成功實(shí)踐“模塊耦合育種”理論

“分子模塊耦合育種”理論的提出是分子設(shè)計(jì)育種先導(dǎo)專項(xiàng)的理論創(chuàng)新，經(jīng)過多年的攻堅(jiān)努力，目前該理論在小麥育種領(lǐng)域已經(jīng)得到實(shí)踐驗(yàn)證，成績(jī)斐然。西南地區(qū)是我國(guó)小麥主產(chǎn)區(qū)之一，也是小麥條銹病的主要發(fā)源地。培育抗條銹病小麥新品種是對(duì)于從源頭上防治我國(guó)小麥病害尤為重要。在“多模塊耦合育種”理論的指導(dǎo)下，中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所小麥研究團(tuán)隊(duì)通過耦合抗條銹病分子模塊?Yr7?和?Yr17、無芒性狀分子模塊?Xgwm291?和矮稈分子模塊Rht-D1b?育成了抗倒、抗病、優(yōu)質(zhì)、無芒、適宜機(jī)械化收割的小麥新品種“川育?25”。通過耦合大粒分子模塊?QTkw.saas-5B?和抗條銹病分子模塊?YrCH42?育成的高產(chǎn)抗病品種中“科麥?138”，是四川省近?10?年來唯一一個(gè)在區(qū)試和生產(chǎn)試驗(yàn)中產(chǎn)量提高均超過?10%?的突破性新品種，被列為?2016?年四川省主導(dǎo)小麥品種。通過導(dǎo)入糯性分子模塊（Wx-A1b、Wx-B1b?和?Wx-D1b）和低?PPO?分子模塊Ppo2A1b/Ppo2D 1a?育成的全糯專用優(yōu)質(zhì)小麥品種“中科糯麥1號(hào)”，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗病等多個(gè)優(yōu)良性狀的有機(jī)結(jié)合，在食品加工與釀酒領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。截至?2018?年，這?3?個(gè)模塊新品種累計(jì)推廣面積已達(dá)?158?萬畝，對(duì)我國(guó)西南地區(qū)小麥新品種升級(jí)換代起到了引領(lǐng)作用。

解析耐鹽、耐旱分子模塊

我國(guó)環(huán)渤海地區(qū)擁有?4?000?多萬畝中低產(chǎn)田和?1?000?多萬畝鹽堿荒地，長(zhǎng)期遭受旱、澇、堿災(zāi)害。培育抗旱、抗鹽堿的小麥新品種對(duì)于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的增產(chǎn)和增收尤為重要。2017?年遺傳發(fā)育所培育的“小偃?60”通過了河北省農(nóng)作物品種委員會(huì)審定（冀審麥?2016030?號(hào)）。滄州的運(yùn)東地區(qū)（運(yùn)河以東地區(qū)）是土壤鹽堿程度較為嚴(yán)重地區(qū)，截至?2018?年，“小偃?60”在該地區(qū)的累積示范推廣面積已達(dá)?21?000?畝。通過構(gòu)建“中麥?175”與“小偃?60”的重組自交系群體，利用小麥?55K SNP?芯片構(gòu)建遺傳連鎖圖譜，并結(jié)合苗期和大田成株期耐鹽相關(guān)表型的調(diào)查數(shù)據(jù)，目前已經(jīng)定位到耐鹽相關(guān)的數(shù)量性狀基因座（quantitative trait locus，QTL）數(shù)十個(gè)。通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，“小偃 60 ”可能通過調(diào)節(jié)光合作用和茉莉酸信號(hào)通路增強(qiáng)自身的耐鹽、耐旱性。

研究展望

小麥全基因組測(cè)序和關(guān)聯(lián)分析

現(xiàn)有測(cè)序數(shù)據(jù)已經(jīng)表明，六倍體小麥與二倍體、四倍體小麥基因組非常相似，說明多倍體形成之后的基因損失是有限的。不過小麥基因組的一個(gè)特點(diǎn)是含有大量的重復(fù)序列，而且這些序列高度相似又不完全相同。因此，精確定位和分離小麥基因及轉(zhuǎn)錄本的難度還是挺大的。目前，長(zhǎng)片段三代測(cè)序技術(shù)日益普遍，這無疑為小麥基因組和轉(zhuǎn)錄組的測(cè)序提供了便利。期望后續(xù)測(cè)序技術(shù)的變革和分析方法的改進(jìn)可以進(jìn)一步補(bǔ)充完善現(xiàn)有普通小麥基因組精細(xì)圖譜，或是完成更多小麥品種的基因組組裝和注釋。

在小麥參考基因組序列圖譜繪制方面，我國(guó)科學(xué)家已經(jīng)走在了前列，并為我國(guó)小麥功能基因組學(xué)研究搭建了良好的平臺(tái)。此外，伴隨測(cè)序成本的不斷降低，預(yù)期未來幾年內(nèi)小麥全基因組重測(cè)序和關(guān)聯(lián)分析研究會(huì)成為重要的發(fā)展方向。譬如，利用小麥近緣種、農(nóng)家種、主栽品種及其遠(yuǎn)緣雜交所構(gòu)建的易位系、附加系、代換系，以及飽和突變體庫(kù)等材料進(jìn)行全基因組重測(cè)序，重點(diǎn)開展小麥及其親緣種復(fù)雜性狀的基因組學(xué)、表觀基因組學(xué)、比較基因組學(xué)和進(jìn)化基因組研究，在全基因組水平上揭示小麥起源與馴化的歷史，以及多倍體、二倍化的遺傳與表觀遺傳學(xué)機(jī)制，解析小麥重要農(nóng)藝性狀形成的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，挖掘并利用優(yōu)異等位基因。此外，野生種質(zhì)資源研究已經(jīng)從野生資源的收集、保存轉(zhuǎn)向深入研究和利用，通過遺傳群體構(gòu)建或是多種質(zhì)資源的深度重測(cè)序，充分利用和挖掘野生遺傳資源將有利于改良現(xiàn)有作物品種。