水稻分子模塊設計研究成果與展望

水稻分子模塊設計育種取得豐碩成果

“全基因組導航”分子模塊設計育種技術得到實驗驗證

“全基因組導航”分子模塊設計育種技術，通過對基因組進行掃描檢測，高效預測現有推廣品種中所遺缺或者需要改良的基因型組合，根據已有分子模塊及其互作關系，設計品種改良的最佳路徑，并借著基因組信息快速、準確地預測雜交群體中哪一個體是聚合眾多優良基因型的個體，為育種家培育理想品種提供最佳育種策略和方案。利用此技術，明確了我國東北稻區、長江中下游稻區、黃淮稻區主栽品種所遺缺的分子模塊或需要改良的基因組合；然后針對不同品種遺缺的分子模塊和需要改良的基因組合，通過導入?1?個、2?個或?2?個以上分子模塊；結合全基因組選擇，已培育了?30?多個設計型水稻新品種，其中?4?個已通過國家審定。這些研究驗證了分子模塊設計育種技術可行性。這些分子模塊品種的育成和推廣，切實解決了我國主產稻區現存水稻品種的缺陷，為相關稻區水稻生產發揮重要的推動作用；同時建立和完善了以水稻為主的分子模塊設計育種創新體系，最終將帶動其他主要農作物品種的升級換代，引領我國農業領域新興種業的發展。

水稻分子模塊品種顯示巨大的生產潛力

東北稻區是我國優質米生產基地和商品糧基地，商品糧貢獻率高達?70%。近年來水稻主栽品種種性退化、稻瘟病頻發等因素嚴重影響稻米的生產。運用分子模塊設計育種理論和技術，筆者團隊培育出多模塊耦合新品種“中科?804”和“中科?902”。其中，“中科?804”以“吉粳?88”為底盤品種，耦合了粒型模塊?GS3、稻瘟病抗性模塊?Pi5?等，2017?年通過國家品種審定，適合東北地區第一積溫帶稻區種植?！爸锌?902”以“空育?131”為底盤品種，將抗稻瘟病模塊?Pizt、Pi35、Pb1、Pi21?以及香味模塊?Badh2?耦合育成，2017?年通過黑龍江省品種審定，有望成為黑龍江第三積溫帶主栽品種，解決該稻區?3?500?萬畝水稻生產的瓶頸問題。

長江中下游稻區是我國南方水稻的主要產區，近年來主栽品種退化嚴重。通過耦合?ipa1-2D，以及稻瘟病抗性模塊?PiZ、Pi5?等，育成高產、抗稻瘟病的“嘉優中科”1?號、2?號、3?號雜交粳稻新組合，順利通過省級品種審定。其中，“嘉優中科?1?號”具有高產、多抗、早熟、矮稈、大穗等特點，2017?年在江蘇沭陽進行了?1.4?萬畝示范，實測平均畝產?850?公斤，比當地主栽品種畝產增加?200?公斤以上?！凹蝺炛锌?2?號”具有秈稻株型和粳稻品質，具有高產、多抗、早熟、優質等特點?！凹蝺炛锌?3?號”2016?年在江蘇沭陽完成?1.1?萬畝示范，畝產達?917.7?公斤?！凹蝺炛锌啤毕盗心K新品種的育成和推廣，實現了水稻優質、高產、多抗的完美結合，為李家洋院士團隊獲得 2017 年國家自然科學獎一等獎作出貢獻，系列成果被《人民日報》《光明日報》、新華社、中央電視臺等 10 多家新聞媒體報道。

針對雜交稻米品質亟待提高的重大需求，將多個高產、優質、抗病、高效等模塊進行全基因組聚合，育成亞種間雜交稻新組合“中禾優?1?號”。該品種適應性強，從黃淮稻區到長江中下游稻區均能種植，兼具秈稻的外觀和粳稻的口感，實現了高產和優質的完美結合，切實解決雜交稻米質差的問題；實測畝產?937.6?公斤，比對照“徐稻?3?號”增產?20.8%，品質達國標?2?級，并于?2018?年獲得國家品種審定。同時，針對黃淮稻區直播稻品種的缺乏，以“武運粳?8?號”為底盤品種，通過導入早熟、抗稻瘟病、抗條紋葉枯病等模塊，育成了優質高產粳稻品種“中科鹽?1?號”，并于2018?年獲得國家品種審定。