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Nat Plants:中科院遗传所李家洋研究组和农科院钱前研究组合作发表高产优质水稻品种设计育种研究进展

摘要 : 2017年3月20日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Plants》杂志在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋研究组和中国农业科学院水稻所钱前研究组共同合作的一篇研究论文,研究报道了在高产优质水稻品种设计育种研究进展。

2017年3月20日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Plants》杂志在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋研究组和中国农业科学院水稻所钱前研究组共同合作的一篇研究论文,研究报道了在高产优质水稻品种设计育种研究进展。农科院水稻所研究员曾大力和中科院遗传发育所研究员田志喜为共同第一作者,钱前和李家洋为共同通讯作者。

水稻是重要的粮食作物,是我国60%以上人口的主粮。在粮食危机和人们生活水平日益增长的双重压力下,育种学家和稻米种业长期以来致力于培育“高产优质”型超级水稻新品种,但是传统育种进展缓慢。随着水稻功能基因组的发展,“品种设计育种”应运而生,其重要内容之一是将重要农艺性状关键基因的优异等位形式高效聚合,形成超级新品种。然而,品种设计育种实施中最优化育种策略的设计面临挑战,尤其对于高产优质复杂性状综合改良,迄今还没有实现从概念到产品的报道。

水稻的产量和品质均为复杂的数量性状,迄今为止,人们已经鉴定出水稻产量相关的数量性状基因座位(QTL)或基因达数百之多。以前的研究表明,水稻蒸煮品质主要受淀粉合成相关基因组成的遗传网络的调控(PNAS,2009)。在此基础上,中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋研究组与中国农科院水稻所、深圳农业基因组所钱前研究组联合,经过精心设计,以超高产但综合品质差的品种“特青”作为受体,以蒸煮和外观品质具有良好特性的品种“日本晴”和“93-11”为供体,对涉及水稻产量、稻米外观品质、蒸煮食味品质和生态适应性的28个目标基因进行优化组合,经过8年多的努力,利用杂交、回交与分子标记定向选择等技术,成功将优质目标基因的优异等位聚合到受体材料,并充分保留了“特青”的高产特性。这些优异的“品种设计”材料,在高产的基础上,稻米外观品质、蒸煮食味品质、口感和风味等方面均有显著改良,并且以其配组的杂交稻稻米品质也显著提高。这项研究结果将极大推动作物传统育种向高效、精准、定向的分子设计育种转变。

原文链接:

Rational design of high-yield and superior-quality rice

原文摘要:

Rice (Oryza sativa L.) is a staple food for more than half of the world's population. To meet the ever-increasing demand for food, because of population growth and improved living standards, world rice production needs to double by 20301. The development of new elite rice varieties with high yield and superior quality is challenging for traditional breeding approaches, and new strategies need to be developed. Here, we report the successful development of new elite varieties by pyramiding major genes that significantly contribute to grain quality and yield from three parents over five years. The new varieties exhibit higher yield potential and better grain quality than their parental varieties and the China's leading super-hybrid rice, Liang-you-pai-jiu (LYP9 or Pei-ai 64S/93-11). Our results demonstrate that rational design is a powerful strategy for meeting the challenges of future crop breeding, particularly in pyramiding multiple complex traits.

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