“分子精准设计”等育种技术助力水稻新品种诞生

出品：科普中国

作者：生命脉动

监制：中国科普博览

水稻是世界最重要的粮食作物之一,也是我国60％以上人口的主粮。东北地区是我国最主要的粮仓。该地区粮食高产和稳产与否，直接影响到国家的粮食安全。近年来，除了广受欢迎的“稻花香”品种，在新的育种技术的支持下，“中科804”“中科发”等新品种也已经在田野中蓬勃生长。

为何要培育新品种？

“稻花香”是东北地区最主要的优质米品种，并且形成了巨大的产业链，为当地的企业和农民带来了巨大的经济效益。那么，有了“稻花香”，为什么还要研制“中科804”“中科发”这些新品种呢？

由于东北地区商品粮率高，稻米外观品质、适口性和营养品质等非常重要，同时该地区稻瘟病危害严重，不仅威胁到水稻的高产和稳产，而且也造成巨大的损失和严重的环境污染。

图片来源：中国科协

“稻花香”在生产中也遇到了如稻瘟病抗性差、抗倒伏能力弱、稻谷出米率低、品种退化等问题。

针对这些问题，解决东北地区水稻高产和优质之间的突出矛盾，选育出品质优良、高产、抗逆性强的水稻新品种是当前生产上需要解决的当务之急。

一粒好种子如何诞生？

“一粒种子可以改变世界”，然而如何才能实现“多快好省”地培育出一粒好种子呢？科学家们一直在思索：能不能找到水稻基因和性状的对应关系，按照需求的不同，设计出不同的水稻新品种?

中国科学院院士、中国小麦远缘杂交育种奠基人李振声在世界上首创了一套全新的育种方法——小麦缺体回交法，在三年四代的过程中即可完成，大大地缩短了杂交育种时间。李振声的这一成果，得到了世界各国遗传学家的高度重视。

李振声与小麦

图片来源：中国科协

此后，中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋团队经过十多年的努力，给出了答案——“分子设计育种”。不是用转基因技术，而是发挥自然界的本身存在的基因优势。

李家洋院士在察看野生稻

图片来源：人民日报

简而言之，科学家们首先了解水稻不同基因对应的不同性状，以及不同基因耦合可能产生的性状。然后将这些基因根据需要进行相对精确的重新组合，得到我们需要的品种——这就像搭积木，我们有针对性地选择需要的积木，更快更好地搭建出需要的建筑。

运用新技术，我们培育出了哪些新品种？

中科804和中科发系列水稻新品种是成功利用“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”理论基础与品种设计理念所育成的标志性品种，实现了高产优质多抗水稻的高效培育。

“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”研究成果于2017年获国家自然科学奖一等奖，“中科804”作为从科学理论到生产实践的典型范例，将给予品种设计育种研究领域新的启迪，极大推动了作物传统育种向高效、精准、定向的分子设计育种转变。

2018年“中科发5号”和“中科发6号”也通过国家审定。“中科804”作为从科学理论到生产实践的典型范例，将给予品种设计育种研究领域新的启迪，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。

“中科发”系列水稻新品种选育示范地

图片来源：央广网

育种技术为粮食产量提高和品质改良做出了巨大贡献，其创新得益于遗传学、分子生物学和基因组学的发展。

面对日益增长的粮食需求，迫切需要更加高效和精准的育种技术，中国科学院示范了高产优质为基础的设计育种，攻克了水稻高产优质协同改良的科学难题，研究成果引领了水稻遗传学的发展，实现了“绿色革命”新突破。

目前取得的这些成果实现了“用得上，有影响”的要求，下一步，还可以将水稻研究中获得的知识运用到其他的主要农作物上，用更少的土地生产出更多更好的粮食，通过育种创新，保障国家粮食安全！