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让百姓“有得吃”“吃得饱”“吃得好”

生物技术 时间:2020-01-02 09:37:37 作者:莫敖坤
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  2月10日,由国家科学技术部基础研究管理中心等部门组织的“2014年度中国科学十大进展”揭晓,南京农业大学万建民教授课题组研究成果“阐明独脚金内酯调控水稻分蘖和株型的信号途径”入选,并位列“中国科学十大进展”首位。

  二十年磨一剑。万建民教授团队深入发掘出水稻广亲和、早熟和显性矮秆基因,开发相应分子标记和育种技术,成功培育籼粳交高产水稻新品种,解决了中国百姓不断提高的食品需求: “有得吃”“吃得饱”“吃得好”。

  研究聚焦粮食安全,推动了中国乃至全球农业和生命科学领域相关研究的最新进展。奖项、名誉的光环之外有着怎样的科研坚守?在可以预见的下一个十年,团队的科研将往何处去,这期间会涌现多少科研新星绽放光彩?带着这些疑问,记者采访了万建民教授团队。

  破解“籼粳交”杂种优势有效利用难题 

  由于气候条件的差异,我国的水稻产区呈现“北粳南籼”的分布态势,即北方稻区以种植粳米为主,南方稻区则多种植籼米。研究表明,相比“粳粳型”或“籼籼型”亚种内杂种,水稻籼粳亚种间杂种具有强大的杂种优势,一亩地增产达15%—30%。但籼粳杂种存在育性差、结实率低、植株偏高、易倒伏等问题,限制了籼粳杂种优势的有效利用。

  万建民教授团队此次获奖的项目就是围绕这一问题展开,经过20多年的科研攻关,将上述难题一一攻克。一是发掘出17个不育位点及广亲和基因,并发明相应分子标记,聚合广亲和基因,创制广亲和恢复系和粳型亲籼不育系,组配的籼粳交组合结实率稳定在85%以上,有效解决了籼粳杂种半不育难题。二是发掘早熟基因,提出基于感光基因型和光钝感基因的分子设计方法,设计最佳育种方案,获得理想熟期的籼粳交新组合,解决了籼粳杂种超亲晚熟问题。三是发掘显性矮秆及株型关键基因,克隆半显性矮秆基因,阐明其控制株型的作用机理;克隆控制株型关键基因,明确其作用机理;开发相应分子标记,为培育籼粳交理想株型奠定基础。

  简而言之,就是围绕水稻的育性、熟期和株型,通过对携带优质基因分子的挖掘、标记,再重新聚合的方式,培育出高产优质的籼粳新品种。项目组赵志刚教授告诉记者,与传统的育种手段相比,分子标记聚合技术的优势主要体现在两个方面:一是可以将水稻培育周期缩短1—2年,加快了培育速度;二是提高了聚合优良水稻性状的准确性,是一条有效克服“籼粳交”杂种优势有效利用难题的技术途径。

  通过构建分子标记聚合育种技术体系,万建民教授团队综合籼粳水稻品种的优势,从籼粳杂交后代中选育出粳稻品种3个,其中“宁粳3号”和“宁粳4号”分别被农业部评为超级稻新品种和超级稻主导品种。就目前品种通过情况来说,推广面积超过100万亩的水稻就是“大品种”,据不完全统计,“宁粳3号、宁粳4号”在全国的推广面积已累计超过2000万亩。

  团队还通过聚合广亲和基因和早熟基因,培育广适强优恢复系W107,组配的协优107和Ⅱ优107分别通过国家和安徽省审定,2006年协优107在云南省永胜县1.13亩上创亩产1287公斤的世界最高记录。

  从“有得吃”到“吃得饱”,再到“吃得好” 

  水稻的抗性、产量以及品质,是万建民团队的科研关键词,这也对应着中国百姓不断提高的食品需求:首先得“有得吃”,其次要“吃得饱”,温饱之后,是如何“吃得好”。

  位于长江中下游的江苏,是富足的鱼米之乡,“有得吃”似乎不应该成为问题,但由于缺乏广谱抗性品种以及气候等多种因素,导致病虫害发生频繁。例如2004年,由水稻害虫灰飞虱介导的条纹叶枯病在江苏大面积暴发,发病面积达2300多万亩,绝收面积7.8万亩,对水稻生产造成严重损失。万建民教授团队与江苏省农业科学院等水稻育种单位协作攻关,建立了规模化水稻条纹叶枯病抗性鉴定技术体系,进行抗条纹叶枯病水稻种质与基因/QTL挖掘,创建了抗条纹叶枯病分子标记育种技术体系;选育系列抗条纹叶枯病高产优质水稻新品种,实现了南方粳稻区的快速应用,有效解决了我国南方粳稻区受条纹叶枯病危害的难题。“抗条纹叶枯病高产优质粳稻新品种选育及应用”成果因而获得2010年国家科技进步一等奖。

  围绕水稻抗性基因研究,团队的科研攻关步伐并未停止,2014年成功克隆出第一个水稻抗条纹叶枯病基因STV11,并阐述了该基因的功能,成果在2014年9月10日国际权威刊物《自然通讯》上在线出版。在水稻抗褐飞虱研究上取得重要进展,克隆了水稻抗褐飞虱基因Bph3,并阐明了该基因的功能,2014年12月8日,国际权威刊物《自然生物技术》在线出版。刘裕强副教授告诉记者,“过去依靠分子标记的选育抗病虫品种,相当于只知道抗病虫基因在哪座城市,而现在知道了抗病虫基因门牌号码,将可以实现抗病虫品种的精确选择,育种效率更高,更可靠,进度更快。”

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