優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的水稻、耐鹽堿的小麥、高蛋白的大豆，糧食作物品種不僅高產(chǎn)，還擁有很多優(yōu)良特性。無(wú)肌間刺的異育銀鯽，吃魚(yú)時(shí)再也不用擔(dān)心被小刺卡??；在黃河三角洲鹽堿地試種的番茄品種，別有一番風(fēng)味……這些品種或品系，都來(lái)源于2019年11月中國(guó)科學(xué)院?jiǎn)?dòng)的A類先導(dǎo)專項(xiàng)“種子精準(zhǔn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)造”（以下簡(jiǎn)稱“種子專項(xiàng)”）。針對(duì)我國(guó)新時(shí)期糧食安全、生態(tài)安全及農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重大戰(zhàn)略需求，院內(nèi)22家單位聯(lián)合院外8家單位開(kāi)展協(xié)同攻關(guān)。
“六年來(lái)，種子專項(xiàng)在新理論、新技術(shù)、新產(chǎn)品三個(gè)維度取得了多項(xiàng)突破——挖掘了一批高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、氮高效利用、抗逆抗病等關(guān)鍵基因與調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了基因組精準(zhǔn)編輯、四倍體野生稻快速?gòu)念^馴化等核心技術(shù)創(chuàng)新，創(chuàng)制了37個(gè)先導(dǎo)型新品種，切實(shí)發(fā)揮了戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)在種子創(chuàng)新方面的引領(lǐng)作用。”中國(guó)科學(xué)院院士、種子專項(xiàng)首席科學(xué)家李家洋介紹。
“搶占種業(yè)科技制高點(diǎn)，不僅在于擁有一批具有競(jìng)爭(zhēng)力的當(dāng)家品種，更在于是否能構(gòu)建起自主的、引領(lǐng)性的種業(yè)科學(xué)體系與創(chuàng)新生態(tài)，為世界糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)‘中國(guó)方案’?！敝袊?guó)科學(xué)院可持續(xù)發(fā)展科技研究局局長(zhǎng)薛強(qiáng)闡述種子專項(xiàng)的戰(zhàn)略意義。
以“精準(zhǔn)設(shè)計(jì)”找尋“破局之道”
李家洋介紹，種子專項(xiàng)分為四個(gè)項(xiàng)目，“種子精準(zhǔn)設(shè)計(jì)的分子基礎(chǔ)”挖掘出一批關(guān)鍵基因，揭示復(fù)雜性狀形成的調(diào)控機(jī)制，建立精準(zhǔn)設(shè)計(jì)的“核心元件庫(kù)”；“種子精準(zhǔn)設(shè)計(jì)的變革技術(shù)”在關(guān)鍵核心技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突破；“設(shè)計(jì)型新品種創(chuàng)造”著重研發(fā)“一增兩減”（增加產(chǎn)量、提高品質(zhì)，減少化肥農(nóng)藥使用，減少自然災(zāi)害損失）品種；“精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種研究平臺(tái)”為上述工作提供支撐。
依靠有限的自然資源，怎樣生產(chǎn)更多的糧食？產(chǎn)量提升過(guò)度依賴化肥投入，困局怎樣破解？怎樣通過(guò)選育新品種，找到克服白粉病、赤霉病等病害的策略？
中國(guó)科學(xué)院院士、植物研究所研究員種康介紹兩項(xiàng)突破——讓水稻“減肥”不減產(chǎn)，給小麥裝上“免疫盾牌”。
長(zhǎng)期以來(lái)，育種的首要目標(biāo)是高產(chǎn)，這導(dǎo)致一些重要基因資源的丟失，以致主栽水稻品種的肥料利用效率普遍較低。
從52個(gè)國(guó)家（地區(qū)）的110份早期水稻農(nóng)家種中，中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所（以下簡(jiǎn)稱“遺傳所”）研究員儲(chǔ)成才團(tuán)隊(duì)鑒定到一個(gè)關(guān)鍵基因OsTCP19，通過(guò)調(diào)節(jié)水稻分蘗提高氮肥的利用效率。研究組將這一“丟失”的基因重新引入現(xiàn)代水稻品種，在氮肥減少20%至30%的情況下，攜帶該基因的水稻分蘗數(shù)更多，產(chǎn)量保持穩(wěn)定。
