公司壟斷。“玉米重要營養品質優良基因發掘與分子育種應用”項目科研團隊發現了高維生素A原優良等位基因分布的遺傳規律，提高了國際生物強化項目的育種效率，開創了我國玉米分子育種技術對外輸出的先例；挖掘了維生素E優良等位基因及功能標記，開辟了玉米品質育種的新方向；挖掘了油份優良等位基因，開啟了玉米油份分子育種的先例。

不僅在玉米分子育種技術上有突破，“玉米重要營養品質優良基因發掘與分子育種應用”項目科研團隊在學術理論上也進行了創新。他們首次提出“優良等位基因累加是人工選擇高油玉米的成因”的學術觀點，發表原創性論文37篇，包括SCI引用論文32篇，其中《Nature genetics》論文2篇，總引用813次，他引610次；獲得發明專利4項，品種權1項，培育了9個營養品質優良的玉米新品種和1個新品系。

創造效益 推廣種植帶動農民增收

“科學的唯一目的是減輕人類生存的艱辛。”“玉米重要營養品質優良基因發掘與分子育種應用”項目帶來的不僅先進的科學技術，還有顯著的社會效益。

項目的科研團隊注重科技成果的轉化，將基礎研究、技術發明與育種實踐緊密結合，達到國際領先水平，創造出令人矚目的社會效益。項目科研團隊開發的分子標記在國內外育種單位展開應用，培育優質玉米新品種8 個，其中國審品種4 個。培育甜玉米新品種累計推廣354.14萬畝，農民累計新增產值28.33億元，企業累計新增利潤4424.4萬元。

科研團隊的帶頭人李建生表示：“未來十年，我希望基礎研究力度更大一些，應用研究也更多一些，加強高新技術的研究，并向種子企業轉移，帶動種業技術升級，全面提升產業競爭力。”

專家簡介

李建生中國農業大學教授。主持科技部863項目玉米分子育種課題，支撐計劃玉米育種課題，國家自然科學基因重大項目。在《Nature genetics》、《Molecular Breeding》等學術期刊發表SCI論文80余篇。參加編寫玉米遺傳育種專著4本。培育玉米新品種10個，其中國審品種4個。先后獲得省部級以上獎勵5項，其中國家科技國家發明二等獎1項，教育部科技發明一等獎1項。