水稻分子模塊設(shè)計育種取得豐碩成果

“全基因組導(dǎo)航”分子模塊設(shè)計育種技術(shù)得到實驗驗證

“全基因組導(dǎo)航”分子模塊設(shè)計育種技術(shù)，通過對基因組進行掃描檢測，高效預(yù)測現(xiàn)有推廣品種中所遺缺或者需要改良的基因型組合，根據(jù)已有分子模塊及其互作關(guān)系，設(shè)計品種改良的最佳路徑，并借著基因組信息快速、準(zhǔn)確地預(yù)測雜交群體中哪一個體是聚合眾多優(yōu)良基因型的個體，為育種家培育理想品種提供最佳育種策略和方案。利用此技術(shù)，明確了我國東北稻區(qū)、長江中下游稻區(qū)、黃淮稻區(qū)主栽品種所遺缺的分子模塊或需要改良的基因組合；然后針對不同品種遺缺的分子模塊和需要改良的基因組合，通過導(dǎo)入?1?個、2?個或?2?個以上分子模塊；結(jié)合全基因組選擇，已培育了?30?多個設(shè)計型水稻新品種，其中?4?個已通過國家審定。這些研究驗證了分子模塊設(shè)計育種技術(shù)可行性。這些分子模塊品種的育成和推廣，切實解決了我國主產(chǎn)稻區(qū)現(xiàn)存水稻品種的缺陷，為相關(guān)稻區(qū)水稻生產(chǎn)發(fā)揮重要的推動作用；同時建立和完善了以水稻為主的分子模塊設(shè)計育種創(chuàng)新體系，最終將帶動其他主要農(nóng)作物品種的升級換代，引領(lǐng)我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域新興種業(yè)的發(fā)展。

水稻分子模塊品種顯示巨大的生產(chǎn)潛力

東北稻區(qū)是我國優(yōu)質(zhì)米生產(chǎn)基地和商品糧基地，商品糧貢獻率高達?70%。近年來水稻主栽品種種性退化、稻瘟病頻發(fā)等因素嚴(yán)重影響稻米的生產(chǎn)。運用分子模塊設(shè)計育種理論和技術(shù)，筆者團隊培育出多模塊耦合新品種“中科?804”和“中科?902”。其中，“中科?804”以“吉粳?88”為底盤品種，耦合了粒型模塊?GS3、稻瘟病抗性模塊?Pi5?等，2017?年通過國家品種審定，適合東北地區(qū)第一積溫帶稻區(qū)種植。“中科?902”以“空育?131”為底盤品種，將抗稻瘟病模塊?Pizt、Pi35、Pb1、Pi21?以及香味模塊?Badh2?耦合育成，2017?年通過黑龍江省品種審定，有望成為黑龍江第三積溫帶主栽品種，解決該稻區(qū)?3?500?萬畝水稻生產(chǎn)的瓶頸問題。

長江中下游稻區(qū)是我國南方水稻的主要產(chǎn)區(qū)，近年來主栽品種退化嚴(yán)重。通過耦合?ipa1-2D，以及稻瘟病抗性模塊?PiZ、Pi5?等，育成高產(chǎn)、抗稻瘟病的“嘉優(yōu)中科”1?號、2?號、3?號雜交粳稻新組合，順利通過省級品種審定。其中，“嘉優(yōu)中科?1?號”具有高產(chǎn)、多抗、早熟、矮稈、大穗等特點，2017?年在江蘇沭陽進行了?1.4?萬畝示范，實測平均畝產(chǎn)?850?公斤，比當(dāng)?shù)刂髟云贩N畝產(chǎn)增加?200?公斤以上。“嘉優(yōu)中科?2?號”具有秈稻株型和粳稻品質(zhì)，具有高產(chǎn)、多抗、早熟、優(yōu)質(zhì)等特點。“嘉優(yōu)中科?3?號”2016?年在江蘇沭陽完成?1.1?萬畝示范，畝產(chǎn)達?917.7?公斤。“嘉優(yōu)中科”系列模塊新品種的育成和推廣，實現(xiàn)了水稻優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、多抗的完美結(jié)合，為李家洋院士團隊獲得 2017 年國家自然科學(xué)獎一等獎作出貢獻，系列成果被《人民日報》《光明日報》、新華社、中央電視臺等 10 多家新聞媒體報道。

針對雜交稻米品質(zhì)亟待提高的重大需求，將多個高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病、高效等模塊進行全基因組聚合，育成亞種間雜交稻新組合“中禾優(yōu)?1?號”。該品種適應(yīng)性強，從黃淮稻區(qū)到長江中下游稻區(qū)均能種植，兼具秈稻的外觀和粳稻的口感，實現(xiàn)了高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的完美結(jié)合，切實解決雜交稻米質(zhì)差的問題；實測畝產(chǎn)?937.6?公斤，比對照“徐稻?3?號”增產(chǎn)?20.8%，品質(zhì)達國標(biāo)?2?級，并于?2018?年獲得國家品種審定。同時，針對黃淮稻區(qū)直播稻品種的缺乏，以“武運粳?8?號”為底盤品種，通過導(dǎo)入早熟、抗稻瘟病、抗條紋葉枯病等模塊，育成了優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)粳稻品種“中科鹽?1?號”，并于2018?年獲得國家品種審定。