白粉病是一種由真菌引起的病害。近年來(lái)，在小麥和大麥中發(fā)現(xiàn)一類新型抗病蛋白串聯(lián)激酶，可使小麥表現(xiàn)出對(duì)多種真菌病害的抗性。遺傳所研究員劉志勇團(tuán)隊(duì)從小麥地方品種“葫蘆頭”中克隆到編碼串聯(lián)激酶的廣譜抗白粉病基因Pm24。研究人員將Pm24基因分子模塊導(dǎo)入到多個(gè)高產(chǎn)小麥底盤品種，創(chuàng)制的新種質(zhì)已發(fā)放給國(guó)內(nèi)多家單位進(jìn)行抗病育種。
當(dāng)前，抗赤霉病的小麥資源有限。遺傳所研究員韓方普?qǐng)F(tuán)隊(duì)將目光鎖定發(fā)現(xiàn)的新型赤霉病抗病模塊（主效基因非當(dāng)前已知的抗赤霉病基因）?！鞍研←湹摹h(yuǎn)親’二倍體長(zhǎng)穗偃麥草中具有優(yōu)異赤霉病抗性的染色體片段導(dǎo)入主栽小麥品種，我們培育出兼具赤霉病抗性和優(yōu)良農(nóng)藝性狀的小麥新品系‘中科’系列。‘中科166’的推廣面積已近150萬(wàn)畝?！狈N康院士介紹。
“工欲善其事，必先利其器”
如果說(shuō)基因是生命的代碼，那么中國(guó)科學(xué)家不僅需要拿到打開(kāi)代碼的“鑰匙”，還要成為優(yōu)秀的“程序員”。
病原菌侵染植物需要利用植物自身的“感病基因”。感病基因突變通常能夠賦予植物廣譜持久的抗病性，因其往往具有重要的生理功能，突變大多給植物生長(zhǎng)發(fā)育帶來(lái)多種負(fù)面效應(yīng)。
早在2014年，中國(guó)科學(xué)院的研究人員就定向突變小麥的感病基因MLO，獲得對(duì)白粉病具有廣譜持久抗性的材料，卻也出現(xiàn)早衰、植株變矮、產(chǎn)量下降等現(xiàn)象。
怎樣實(shí)現(xiàn)“魚(yú)與熊掌兼得”？研究發(fā)現(xiàn)，將小麥感病基因MLO位點(diǎn)附近的一個(gè)304Kb片段刪除，就可以使小麥表現(xiàn)出對(duì)致病菌的抗性，同時(shí)植株的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量正常。然而，小麥?zhǔn)橇扼w作物，對(duì)六個(gè)等位基因同時(shí)實(shí)現(xiàn)基因突變絕非易事。
遺傳所研究員高彩霞團(tuán)隊(duì)和微生物研究所邱金龍團(tuán)隊(duì)合作，自主研發(fā)的多重基因組編輯技術(shù)發(fā)揮了關(guān)鍵作用。采用這項(xiàng)技術(shù)，對(duì)MLO的六個(gè)等位基因進(jìn)行精準(zhǔn)操控，僅2個(gè)多月就成功在多個(gè)小麥主栽品種中獲得具有廣譜白粉病抗性的小麥新種質(zhì)。2024年，該小麥新種質(zhì)拿到我國(guó)首個(gè)口糧作物基因編輯生產(chǎn)應(yīng)用安全證書(shū)。
人類將野生植物馴化為作物經(jīng)歷了上萬(wàn)年。李家洋院士團(tuán)隊(duì)首次提出并實(shí)踐的“異源四倍體野生稻快速?gòu)念^馴化”新策略，可將馴化時(shí)間縮短至數(shù)年，開(kāi)辟了全新的育種路徑。
在自然界中，仍存在大量?jī)?yōu)異野生植物未被人類使用。以水稻為例，目前廣泛種植的是二倍體栽培稻，稻屬還有25種野生植物，起源于南美洲的異源四倍體野生稻具有生物量大、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也具有非馴化特征，無(wú)法進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
種質(zhì)資源篩選、野生稻高效遺傳轉(zhuǎn)化、基因組組裝注釋……研究團(tuán)隊(duì)攻克了重重難關(guān)，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，首次證明了從頭馴化策略培育新型作物的可行性，為糧食安全提供戰(zhàn)略性技術(shù)儲(chǔ)備。
延展創(chuàng)新的廣度與深度
