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有中国特色的水稻设计育种体系 V2.0版本

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-09-17  来源:中国种业  作者:方玉 张琴 等  浏览次数:1001
 

 

      早在人类还处于简单的种植和采收活动阶段,就已经有育种工作的萌芽。

      选育更适应农业生产需要的新yabo300,是促进农业发展的原动力之一,也是人类文明进步的重要标志。尽管杂交、诱变、分子标记辅助选择、单(多)倍体等手段一次又一次地加速了育种工作的效率。但是随着极端气候频发、耕作制度和消费方式的不断变化等因素的日益复杂,还有人类从未彻底征服的饥荒,农业生产对新yabo300的性状要求和选育这些yabo300的效率也提出了更高的需求,要解决这些问题只能依靠设计育种。

      设计育种

      顾名思义就是强调了育种工作的可设计性、精确性和高效性。很长时间以来,育种家在育种过程中,也进行了精心地设计。如:利用有互补优势的材料对目标性状的定向改良,甚至在水稻中能将高配合力的两系恢复系改造成三系不育系等。

      然而在传统育种过程中,要高效地选育综合性状优异的yabo300,需要育种家有极为丰富的田间经验积累,且田间杂交和筛选工作量巨大,成功的概率极低。这也导致,我国育种家队伍规模世界第一,但种业发展仍落后于跨国公司

      万建民院士曾于2006年提出了作物分子设计育种的概念:是在庞大的生物信息和育种家的需求之间搭起一座桥梁,在育种家的田间试验之前,对育种程序中的各种因素进行模拟筛选和优化,提出最佳的亲本选配和后代选择策略。

      但是

      双亲基因组互作产生的杂种优势遗传机理一直不完全清楚,以及田间经验丰富的传统育种家对设计育种接受需要过程等因素制约了设计育种的发展。

      随着全基因组关联研究、基因编辑等技术的进一步发展,特别是韩斌院士等于2016年综合利用基因组学、数量遗传学及计算生物学领域的最新技术手段阐明了水稻杂种优势的遗传机制后,以基因组指导下的设计育种得到了育种家们更广泛的认可,也使得设计育种,特别是水稻的设计育种从理论研究真正地走向了生产实际。李家洋院士等于2018年提出分子设计育种是在解析作物重要农艺性状形成的分子机理的基础上,通过yabo300设计对多基因复杂性状进行定向改良,以达到综合性状优异的目标。

      所以,设计育种不仅是一种新的育种方法,而是在基础理论突破后,整合育种创新链上各要素而形成的高效精准育种体系,并能通过该体系选育出符合产业化目标需求的新yabo300。当然,这仍需要进一步加强基础研究与应用研究的结合,更需要以市场需求为导向的科企多单位的紧密协同。

      为什么

      要建设有中国特色水稻设计育种体系

      种业是现代农业的“芯片”,种业的竞争核心是科技的竞争,更是科技如何引领支撑产业发展的竞争。在当前世界种业热门的转基因技术(含基因编辑技术)等方面核心底盘技术都非我国原创,且科技与经济“两张皮”的现象仍较为严重。因此,要实现我国种业的跨越式发展,必须要基于有自主知识产权的核心基础研究成果搭建起一套引领支撑种业发展的商业化设计育种体系。

      中国杂交水稻技术世界领先,也是最耀眼的中国名片之一。我国科学家在水稻基础研究和产业化研究方面均取得了举世瞩目的成就。

      2017年2月国际著名期刊 Nature Plants 发表的 A Chinese renaissance专评文章认为,中国已经引领水稻乃至作物生物学、遗传学和基因组学研究。韩斌院士等研究成果“揭示水稻产量性状杂种优势的分子遗传机制”获得2016年中国科学十大进展,李家洋院士等研究成果“水稻高产优质性状形成的分子机理及yabo300设计”荣获2017年度国家自然科学一等奖,韩斌院士等于2019年开发了一种新的数量性状定位方法为杂种优势育种和yabo300改良提供了新的策略等等,这些基础研究成果为我国建设水稻设计育种体系奠定了坚实的基础。

      在产业化研究方面,自20世纪70年代开始,我国育种学家率先开展了水稻杂种优势利用研究,陆续通过三系法、两系法等途径培育出大量杂交水稻yabo300。近年来,随着我国水稻种业企业科研能力得到快速地提升,隆平高科、荃银高科等公司在水稻种质资源创新、新yabo300选育和推广方面取得了较为显著的成绩,进一步强化了企业作为我国种业科技创新主体的地位。

      回顾我国杂交水稻的发展历程,发挥制度优势,开展“大联合、大攻关”是成功的关键因素。新时代条件下,因企业的参与赋予了“大联合、大攻关”更深层次的的丰富内涵。在政府推动下的科企深度融合为建设有中国特色水稻设计育种体系提供了路径,并能让这一成果直接地服务产业发展。最终通过在水稻育种领域的成功,引领其他作物,甚至畜禽的设计育种工作。

