不过,全世界保存了那么多农作物种质资源,其中95%却从来没有在育种时利用过。“这些没有利用过的种质资源里就没有能够提高产量和抗性的基因吗?不是的。尽管知道它里面有好的基因,但是人们不知道怎么去挖掘。”黎志康说,“我的想法是,把现有优良品种作为受体亲本,利用回交育种来挖掘种质资源中的有利基因。”
什么是回交育种?
传统杂交是父本和母本结合,产生的杂种一代各占它们基因的50%。如果再把杂种一代与母本杂交,产生的后代中父本基因只占25%,再与母本回交一次,产生的后代中父本基因只占12.5%。用这种方式,把父本优良基因的一小部分导入现有品种。
为什么偏偏只导入一小部分?
“我们希望,导入一小部分的外来优秀基因,同时保留大部分(75%以上)现有品种的基因,这样就能维持现有品种绝大多数好的基因和性状。”黎志康说,好比篮球团队有20个人,有十二三个人能力很强,就不动他们,把另外几个不是太好的替换成好的,这样能使团队更强。
有了回交育种群体,下一步就是继续筛选它们。
筛选的方式有些“极端”。想选耐旱的,就将植株放到极端干旱的条件,保留后代能够存活的植株种子;想选耐盐的,就把植株种到沿海盐渍田中,能存活的一定有好的耐盐性。所有获得的耐旱或者耐盐株系保存下来做遗传分析,就能发掘出耐旱或者耐盐基因。最后把所有有利基因糅合,就是一个新品种。
整个技术全程都用到了分子标记检测或者DNA测序,这又有何用意?
“主要是为了建立材料信息平台。传统育种选种,不产生任何遗传信息,主要是凭经验的。”黎志康解释,“但是,我们的育种过程通过分子标记检测或者DNA测序,每个育种后代中进去了哪些基因,进去后获得了哪些性状,这些性状是哪些基因控制的,来自哪些染色体,来自哪个供体,全部清清楚楚。我们不是靠经验,全部信息是有累积的。”
目前,他们完成了3000份水稻核心种质资源的重测序及深入分析工作,建立了水稻分子设计育种信息平台,开发了水稻全基因组育种芯片。
“这将产生一个颠覆性的变化,真正使育种技术进入分子设计育种时代。”黎志康说。
“分子设计育种什么概念?有了材料信息平台以后,我就能够根据育种目标,预测未来能在特定生态区域表现最佳品种的理想基因组型,并依据这些理想基因组型,从育种材料中选择最佳的亲本进行配组,确保其后代中出现理想基因组型的概率最大。”黎志康说,这种技术流程一旦建立并逐步完善,主要依靠经验的传统育种过程,将转换为能够被年轻一代科研人员掌握的、高效的标准流程,真正意义上的设计育种将成为现实。
要培育更多更好的适应气候变化的绿色超级稻品种
早在上世纪90年代初,黎志康就有一个庞大的设想,将水稻性状的遗传理论研究应用于育种实践。他写了一个组建并实施亚洲水稻分子育种协作网的提案,寄给领域内国际著名的5位科学家征求意见。收到的回复是:“你这个想法很好,但是太雄心勃勃了,你不太可能做出来。”但黎志康没有因此放弃。
此后,黎志康回到国内组织水稻分子育种协作网。1998年,他找来一批我国主要水稻产区或省份最著名的水稻育种家和科学家,在浙江杭州举办了水稻分子育种协作网计划研讨会。
“我当时说,我没有经费,但我能贡献一个好的想法,如果你们按照这个思路来,经费一定会来的。”经过深思熟虑,与会的科学家认可了黎志康的技术路线,并开始实施。没想到,当年就拿到了国家自然基金委支持的国际合作项目,隔年又获得了农业部的资助。
“片面追求高产而不顾环境的发展方向是错误的,也是不可持续的。因此,才有了绿色超级稻的诞生,它的所需投入低(水、肥、农药等),抗逆(干旱、盐、淹等)性强,既稳产又能保护环境。”黎志康说。
谈到科研心得,黎志康认为,水稻育种格外需要交叉学科的支撑,研究人员既要懂分子生物学,还要通晓遗传学、植物生理学、植物病理学等学科。“作为农业科学家,我们既有机会挑战理论,又能够实现应用,让农民受益,这样的研究生涯还有什么遗憾的?!”
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