異源四倍體野生稻快速?gòu)念^馴化新策略

近日，中國(guó)科學(xué)院種子創(chuàng)新研究院、中國(guó)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?gòu)念^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)量并提高作物環(huán)境變化適應(yīng)性。本項(xiàng)研究為應(yīng)對(duì)未來(lái)糧食危機(jī)提出了一種新的可行性策略，開(kāi)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(lái)四倍體水稻新作物的成功培育有望給世界糧食生產(chǎn)帶來(lái)顛覆性的革命。這一研究成果于2021年2月4日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》發(fā)表。

當(dāng)前的栽培稻是從祖先二倍體野生稻經(jīng)過(guò)數(shù)千年的人工馴化而來(lái)，馴化過(guò)程在改良重要農(nóng)藝性狀的同時(shí)，也造成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、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(wú)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?gòu)念^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?gòu)念^馴化技術(shù)體系，其中包括3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)材料收集全面，攻破技術(shù)瓶頸，成功創(chuàng)制落粒性降低、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?gòu)念^馴化策略高度可行，對(duì)未來(lái)創(chuàng)制培育新的作物種類具有重要意義。