中科院李家洋院士团队创制天下首例重新设计与快速驯化的四倍体水稻质料——
开拓水稻育种新途径(科技视点·种业科技自主自强②)
本报记者 喻思南 《 人民日报 》( 2022年04月18日 第 19 版)
“今年5月，我们的水稻质料就要在北京实验田里试种了，未来有望推广到更多地方。”提及手头的事情，余泓眼睛里都是喜悦。
余泓是中科院遗传与发育生物学研究所李家洋院士团队的一员。他说的水稻质料，是该团队快速重新驯化的全新水稻品种。去年头，这一功效揭晓在科学期刊《细胞》上，被业界以为有望开拓一条野生植物驯化新路。
实现水稻育种从“0”到“1”的主要突破
农作物的莳植与人工驯化是农业文明起源的主要标志。水稻是全球一半左右人口的主粮，往前溯源，它们的祖先都是7000到1万年前的二倍体(含有两个染色体组)野生稻，经由了漫长驯化，成为当前莳植的水稻。
已往，科学家在二倍体莳植稻的基础上，培育出了一系列优异的水稻品种。然而，除了二倍体莳植稻，稻属尚有其他20多种野生植物，根据基因组特征又可以分成11类，包罗6类二倍体基因组和5类四倍体基因组。其中，CCDD基因组异源四倍体野生稻，是将两套基因组水稻的完整二倍体染色体举行了融合，有自然的杂种优势，还具有环境顺应能力强等优势。
若何在异源四倍体野生稻基础上重新驯化一种全新的水稻？李家洋率领团队，瞄准这一新领域，希望培育生产量高、环境顺应好的新水稻。
虽然异源四倍体野生稻种质资源优势显著，驯化潜力和开发空间大，但它存在一些不足，如种粒小、易脱落、花期短等，这些缺陷使其无法顺应农业生产。
受株型、花期、育性等影响，野生稻通过实验室驯化、改良也面临重重难题。经由多年攻关，李家洋团队提出了异源四倍体野生稻快速重新驯化计谋，率领团队创制了天下首例重新设计与快速驯化的四倍体水稻质料。这被称为水稻育种从“0”到“1”的主要突破。
详细来说，驯化计谋分为四个阶段。在第一阶段，该团队与偕行相助，网络了28份异源四倍体野生稻资源。通过深入研究，筛选出一份高秆野生稻资源，并将其命名为多倍体水稻1号。在第二阶段，团队确立了野生稻快速重新驯化手艺系统。在第三阶段，举行品种分子设计与快速驯化；第四阶段则是推广应用。
经由对多倍体水稻1号中同源基因举行编辑，团队乐成创制了落粒性降低、芒长变短、株高降低、粒型变长、茎秆变粗、抽穗时间缩短的种种基因编辑质料。这项事情证实，重新驯化四倍体野生稻在计谋上是可行的。
李家洋先容，团队设计用5至10年完成树模质料。之后，再用5年左右培育可用于农业生产的高产优质高抗高效新水稻作物。“应用这一新方式，水稻重新驯化可能缩短到几十年甚至几年。”李家洋示意。
为野生植物重新驯化提供领会决方案
从银行年报看稳健的货币政策效能：金融活水精准滴灌实体经济
大型商业银行发布的一系列数据，反映出货币政策靠前发力、金融“滋养”实体经济的成效，传递出稳增长、稳预期的积极信号。多家大型商业银行的有关负责人表示，今年将继续保持新增贷款适度增长，为稳定宏观经济大盘营造适宜的金融环境。
经由漫长的驯化，野生植物中一些相符人类需求的性状被保留下来，作物的产量更高了，适用莳植局限更广了，但这一历程也造成了遗传多样性的大量削减和一些主要基因资源的丢失。
“营养不够多施肥，生病了靠打药，久而久之，农作物许多基因就丢失了，对环境的顺应能力随之下降。”李家洋告诉记者，现在农作物品种更新很快，一些种质资源缺失后就再也找不回来了。