      如何建设

      有中国特色水稻设计育种体系

      以我国世界领先的水稻基因组学研究成果为核心,以商业化应用为目标,形成从基础研究到应用研究打通创新链,从东北到华南再到海外覆盖整个水稻生态区,从稻米品质到绿色发展协同多性状研究的创新大布局。

      在农业农村部的支持下,国家水稻商业化分子育种技术创新联盟(以下简称“6+1联盟”)2016年8月成立。6+1联盟以“立足分子技术、着眼设计育种、创新合作机制、实现共赢发展”为宗旨,聚合了中国科学院韩斌院士、中国科学院李家洋院士、中国工程院胡培松院士,以及傅向东研究员、储成才研究员、吴跃进研究员、李泽福研究员、李仕贵教授、王丰研究员等研究团队和荃银高科水稻商业化育种团队。以水稻杂种优势的全基因组解析这一科学问题为核心,以“好种、好吃”的商业化应用为导向,发挥各团队的优势,初步搭建起有中国特色的水稻设计育种体系V1.0版本。

      随后,6+1联盟内的科研单位、科研人员自然人和企业共同投资设立了6+1联盟“实体化”运作平台:上海中科荃银分子育种技术有限公司(以下简称“中科荃银”)。通过“利益共享、风险同担”把各方紧密地绑定在一起,持续深入地开展合作。当然,在实体化过程中,也面临着诸多问题,例如科技人员不能、也不敢到企业持股和兼职等。6+1联盟聘请专业法律顾问,与各团队及所在单位进行多次沟通,并根据不同单位的实际情况进行协调,通过多层次、多形式的制度设计,最终实现了中科荃银的顺利落地,这也是中国特色的水稻设计育种体系V2.0版本的形成。

      目前,6+1联盟已经形成了一系列的研究成果。

      《一种利用水稻基因组学技术快速精准选育三系水稻恢复系的方法》《一种利用水稻基因组学技术快速精准选育三系水稻不育系的方法》《一种快速精准选育优质抗病水稻yabo300的方法》等方法已经申请发明专利并指导实际育种工作。

      联盟围绕荃9311A、沪科1A等核心育种材料,通过全基因组解析,根据公司的需求提出材料改良和配组方案;各科学家团队结合自身优势,利用已知的功能基因,在不同生态区域开展相关材料改良和配组工作,高效地选育出系列强优势的或者适合不同产业发展需求的新yabo300等等。

      这些深受种业企业和老百姓欢迎的新yabo300和新技术,不仅服务了产业的发展,也让更多的科学家、企业家和农民认识到建设中国特色水稻设计育种体系的可行性,坚定了大家的决心。2020年1月,6+1联盟被农业农村部认定为“首批国家农业科技创新联盟”,同时也是首批认定的“标杆联盟”。

      未来,6+1联盟将全力支持中科荃银的建设发展工作。进一步优化联盟内的机制创新工作,以该平台实现联盟内的创新资源畅享,承载联盟最新研究成果并进行转化,促进联盟技术联合攻关的再升级。以持续的技术联合攻关和机制创新,努力将其打造成为国际一流的农作物分子育种技术公司,做全球杂交水稻技术的创新者和引领者,最终实现中国特色的水稻设计育种体系V3.0、V4.0版本!

      万建民院士在提出作物分子设计育种的概念时指出:我们应该把握机遇,充分利用植物基因组学和生物信息学等前沿学科的重大成就,及时开展yabo300分子设计的基础理论研究和技术平台建设。设计育种是一个综合性的新兴研究领域,对中国种业发展来说这是一次难得的机遇,更是一个巨大的挑战。建设有中国特色的水稻设计育种体系,不仅有世界领先的研究基础,也有越来越开明开放的政策保障;能实现中国水稻种业的世界影响力得到进一步提升,更能带动民族种业迎来跨越式的发展。与此同时,我们也要深刻地认识到建设有中国特色的水稻设计育种体系,不仅面临着复杂的科研风险,也有待完善制度形成的种种制约;需要政产学研深度融合,更要在全社会形成一个尊重知识、尊重人才的良好氛围。

      2020年两会期间,习近平总书记再次强调了,“中国人的饭碗任何时候都要牢牢地端在自己的手上,饭碗里主要装中国粮”。新时代建设有中国特色的水稻设计育种体系,还需要科学家们继承20世纪杂交水稻“大联合、大攻关”时的光荣传统,以时不我待之紧迫,以舍我其谁之担当,勇于创新,持续创新,在振兴民族种业道路上书写科学报国最美的篇章!

      ● 本文选自《有中国特色的水稻设计育种体系建设探究》

      ● 作者:方玉, 张琴, 李潜龙, 杨慧珍, 张从合

      ● 单位:上海中科荃银分子育种技术有限公司,安徽荃银高科种业股份有限公司/农业农村部杂交稻新yabo300创制重点实验室

      ● 刊于《中国种业》2020年第9期5-8页 转载请注明

 
 
 
 
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