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野生稻从头驯化获突破

水稻是世界上最主要的粮食作物之一,为全世界一半以上的人口提供主粮。人类用数千年的时间,才将野生稻驯化成今天的样子。为了确保粮食安全,科学家们将目光盯上了野生水稻,但驯化新种也要经过千年吗?

科学家的答案是:不需要!

中国科学院种子创新研究院/遗传与发育生物学研究所李家洋团队2月4日在国际学术期刊《细胞》发表了一项新成果:首次提出了异源四倍体野生稻快速从头驯化的新策略,未来或将培育出新型多倍体水稻作物,大幅提升粮食产量并增加作物环境变化适应性。

李家洋院士解释,科学家们已经发现,当前栽培稻的祖先都是二倍体野生稻,但稻属还有其他25种野生植物,按照基因组特征又可以分成11类,包括6类二倍体基因组和5类四倍体基因组。其中异源四倍体野生稻具有生物量大、自带杂种优势、环境适应能力强等优势。但它们同时也具有非驯化特征,无法进行农业生产。

研究团队在多年研究的基础上提出了“四个阶段”的快速、从头驯化的新策略:第一阶段,收集并筛选综合性状最佳的异源四倍体野生稻底盘种质资源;第二阶段,建立野生稻快速从头驯化技术体系,其中包括三个核心点,即高质量参考基因组的绘制和基因功能注释,高效遗传转化体系和高效基因组编辑技术体系;第三阶段,品种分子设计与快速驯化,包括重要农艺性状基因注释及基于基因组信息的品种分子设计,重要农艺性状基因的功能验证,多基因编辑及聚合及田间综合性状评估;第四阶段,新型水稻作物推广应用。

目前,这一策略正在变成现实——团队实现了材料收集,攻破了技术瓶颈,成功创制了落粒性降低、芒长变短、株高降低、粒长变长、茎秆变粗、抽穗时间不同程度缩短的各种基因编辑源四倍体野生稻材料。

这项研究的意义不仅在于水稻。李家洋说:“这不仅证明我们提出的异源四倍体野生稻快速从头驯化策略高度可行,对未来创制培育新的作物种类具有重要意义。”有评论认为,这一策略为未来粮食危机应对提出了一种新的可行策略,开辟了全新的作物育种方向,是该领域的一项重大突破性进展,若未来四倍体水稻新作物的成功培育有望对世界粮食生产带来颠覆性的革命。(记者齐芳)

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