一粒好種子如何誕生？“分子精準設計”給出了答案

本文轉自：人民網-科普中國

水稻是世界最重要的糧食作物之一，也是我國60％以上人口的主糧。東北地區是我國最主要的糧倉，該地區糧食高產和穩產與否，直接影響到國家的糧食安全。近年來，除了廣受歡迎的“稻花香”品種，在新的育種技術的支援下，“中科804”“中科發”等新品種也已經在田野中蓬勃生長。

為何要培育新品種？

“稻花香”是東北地區最主要的優質米品種，並且形成了巨大的產業鏈，為當地的企業和農民帶來了巨大的經濟效益。那麼，有了“稻花香”，為什麼還要研製“中科804”“中科發”這些新品種呢？

由於東北地區商品糧率高，稻米外觀品質、適口性和營養品質等非常重要，同時該地區稻瘟病危害嚴重，不僅威脅到水稻的高產和穩產，而且也造成巨大的損失和嚴重的環境汙染。

“稻花香”在生產中也遇到了如稻瘟病抗性差、抗倒伏能力弱、稻穀出米率低、品種退化等問題。

針對這些問題，解決東北地區水稻高產和優質之間的突出矛盾，選育出品質優良、高產、抗逆性強的水稻新品種是當前生產上需要解決的當務之急。

一粒好種子如何誕生？

“一粒種子可以改變世界”，然而如何才能實現“多快好省”地培育出一粒好種子呢？科學家們一直在思索能不能找到水稻基因和性狀的對應關係，按照需求的不同，設計出不同的水稻新品種？

中國科學院院士、中國小麥遠緣雜交育種奠基人李振聲在世界上首創了一套全新的育種方法——小麥缺體回交法，在三年四代的過程中即可完成，大大地縮短了雜交育種時間。李振聲的這一成果，得到了世界各國遺傳學家的高度重視。

此後，中國科學院遺傳與發育生物學研究所李家洋團隊經過十多年的努力，給出了答案——分子設計育種。不是用轉基因技術，而是發揮自然界的本身存在的基因優勢。

簡而言之，科學家們首先了解水稻不同基因對應的不同性狀，以及不同基因耦合可能產生的性狀。然後將這些基因根據需要進行相對精確的重新組合，得到我們需要的品種。這就像搭積木，我們有針對性地選擇需要的積木，更快更好地搭建出需要的建築。

運用新技術，我們培育出了哪些新品種？

中科804和中科發系列水稻新品種是成功利用水稻高產優質性狀形成的分子機理及品種設計理論基礎與品種設計理念所育成的標誌性品種，實現了高產優質多抗水稻的高效培育。

水稻高產優質性狀形成的分子機理及品種設計研究成果於2017年獲國家自然科學獎一等獎，“中科804”作為從科學理論到生產實踐的典型範例，將給予品種設計育種研究領域新的啟迪，極大推動了作物傳統育種向高效、精準、定向的分子設計育種轉變。

2018年“中科發5號”和“中科發6號”也透過國家審定。“中科804”作為從科學理論到生產實踐的典型範例，將給予品種設計育種研究領域新的啟迪，極大推動作物傳統育種向高效、精準、定向的分子設計育種轉變。

育種技術為糧食產量提高和品質改良做出了巨大貢獻，其創新得益於遺傳學、分子生物學和基因組學的發展。

面對日益增長的糧食需求，迫切需要更加高效和精準的育種技術，中國科學院示範了高產優質為基礎的設計育種，攻克了水稻高產優質協同改良的科學難題，研究成果引領了水稻遺傳學的發展，實現了“綠色革命”新突破。

目前取得的這些成果實現了“用得上，有影響”的要求，下一步，還可以將水稻研究中獲得的知識運用到其他的主要農作物上，用更少的土地生產出更多更好的糧食，透過育種創新，保障國家糧食安全！

監製：中國科普博覽