与传统农业中多样化品种小规模莳植差异，现代农业追求高产，品种的单一化、同质化莳植，在削弱了农业生态系统多样性的同时，还易引发土壤、水污染等问题。
多倍体化是植物最主要的进化事宜之一。业内专家示意，二倍体向多倍体演化历程引入了新的遗传信息，这一驯化计谋有利于珍爱生物多样性。由于在作物育种上的孝顺，“异源四倍体野生稻快速重新驯化获得新突破”入选2021年度中国十大科技希望新闻。
这项研究的价值不仅在于水稻领域，还对其他植物的快速驯化提供了手艺蹊径参考。李家洋说，实践证实异源四倍体野生稻快速重新驯化计谋可行，其主要意义在于，它也为遗传靠山庞大的野生植物重新驯化提供了类型息争决方案。
我国人多地少，用饭问题始终是头等大事。业内专家示意，突破现有作物改良局限和手艺瓶颈，缔造相符我国国情、农情的全新作物，引领种子精准设计，对保障我国粮食平安具有主要的意义。
据先容，无论小麦、燕麦等粮食作物，照样烟草、棉花等经济作物，许多主要作物都是异源多倍体，它们大多数是自然的异源多倍体物种。但人工诱导异源多倍体作物挑战重重，由于时间长、花费大量的人力物力，许多有价值的种质资源没有获得充实行使。李家洋团队提出的计谋，极大压缩了作物驯化时间，为农业产值高、遗传靠山庞大、驯化潜力大的野生植物的快速驯化提供了思绪。
未来，科学家们还将做进一步的研究，依赖植物基础科学研究的重大理论创新和手艺突破，重新驯化更多新作物。
突破源于科研职员的耐久坚持与深挚积累
2015年，李家洋团队周全启动四倍体野生稻研究事情，但相关准备事情很早就最先酝酿。李家洋团队一直在探索使用新的遗传学育种方式，水稻只是诸多作物中的一种。
“我们研究的推进，得益于现代生物手艺的成熟。”李家洋注释说，基因组测序组装、基因组编辑、合成生物学等手艺的生长，让之前做不了或者做起来效率很低的事情酿成可能。
11年前，余泓加入李家洋团队。除了介入每阶段详细科研义务，他还肩负团队协调、相同事情，见证了研究事情从“0”到“1”的每一步。
“基础科研从来不会保证产出，每一个阶段都可能遇到瓶颈，让整个研究走不下去。”余泓示意，“团队自始至终都是在压力下前行。”
在整个驯化计谋阶段，李家洋团队遇到了许多棘手难题。好比，在网络到的四倍体野生稻资源中，到底哪个最有可能成为底盘种质资源？能不能获得再生能力好的苗？为此，科研职员做了大量的筛选事情。又如，现有莳植稻遗传转化方式对野生稻无法适用，科研职员为此确立了野生稻高效遗传转化系统；在基因组的绘制和基因功效注释上，团队也做了很仔细的处置……攻克这些难题，耗时短的也要一年左右。
项目推进的6年多时间，团队没有就相关研究功效揭晓过一篇文章。“我们的一些阶段希望，着实足够发文章。中央没有揭晓论文是为了完整验证重新驯化四倍体野生稻的可行性，得出一个真正有价值的结论。事实证实，我们获得了理想的效果。”余泓说。
余泓告诉记者，凭证研究阶段的需求，团队会吸纳差异专长的科学家介入进来，这项功效是在科研职员的慎密相助、学科交织融合基础上取得的。
“我们的执着获得了回报。”余泓说，参照成熟的路径去研究，历程相对容易，产出也有保障，但很难有原创性。面向未知的探索，才气带来较高的回报。“团队做出这项突破，源于科研职员的耐久坚持与深挚的积累。一些手艺得以突破，背后是十几年的钻研。”
按设计，今年9月，在北京试种的野生稻就要收获。“我们团队都在期待一个好效果。”余泓说。
【编辑:陈文韬】