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係統性收集保存、研究評價和創新利用水稻遺傳資源 記國家科技進步獎一等獎獲獎項目“水稻遺傳資源的創製保護和研究利用”

來源:科技報 陳怡 作者: 發布時間:2021-11-03 14:24:05 瀏覽次數: 【字體:

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上海市農業生物基因中心首席科學家羅利軍


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  水稻是我國最重要的糧食作物之一,發展水稻生產對於保障我國糧食安全具有重大的意義。種質資源是國家戰略資源,優良品種則是實現水稻高產穩產的基礎。由上海市農業生物基因中心羅利軍研究員主持,聯合中國水稻研究所、中國農業科學院作物亚博aqq所、黑龍江省農業科學院綏化分院、吉林省農業科學院、雲南省農業科學院糧食作物研究所、安徽省農業科學院水稻研究所、浙江勿忘農種業股份有限公司、上海天穀生物科技股份有限公司和雲南金瑞種業有限公司等單位共同完成的“水稻遺傳資源的創製保護和研究利用”項目曆時21年,針對我國水稻種源發展和基礎研究對遺傳資源的重大需求,結合水稻育種和生產中的重大問題進行聯合攻關,係統地進行了水稻遺傳資源的收集保存、研究評價和創新利用,在種質資源保護和利用平台的構建、重要種質的創製與共享利用、重要性狀的基因發掘與遺傳剖析以及適應不同生態條件的水稻新品種的培育方麵取得重要進展。該項目近期獲得國家科學技術進步獎一等獎。

  上世紀50年代的矮杆水稻和上世紀70年代的雜交水稻品種的選育和推廣,使我國水稻產量實現了二次重大的突破。但此後直到上世紀中後期,我國水稻育種一直沒有取得大的進展,水稻種質資源利用效率低,品種遺傳基礎狹窄;品種存在高產與優質、高產與抗病、高產優質與抗逆性等優良性狀難以兼顧的矛盾;而且水稻生產耗水量大,化肥農藥施用量增加。針對這些問題,羅利軍項目團隊組織成立了中國栽培稻分子育種協作組,在國家“863”、“948”等重大、重點項目的資助下,構建了水稻育種與基礎研究的遺傳資源平台,基本解決了我國水稻育種和基礎理論研究中的遺傳資源缺乏問題;建立了基於擴大遺傳基礎的種質創新和品種選育技術,解決了我國秈型雜交稻米質欠佳、優質與高產、高產與抗病、高產優質與抗逆的矛盾等問題,促進了水稻綠色生產的發展;創建了基於群體測、回交與多親本導入係的有利基因挖掘技術,定位了與水稻重要性狀相關的主效QTL1926個,克隆GNP1、 OsAHL1等重要基因並揭示了其功能。

構建水稻種質資源保護與利用平台,解決育種和研究中遺傳資源缺乏問題

  項目組建立了包括種質資源實物庫和數據管理係統、庫位管理係統和用戶管理係統(簡稱“一庫三係統”)在內的水稻種質資源保護和利用體係,實現了種質資源從收集鑒定、種子處理、入庫貯存、安全監測到分發利用的全程信息化可追溯高效管理和安全保存,共安全保存了93科360種23萬餘份動植物、微生物種質資源,收集水稻遺傳資源20餘萬份,建成了全球最大的水稻功能基因資源庫,使我國水稻遺傳資源保存量增加130%以上。

  項目組還係統地開展了種質資源的鑒定評價與創新,鑒定或創製出藤係138、Pusa167、93072、Lemont、IRAT109、南洋占、SG-1、中413、H94等重要資源;構建了源於26個國家的水稻分子育種骨幹親本群體;創製了我國主要稻作區主栽品種遺傳背景的多親本導入係4萬餘份和用於高產優質多抗基因挖掘的遺傳作圖群體60個。優異資源廣泛應用於我國水稻品種選育和基礎理論研究之中,資源共享利用8萬餘份次,克隆一批重要基因,育成327個新品種。

