科學(xué)家提出野生稻快速馴化新策略

文/ 白林紅

中國科學(xué)院種子創(chuàng)新研究院、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋團(tuán)隊(duì)首次提出了異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略，旨在最終培育出新型多倍體水稻作物，從而大幅提升糧食產(chǎn)量并增加作物環(huán)境變化適應(yīng)性。該項(xiàng)研究為未來糧食危機(jī)應(yīng)對(duì)提出了一種新的可行策略，開辟了全新的作物育種方向，是該領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破性進(jìn)展，未來四倍體水稻新作物的成功培育，有望對(duì)世界糧食生產(chǎn)帶來顛覆性的革命。這一研究成果已在國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》發(fā)表。

隨著世界人口的快速增長(zhǎng)，至2050 年，糧食產(chǎn)量需要再增加50%才能完全滿足需求，如何進(jìn)一步提高作物單產(chǎn)是亟待解決的嚴(yán)峻問題。近年來，世界氣候變化加劇，全球氣候變暖，極端天氣頻發(fā)都為糧食安全帶來了巨大挑戰(zhàn)。水稻是世界最主要的糧食作物之一，為全世界一半以上的人口提供主糧。雖然我國在水稻育種中取得了輝煌的成就，但仍然迫切需要新策略來應(yīng)對(duì)未來的糧食挑戰(zhàn)。

當(dāng)前的栽培稻是從祖先二倍體野生稻經(jīng)過數(shù)千年的人工馴化而來，馴化過程在改良重要農(nóng)藝性狀的同時(shí)造成了遺傳多樣性的大量丟失。除了二倍體栽培稻，稻屬還有其他25 種野生植物，按照基因組特征又可以分成11 類，包括6 類二倍體基因組和5 類四倍體基因組。其中異源四倍體野生稻具有生物量大、自帶雜種優(yōu)勢(shì)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也具有非馴化特征，無法進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

為攻克創(chuàng)制多倍體水稻新作物的難題，李家洋院士所帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)首次提出異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略，并分為了“四個(gè)階段”：第一階段，收集并篩選綜合性狀最佳的異源四倍體野生稻底盤種質(zhì)資源；第二階段，建立野生稻快速從頭馴化技術(shù)體系，其中包括三個(gè)核心點(diǎn)，即高質(zhì)量參考基因組的繪制和基因功能注釋，高效遺傳轉(zhuǎn)化體系，和高效基因組編輯技術(shù)體系；第三階段，品種分子設(shè)計(jì)與快速馴化，包括重要農(nóng)藝性狀基因注釋及基于基因組信息的品種分子設(shè)計(jì)，重要農(nóng)藝性狀基因的功能驗(yàn)證，多基因編輯及聚合，及田間綜合性狀評(píng)估；第四階段，新型水稻作物推廣應(yīng)用。

最終，該團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)材料收集，攻破技術(shù)瓶頸，成功創(chuàng)制了落粒性降低、芒長(zhǎng)變短、株高降低、粒長(zhǎng)變長(zhǎng)、莖稈變粗、抽穗時(shí)間不同程度縮短的各種基因編輯源四倍體野生稻材料，證明該團(tuán)隊(duì)提出的異源四倍體野生稻快速從頭馴化策略高度可行，對(duì)未來創(chuàng)制培育新的作物種類具有重要意義。