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高产优质水稻品种设计育种取得新进展

  水稻是重要的粮食作物,是我国60%以上人口的主粮。在粮食危机和人们生活水平日益增长的双重压力下,育种学家和稻米种业长期以来致力于培育高产优质型超级水稻新品种,但是传统育种进展缓慢。随着水稻功能基因组的发展,品种设计育种应运而生,其重要内容之一是将重要农艺性状关键基因的优异等位形式高效聚合,形成超级新品种。然而,品种设计育种实施中最优化育种策略的设计面临挑战,尤其对于高产优质复杂性状综合改良,迄今还没有实现从概念到产品的报道。 

 

  水稻的产量和品质均为复杂的数量性状,迄今为止,人们已经鉴定出水稻产量相关的数量性状基因座位(QTL)或基因达数百之多。以前的研究表明,水稻蒸煮品质主要受淀粉合成相关基因组成的遗传网络的调控(PNAS2009)。在此基础上,中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋研究组与中国农科院水稻所、深圳农业基因组所钱前研究组联合,经过精心设计,以超高产但综合品质差的品种特青作为受体,以蒸煮和外观品质具有良好特性的品种日本晴“93-11”为供体,对涉及水稻产量、稻米外观品质、蒸煮食味品质和生态适应性的28个目标基因进行优化组合,经过8年多的努力,利用杂交、回交与分子标记定向选择等技术,成功将优质目标基因的优异等位聚合到受体材料,并充分保留了特青的高产特性。这些优异的品种设计材料,在高产的基础上,稻米外观品质、蒸煮食味品质、口感和风味等方面均有显著改良,并且以其配组的杂交稻稻米品质也显著提高。这项研究结果将极大推动作物传统育种向高效、精准、定向的分子设计育种转变。 

 

  上述研究成果于2017320日在线发表在Nature Plants杂志(DOI10.1038/nplants.2017.31),农科院水稻所曾大力研究员和中科院遗传发育所田志喜研究员为共同第一作者,钱前和李家洋研究员为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委、科技部和中国科学院先导项目的资助。 

 

图 1 高产优质水稻品种设计及品种培育

以超高产但综合品质差的品种“特青”作为受体,以蒸煮和外观品质具有良好特性的品种“日本晴”和“93-11”为供体,对涉及水稻产量、稻米外观品质、蒸煮食味品质和生态适应性的28个目标基因进行优化组合。经过8年多的努力,利用杂交、回交与分子标记定向选择等技术,成功将优质目标基因的优异等位聚合到受体材料,并充分保留了“特青”的高产特性。

a: 高产优质水稻品种的流程设计;b: 设计培育品系与亲本产量相关特性比较;c: 设计培育品系与亲本品质相关特性比较。RD1、RD2和RD3分别为3个设计型新品系。