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快速從頭馴化四倍體野生稻 科學家在水稻「祖先」身上找回稀缺基因資源

2021-02-05 09:14      來源:新華網   VIEW:



新華社北京2月4日電(董瑞豐、董星辰)快速從頭馴化異源四倍體野生稻,發揮多倍體的優勢,找回目前栽培稻已經丟失的部分「好」基因,最終有望培育出產量高、環境適應能力強的新型水稻作物——中國科學院種子創新研究院/遺傳與發育生物學研究所李家洋團隊與合作者的這項突破性進展,4日在國際知名學術期刊《細胞》發表。

四倍體比二倍體多2個染色體組。異源四倍體野生稻具有生物量大、自帶雜種優勢、環境適應能力強等優勢,但具有非馴化特徵,無法進行農業生產。目前的栽培稻,則是從二倍體野生稻經過數千年人工馴化而來,馴化過程中,改良了重要農藝性狀,同時也造成遺傳多樣性的大量丟失。

能否將二者的優勢結合起來?從綜合表現更好的四倍體野生稻出發,利用現代基因組編輯技術,可以將幾千至上萬年的水稻馴化史在短時間內「重演」,並避免部分基因丟失。李家洋院士帶領的研究團隊攻破技術瓶頸,首次設計並完成了異源四倍體野生稻快速從頭馴化的框架圖,並將其分為4個階段:

第一階段,收集並篩選綜合性狀最佳的異源四倍體野生稻底盤種質資源;第二階段,建立野生稻快速從頭馴化技術體系;第三階段,品種分子設計與快速馴化;第四階段,新型水稻作物推廣應用。

研究團隊突破了基因組解析、高效遺傳轉化、高效基因組編輯等技術瓶頸,在異源四倍體高稈野生稻基因組中註釋了系列馴化基因和重要農藝性狀基因,成功創製了落粒性降低、芒長變短、株高降低、粒長變長、莖稈變粗、抽穗時間不同程度縮短的多種基因組編輯異源四倍體野生稻材料。

據瞭解,該研究結果不僅證明了通過快速從頭馴化將異源四倍體野生稻培育成為未來新主糧作物的可行性,也為通過從頭馴化其他野生和半野生植物而創製新型作物提供了重要參考,為糧食增產、保障主糧安全提出一種新的可行策略。

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