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    遺傳發(fā)育所提出異源四倍體野生稻快速從頭馴化策略

    放大字體  縮小字體 時間:2021-02-05 09:21 來源:中國科學(xué)院 原文:
    核心提示:中國科學(xué)院院士、中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員李家洋團(tuán)隊首次提出了異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略,旨在最終培育出新型多倍體水稻作物,從而大幅提升糧食產(chǎn)量并增加作物環(huán)境變化適應(yīng)性。該研究為應(yīng)對未來糧食危機(jī)提出了一種新的可行策略,開辟了新的作物育種方向,是該領(lǐng)域的重大進(jìn)展。在未來,成功培育四倍體水稻新作物有望對世界糧食生產(chǎn)帶來重大影響。
      中國科學(xué)院院士、中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員李家洋團(tuán)隊首次提出了異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略,旨在最終培育出新型多倍體水稻作物,從而大幅提升糧食產(chǎn)量并增加作物環(huán)境變化適應(yīng)性。該研究為應(yīng)對未來糧食危機(jī)提出了一種新的可行策略,開辟了新的作物育種方向,是該領(lǐng)域的重大進(jìn)展。在未來,成功培育四倍體水稻新作物有望對世界糧食生產(chǎn)帶來重大影響。

      隨著世界人口的快速增長,到2050年前,糧食產(chǎn)量需再增加50%才能夠完全滿足需求,如何進(jìn)一步提高作物單產(chǎn)是亟待解決的問題;近年來,世界氣候變化加劇、全球氣候變暖、極端天氣頻發(fā)給糧食安全帶來了挑戰(zhàn)。水稻是世界上最主要的糧食作物之一,為眾多人口提供主糧。雖然我國在水稻育種中已取得了輝煌的成就,但仍迫切需要新策略以應(yīng)對未來的糧食挑戰(zhàn)。

      當(dāng)前的栽培稻從祖先二倍體野生稻經(jīng)過長時間的人工馴化而來,馴化過程在改良重要農(nóng)藝性狀的同時造成了遺傳多樣性的丟失。除二倍體栽培稻之外,稻屬還有25種其他野生植物,按照基因組特征又可分成11類,包括6類二倍體基因組和5類四倍體基因組。其中,異源四倍體野生稻具有生物量大、自帶雜種、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)勢,但也具有非馴化特征,無法進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

      為解決創(chuàng)制多倍體水稻新作物的難題,李家洋團(tuán)隊首次提出異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略,并分為“四個階段”:第一階段是收集并篩選綜合性狀最佳的異源四倍體野生稻底盤種質(zhì)資源;第二階段是建立野生稻快速從頭馴化技術(shù)體系,其中包括三個核心點,即高質(zhì)量參考基因組的繪制和基因功能注釋、高效遺傳轉(zhuǎn)化體系、高效基因組編輯技術(shù)體系;第三階段是品種分子設(shè)計與快速馴化,包括重要農(nóng)藝性狀基因注釋及基于基因組信息的品種分子設(shè)計、重要農(nóng)藝性狀基因的功能驗證、多基因編輯及聚合、田間綜合性狀評估;第四階段是新型水稻作物推廣應(yīng)用。

      以上述策略為藍(lán)圖,研究團(tuán)隊與合作者通過對生物量大、脅迫抗性強(qiáng)的CCDD型異源四倍體野生稻資源進(jìn)行篩選,選出一份高稈野生稻資源,作為后續(xù)研究的基礎(chǔ),并將其命名為PolyPloid Rice 1 (PPR1)。研究人員解決了多倍體水稻組培再生與遺傳轉(zhuǎn)化體系、高效精準(zhǔn)的基因組編輯技術(shù)體系、高質(zhì)量四倍體野生稻參考基因組等技術(shù)難題。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步注釋了馴化基因及農(nóng)藝性狀基因,系統(tǒng)分析其同源性,并進(jìn)一步對PPR1中控制落粒性、芒長、株高、粒長、莖稈粗度及生育期的同源基因進(jìn)行了基因組編輯,創(chuàng)制出落粒性降低、芒長變短、株高降低、粒長變長、莖稈變粗、抽穗時間不同程度縮短的各種基因編輯材料。研究結(jié)果證明了該團(tuán)隊提出的異源四倍體野生稻快速從頭馴化策略具有可行性,對未來創(chuàng)制培育新的作物種類從而保障糧食安全具有重要意義。

      2月4日,相關(guān)研究成果以A route to de novo domestication of wild allotetraploid rice(DOI:10.1016/j.cell.2021.01.013)為題,發(fā)表在《細(xì)胞》上。李家洋研究組副研究員余泓、博士后林濤、高級工程師孟祥兵、博士研究生張靜昆,遺傳發(fā)育所研究員梁承志課題組博士杜會龍為論文的共同第一作者,余泓、梁承志、遺傳發(fā)育所研究員高彩霞、李家洋為論文的共同通訊作者。遺傳發(fā)育所研究員程祝寬、陳明生、田志喜、王永紅、儲成才、左建儒,華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授劉向東,廣東省農(nóng)科院水稻研究所研究員范芝蘭,廣西農(nóng)科院水稻研究所研究員梁云濤,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員萬建民,中國水稻研究所研究員錢前,中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心(植物生理生態(tài)研究所)研究員韓斌,阿卜杜拉國王科技大學(xué)博士Andrea Zuccolo和教授Rod A. Wing參與了該研究。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、國家重點研發(fā)計劃及轉(zhuǎn)基因?qū)m椀闹С帧?/span>

      異源四倍體野生稻的快速從頭馴化
    日期:2021-02-05
     
     地區(qū): 中國
     行業(yè): 糧油
     標(biāo)簽: 中國 生物 水稻 糧食
     科普: 中國 生物 水稻 糧食
     
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