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快速从头驯化四倍体野生稻 科学家在水稻“祖先”身上找回稀缺基因资源

2021-02-23 23:42 标签:

新华社北京2月4日电(董瑞丰、董星辰)快速从头驯化异源四倍体野生稻,发挥多倍体的优势,找回目前栽培稻已经丢失的部分“好”基因,最终有望培育出产量高、环境适应能力强的新型水稻作物——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与合作者的这项突破性进展,4日在国际知名学术期刊《细胞》发表。

四倍体比二倍体多2个染色体组。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,但具有非驯化特征,无法进行农业生产。目前的栽培稻,则是从二倍体野生稻经过数千年人工驯化而来,驯化过程中,改良了重要农艺性状,同时也造成遗传多样性的大量丢失。

能否将二者的优势结合起来?从综合表现更好的四倍体野生稻出发,利用现代基因组编辑技术,可以将几千至上万年的水稻驯化史在短时间内“重演”,并避免部分基因丢失。李家洋院士带领的研究团队攻破技术瓶颈,首次设计并完成了异源四倍体野生稻快速从头驯化的框架图,并将其分为4个阶段:

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;第三阶段,品种分子设计与快速驯化;第四阶段,新型水稻作物推广应用。

研究团队突破了基因组解析、高效遗传转化、高效基因组编辑等技术瓶颈,在异源四倍体高秆野生稻基因组中注释了系列驯化基因和重要农艺性状基因,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多种基因组编辑异源四倍体野生稻材料。

据了解,该研究结果不仅证明了通过快速从头驯化将异源四倍体野生稻培育成为未来新主粮作物的可行性,也为通过从头驯化其他野生和半野生植物而创制新型作物提供了重要参考,为粮食增产、保障主粮安全提出一种新的可行策略。