建立基於擴大遺傳基礎的種質創新和品種選育技術,解決水稻育種中優良性狀難以兼顧的難題

  項目組建立了基於利用核心親本、擴大遺傳多樣性、高強度定向與多性狀交叉選擇相結合,同步改良多個複雜性狀的育種新技術,針對不同生態地區的實際需求,育成71個水稻新品種在生產上大麵積推廣。其中,綏粳18號為我國水稻年種植麵積最大的品種,年推廣麵積超過1000萬畝。

  通過聚合旱稻品種的抗旱性與水稻品種的高產優質特性,項目組先後育成了常規節水抗旱稻WDR48、滬旱61、首個BT型節水抗旱不育係滬旱2A及其雜交組合旱優8號。節水抗旱稻根係長,幹旱時氣孔會自動敏感閉合,從而可防止水分流失,既能像水稻一樣在水田節水栽培,又可以像小麥一樣在旱地種植,在水田栽培畝產可達750—800公斤,在旱地種植畝產可達450—500公斤。在不降低產量和米質的前提下,其生產過程可少灌水53.3%,少施化肥47.7%,而且大幅度地減少農業麵源汙染。其中,總氮和總磷的排放分別減少了69.0%和36.6%,農藥減少了80%以上,大幅度減少了碳排放,實現了“資源節約、環境友好、農田增值、農民增收”的綠色農業生產目標。

創建了有利基因挖掘技術, 定位和克隆一批重要性狀基因,豐富了水稻遺傳育種的理論和方法

  項目組一共定位控製水稻產量、抗旱、耐鹽、抗病等重要目標性狀的主效QTL1926個, 克隆GNP1、OsAHL1等與水稻產量和抗旱性相關的重要基因,並揭示其功能。共發表重要論文269篇,其中SCI論文85篇,共被引用5041次。

  此外,項目組還揭示了水稻品種對白葉枯病垂直抗性主效基因與病原菌的互作及抗性降低的遺傳基礎,首次報道了以白葉枯抗病基因Xa4 為節點的水稻白葉枯病抗性遺傳網絡;構建了Lemont/特青重組自交係雙向回交群體及以著名廣親和係中413等與Lemont/特青RIL群體測交的大規模測交群體,定位了影響產量、相關性狀及其雜種優勢的主效QTL和雙基因互作位點,提出超顯性上位效應是水稻雜種衰退和雜種優勢的主要遺傳基礎。

社會和經濟效益顯著

  該項目在全國範圍內分發利用優異資源,育成的新品種在國內累計推廣11.9 億畝,取得經濟效益達1680.6億元;在國外累計推廣4423.4萬畝。項目共獲得包括發明專利、植物新品種權、軟件著作權等自主知識產權75項,培養研究生196名。

  作為公益性研究項目,該項目還產生了顯著的社會效益:一是顯著豐富了我國水稻遺傳資源,建立了資源安全保護和利用體係,使我國稻種資源的保有量居世界首位,這些遺傳資源作為我國科技創新的物質基礎,將進一步在水稻育種與基礎研究中發揮重大的作用;二是豐富了水稻遺傳育種學的理論,促進了作物科學技術的進步;三是為提高和穩定我國水稻產量、提升稻米品質做出了重要貢獻,帶動了農民收和生活水平的提升,有助於鄉村振興和精準脫貧;此外,節水抗旱稻的栽培過程節約用水,減少溫室氣體排放,為我國農業綠色發展作出了重要貢獻,有助於“資源節約、環境友好”型農業產業體係的建設,促進了行業結構調整與行業技術進步;項目針對亞非國家生態條件選育的32個新品種在生產上的推廣,在“一帶一路”等國家產生了重要的國際影響。

  “保護和研究利用種質資源可以成為上海建設科創中心的最好抓手之一。”羅利軍表示。


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