中新社北京12月14日電 (記者 孫自法)民以食為天，食以糧為先。長期以來，糧食安全議題在全球廣受關(guān)注，助力農(nóng)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)相關(guān)技術(shù)研發(fā)進展也備受矚目。
中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所(遺傳發(fā)育所)許操研究員團隊基于植物生理學經(jīng)典理論“源庫理論”，通過持續(xù)攻關(guān)讓理論成為現(xiàn)實，最新研發(fā)出不同作物通用的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)快速育種技術(shù)體系——“環(huán)境智能型高產(chǎn)—穩(wěn)產(chǎn)作物育種新策略”，由此開啟環(huán)境智能型高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)作物育種新時代。
中國科學家在高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)作物育種核心技術(shù)上取得這項重大突破的相關(guān)成果論文，北京時間12月14日凌晨在國際著名學術(shù)期刊《細胞》上線發(fā)表。業(yè)內(nèi)專家稱，該研究開辟了環(huán)境智能精準設(shè)計育種新路徑，將為突破作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)育種瓶頸，保障糧食安全提供全新育種策略。
許操研究員展示使用環(huán)境智能育種全新技術(shù)生產(chǎn)的番茄。(資料圖，中國科學院遺傳發(fā)育所供圖)論文通訊作者許操研究員指出，此次研究發(fā)布的環(huán)境智能育種全新策略，通過建立包括環(huán)境響應順式調(diào)控元件篩選、靶向位點選擇、瞬時表達驗證、基因編輯器改造、種質(zhì)測產(chǎn)與性狀評價等一系列方法在內(nèi)的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)快速育種技術(shù)體系，首次在主要糧食和蔬菜作物中同時實現(xiàn)“順境增產(chǎn)，逆境穩(wěn)產(chǎn)”環(huán)境智能型作物種質(zhì)的快速創(chuàng)制。
“環(huán)境智能型高產(chǎn)—穩(wěn)產(chǎn)作物育種新策略”系統(tǒng)為精準敲入環(huán)境感應分子開關(guān)、培育順境高產(chǎn)逆境穩(wěn)產(chǎn)的氣候韌性作物鋪平了道路，也為植物發(fā)育環(huán)境適應機制的基礎(chǔ)研究提供了高效的基因編輯工具和可行的技術(shù)體系。
許操介紹說，“源庫理論”是植物光合作物產(chǎn)物分配和作物產(chǎn)量形成的生理學基礎(chǔ)，從1928年提出距今已有近百年歷史。基于該理論，中國科學院遺傳發(fā)育所智能設(shè)計育種科技攻關(guān)團隊聚焦細胞壁蔗糖轉(zhuǎn)化酶這類源庫關(guān)系調(diào)控的關(guān)鍵樞紐基因，突破高效基因敲入技術(shù)難題，為細胞壁蔗糖轉(zhuǎn)化酶基因植入了在植物基因中廣泛存在的熱響應元件分子開關(guān)，使作物獲得感應溫度變化自動“擴庫暢流”的能力。
研究團隊在溫室、大棚、大田等不同栽培模式條件下，對番茄多年多點單產(chǎn)測試發(fā)現(xiàn)，順境條件下，使用環(huán)境智能育種全新技術(shù)可使番茄產(chǎn)量提高14%—47%；高溫逆境下，該方法培育的番茄種質(zhì)比對照增產(chǎn)26%—33%，可挽回高溫脅迫造成的56.4%—100%的產(chǎn)量損失，而且改良后的番茄果實均一度、糖度等品質(zhì)性狀在相應條件下顯著提高。
許操研究員(右二)與科研團隊圍繞使用環(huán)境智能育種全新技術(shù)生產(chǎn)的番茄進行交流討論。(資料圖，中國科學院遺傳發(fā)育所供圖)通過關(guān)鍵技術(shù)拓展，研究團隊進一步在單子葉植物水稻中測試環(huán)境智能育種策略在高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)育種中的應用潛力。經(jīng)過多年多點水稻單產(chǎn)測試表明，順境條件下，該方法可使水稻產(chǎn)量提高7%—13%；高溫逆境下，熱響應元件分子開關(guān)精準敲入的水稻品種比對照增產(chǎn)25%，可挽回高溫脅迫造成的41%的稻米產(chǎn)量損失。
許操研究員長期從事作物發(fā)育環(huán)境適應性機理與設(shè)計育種研究。他透露，該團隊已將新成果應用于大豆、小麥、玉米等作物，有望快速培育順境高產(chǎn)、逆境穩(wěn)產(chǎn)的新種質(zhì)。(完)