“目標(biāo)清、可考核、用得上、有影響、推得開(kāi)、留得下”，這是種子專項(xiàng)的十八字要求，強(qiáng)調(diào)把理論探索、關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用融合為一體，培育出真正面向產(chǎn)業(yè)需求的突破性新品種。
種質(zhì)資源遺傳變異不清、整合數(shù)據(jù)平臺(tái)缺位，限制了大豆精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種的發(fā)展。遺傳所田志喜研究員團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用數(shù)學(xué)圖論方法，創(chuàng)新基因組分析方法，構(gòu)建首個(gè)植物（大豆）圖形結(jié)構(gòu)泛基因組圖譜。開(kāi)發(fā)了多維組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)SoyOmics。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)精準(zhǔn)聚合優(yōu)良性狀，成功培育出“科豆”“東生”系列等10個(gè)高產(chǎn)高營(yíng)養(yǎng)大豆新品種。
在水產(chǎn)設(shè)計(jì)育種領(lǐng)域，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所桂建芳院士團(tuán)隊(duì)首次提出“雙三倍體”概念，創(chuàng)建了基于生殖方式轉(zhuǎn)換導(dǎo)致基因組重構(gòu)產(chǎn)生優(yōu)勢(shì)克隆系的設(shè)計(jì)育種技術(shù)體系。同時(shí)研究團(tuán)隊(duì)還將“非減數(shù)融合”生殖與基因編輯相結(jié)合，創(chuàng)建育性可控設(shè)計(jì)育種技術(shù)體系，創(chuàng)制出既“無(wú)肌間刺”又不育的可用于養(yǎng)殖的異育銀鯽。
東北稻區(qū)，李家洋院士團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“中科發(fā)5號(hào)”在鹽堿地畝產(chǎn)突破600公斤。南方雙季稻區(qū)，“中科發(fā)早粳1號(hào)”實(shí)現(xiàn)我國(guó)雙季早粳稻品種零的突破，通過(guò)提高早稻米的品質(zhì)和商業(yè)價(jià)值，帶動(dòng)農(nóng)民增收。
未來(lái)育種競(jìng)逐的賽道在哪里？種子專項(xiàng)“品種重新設(shè)計(jì)與快速馴化”課題負(fù)責(zé)人、遺傳所研究員許操總結(jié)出三個(gè)“賽跑”：與氣候變化和農(nóng)業(yè)災(zāi)害賽跑；與資源消耗速度和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本提升賽跑；與人工智能等新技術(shù)帶來(lái)的生產(chǎn)方式變革賽跑。
種子專項(xiàng)設(shè)置了智能育種方向——智能品種，能主動(dòng)響應(yīng)環(huán)境變化優(yōu)化分配資源；智能培育，采用人工智能、大數(shù)據(jù)等與先進(jìn)生物技術(shù)深度融合的方式快速培育品種。
李家洋表示，育種研究要從“五個(gè)新”發(fā)力，即新現(xiàn)象、新機(jī)制、新載體、新技術(shù)、新方法體系。特別是“新載體”，一些生命現(xiàn)象只存在于獨(dú)特的物種中，這些獨(dú)特物種應(yīng)當(dāng)作為關(guān)鍵研究載體得到高度重視，這是中國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究走出自主發(fā)展道路的重要切入點(diǎn)。此外，復(fù)雜性狀模塊耦合機(jī)制——即高產(chǎn)、高效、抗病、優(yōu)質(zhì)等優(yōu)良性狀如何融合，物種擁有廣泛環(huán)境適應(yīng)性的內(nèi)在機(jī)制原理，以及遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)對(duì)受體基因型依賴的問(wèn)題等，其深層機(jī)制尚不明晰，均是未來(lái)育種研究的重要方向。
來(lái)源：農(nóng)民日?qǐng)?bào)（https://szb.farmer.com.cn/nmrb/html/2026/20260126/20260126_6/nmrb_20260126_13216_6_2015537209306877964.html）
