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上海科学家破译水稻杂交育种“黄金组合”密码

2016年09月08日 14:42:15 来源: 新民晚报

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  “杂交优势”,这个我们在课本上就都学过的生物学名词,其背后的原理机制,在科学界居然一直是个不甚明了的谜,甚至长期以来被称作植物遗传学研究的“圣杯”!上海科学家领衔的科研团队,借助遗传大数据的分析计算方法,在浩瀚的水稻基因“天书”中找到了一系列杂交育种的“黄金组合”,并破译了其分子“密码”。

  新发现显著提高育种效率

  国际顶级学术杂志《自然》(Nature),今天凌晨在线发表了中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所国家基因研究中心韩斌研究组、黄学辉研究组,联合中国水稻研究所杨仕华研究组的相关研究成果“水稻产量性状杂种优势的全基因组解析”。这些新发现好比为水稻杂交育种设计配备了“导航仪”,有助于推动杂交稻和常规稻的精准分子设计育种,更高效地选育高产、优质、抗病的水稻种质资源,从而满足全球粮食安全的需求。“我们期待能尽快与育种学家合作,显著提高育种效率。比如,原来杂交出一个优良品种需要8-10年,以后可能只需要五六年。”

  挖掘基因位点“黄金组合”

  来自两个不同的品系杂交产生的子代,在产量、长势、适应性、品质、抗性等方面优于双亲——别看父母都很一般,孩子却很优秀——这便是生物学中著名的“杂交优势”。通常选育的杂交稻品种,在产量上比亲本增加10-20%。上世纪70年代开始,我国率先开展了水稻杂种优势利用研究,培育出大量杂交水稻组合,一系列高产杂交组合得到大面积推广,大幅度提高了稻谷产量。

  水稻全基因组测序,早已完成。控制单个水稻性状的基因,也一直有科学家在不断发现。然而,更完整地破译杂交水稻的分子“密码”,却是一项前所未有的高通量基因鉴定工作。韩斌院士领衔的联合研究团队,收集了1495份杂交稻品种材料,并对其中17个代表性“家庭”,进行了基因组分析和田间产量性状考察。水稻有4.3万个基因,这些基因在品种间大多数是相同的,只有少量存在变异;正是这些少量基因的变异使得不同水稻材料千差万别。综合利用基因组学、数量遗传学及计算生物学领域的最新技术手段,研究团队系统鉴定出400多个控制水稻杂交优势的基因位点,而其中起主要决定作用的不外乎几个到十几个。不同类型的杂交稻,控制杂种优势的基因位点各不相同,诞生了不同的“黄金组合”。这样一来,在育种设计中,就可以依此对水稻花期、株型、产量各要素来一把理想搭配了。

  韩斌院士告诉记者,此次发现揭示了水稻产量性状的杂种优势的遗传机制,随着新杂交品种和方法的出现,更多基因位点的“黄金组合”还有待动态挖掘。

【纠错】 [责任编辑: 许超 ]

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