澎湃新聞從中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所獲悉,6月17日,國際頂尖期刊《自然(Nature)》刊登了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所(嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心)聯(lián)合英國約翰·英納斯中心(John Innes Centre)等國內(nèi)外多家優(yōu)勢(shì)單位完成的最新研究成果。該研究構(gòu)建了目前最全面的小麥群體基因組變異圖譜、表型組變異圖譜,并進(jìn)一步結(jié)合豐富的群體遺傳資源開展了系統(tǒng)的小麥性狀和基因發(fā)掘研究。
該研究發(fā)現(xiàn)了小麥氮高效利用新基因、高產(chǎn)抗倒伏新基因、籽粒鈣含量高優(yōu)質(zhì)基因、抗稻瘟病和葉斑病的新基因等,這些新的基因和變異位點(diǎn)為培育小麥優(yōu)良新品種打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該研究打通了小麥從基因組解碼到育種設(shè)計(jì)的全鏈條貫穿體系,為全球小麥基礎(chǔ)科研和育種產(chǎn)業(yè)應(yīng)用奠定了重要的里程碑。
2022年4月10日,鄭州,黃河灘區(qū)的小麥育種基地,麥田里的麥苗。視覺中國 資料圖
小麥?zhǔn)亲钪饕娜蛐约Z食作物之一,是人類獲取能量和營養(yǎng)的重要來源。面對(duì)當(dāng)前全球人口不斷增長和環(huán)境氣候復(fù)雜多變、小麥新品種培育的遺傳增益效應(yīng)逐漸減緩等一系列挑戰(zhàn),科學(xué)家亟需找到一條高效、精準(zhǔn)的小麥育種之路,以培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的小麥新品種,保障糧食安全和發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)。追溯作物進(jìn)化和馴化過程中已形成的遺傳和表型多樣性,解碼和發(fā)現(xiàn)小麥優(yōu)異性狀和變異,連接目標(biāo)遺傳位點(diǎn)和育種田間真實(shí)表現(xiàn),構(gòu)建小麥全基因組設(shè)計(jì)育種所必需的源頭數(shù)據(jù)資源和平臺(tái)技術(shù)工具,是突破小麥育種障礙,培育新一代高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)小麥品種的必然之路。
基因組所程時(shí)鋒團(tuán)隊(duì)先后從英國約翰·英納斯中心引進(jìn)了上千份優(yōu)異的小麥核心種質(zhì)資源,其中包含百年前收集于歐洲、亞洲和非洲32個(gè)國家的827份地方品種。研究團(tuán)隊(duì)綜合利用基因組學(xué)、遺傳學(xué)、生物信息學(xué)和分子生物學(xué)等前沿技術(shù)手段,找回了現(xiàn)代小麥品種丟失的遺傳多樣性寶庫,并驗(yàn)證其功能和育種價(jià)值。研究發(fā)現(xiàn),現(xiàn)代小麥品種經(jīng)過長期的人工定向選擇,僅來自7個(gè)祖先群中的2個(gè),67%以上的遺傳多樣性丟失。這一驚訝的發(fā)現(xiàn)表明,現(xiàn)代核心小麥資源遺傳背景狹窄,品種單一,選育品種同質(zhì)化嚴(yán)重,現(xiàn)代小麥育種的遺傳增益的潛能極其有限,難以應(yīng)對(duì)未來人口持續(xù)增長和極端氣候不斷變化的復(fù)雜形勢(shì)。程時(shí)鋒團(tuán)隊(duì)的研究系統(tǒng)驗(yàn)證了大量未被利用的優(yōu)異變異的功能和育種價(jià)值,并挖掘到調(diào)控小麥高產(chǎn)、氮高效利用、適應(yīng)性和營養(yǎng)品質(zhì)的新基因和關(guān)鍵的有利變異位點(diǎn),開發(fā)了大數(shù)據(jù)資源和技術(shù)工具,并提出了小麥全基因組設(shè)計(jì)育種的4D策略(Decode解碼,Discover發(fā)現(xiàn),Design設(shè)計(jì), Deliver實(shí)現(xiàn)),為真正實(shí)現(xiàn)小麥從基因組到育種(G2B,Genomics to Breeding)的全鏈條貫通提供了系統(tǒng)解決方案。
該研究成果是全球小麥科學(xué)研究工作的一個(gè)重要里程碑,將大大促進(jìn)小麥甚至整個(gè)作物科學(xué)領(lǐng)域的基因組設(shè)計(jì)育種的步伐,為現(xiàn)代小麥育種貢獻(xiàn)了中國智慧和中國力量。