語音播報
國家最高科學技術獎獲得者、小麥遠緣雜交育種奠基人李振聲在20多年前向諾貝爾獎和平獎得主諾曼·博洛格(Norman Borlaug)發(fā)問:“您怎么會發(fā)起‘綠色革命’?”
“綠色革命”指促進糧食增產的技術改革活動。20世紀中期,以博洛格為首的小麥育種專家培育出30多個矮稈或半矮稈的、具有高產、抗病等突出優(yōu)點的小麥品種。墨西哥推廣矮稈小麥以后,一舉從糧食進口國變?yōu)槌隹趪?/p>
“植株矮、穗數多、產量高,新品種受到農民的歡迎?!辈┞甯癞敃r告訴李振聲,他看到前來參觀的農民迫不及待地掐穗子裝在衣兜里,心里暗暗高興。
中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所研究員李家洋及其合作者正在品嘗這種喜悅。1月8日,他們的項目“水稻高產優(yōu)質性狀形成的分子機理及品種設計”獲2017年度國家自然科學獎一等獎。作為項目推薦人的李振聲告訴記者:“這個項目會引發(fā)一場新的‘綠色革命’?!?/p>
通俗來說,李家洋團隊主要是為解決稻米的兩個“好”——既“好看”又“好吃”。前者是指培育出分蘗數適宜、莖稈強壯、穗大粒多的高產理想株型品種,后者是指具有優(yōu)良的食用品質。
研究團隊用了十余年發(fā)掘出決定水稻是否“好看”的關鍵基因。“水稻有著數萬個基因,我們從中找到了控制理想株型的主效基因IPA1?!表椖恐饕瓿扇?、中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態(tài)研究所所長韓斌說,IPA1在田間表現(xiàn)平平無奇,“但把IPA1優(yōu)異等位基因導入水稻主栽品種中,可以重塑理想株型性狀,使產量顯著提高”。
他們不僅給水稻“整形”,向國內水稻育種單位發(fā)放2000余份次理想株型種質,還育成“嘉優(yōu)中科”系列水稻新品種,連續(xù)兩年萬畝示范平均產量比當地主栽品種增產20%以上,且適合機械化或直播等栽培方式。
科學上衡量水稻是否“好吃”則是依據膠稠度、直鏈淀粉含量和糊化溫度。李家洋團隊基于這三個蒸煮品質的理化指標,根據18個與淀粉合成相關基因的遺傳變異,開發(fā)出51組分子標記,為分子標記輔助選育并改良稻米品質提供了工具。
項目主要完成人、中國農業(yè)科學院中國水稻研究所水稻生物學國家重點實驗室主任錢前說,他們把粳稻中淀粉合成相關基因的優(yōu)良等位變異導入高產秈稻品種,為解決水稻產量與品質相互制約的難題提供切實可行的策略。
需指出的是,上述做法不同于轉基因技術。李家洋解釋,“分子設計育種”不存在基因編輯,也沒有引入外來基因,而是從水稻天然基因里進行篩選。
事實上,研究團隊的第三項突出貢獻正是高效挖掘與利用水稻優(yōu)異種質資源。一方面,他們首創(chuàng)了全新的基因分型算法,構建出高密度的水稻單倍體型圖譜?!昂Y選出千余份遺傳多樣性豐富的代表性水稻種質資源和地方品種材料,繪制出‘解剖圖’,供育種學家不斷組合出新品種?!表n斌說。
另一方面,他們闡明水稻的起源及馴化過程,構建出水稻全基因組遺傳變異的精細圖譜。李家洋興奮地告訴記者,“家譜”顯示粳稻類型的栽培稻首先在中國南方珠江流域被馴化出來,人們在此基礎上再馴化出秈稻品種。
據統(tǒng)計,這個項目的研究成果已在國際權威學術刊物上發(fā)表論文120多篇,被《科學引文索引》(SCI)引用8000余次。評論稱,它為水稻及其他作物分子設計育種提供了重要指導與示范作用。
科學家們并不滿足于此,一組組數據壓在他們的心頭。中國以水稻為主糧,但糧食自給率下降到85%,2010年以后更是由大米凈出口國轉為大米凈進口國,國家糧食安全面臨的挑戰(zhàn)日益嚴峻。
李家洋說,2017年金秋時節(jié),名為“嘉優(yōu)中科1號”的超級水稻在江蘇沭陽迎來豐收,測產結果為平均畝產達到900公斤以上,頗受當地種糧大戶的青睞,“只有農民愿意種,這樣的新品種才有意義”。
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