創(chuàng)建精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種新范式——中國科學(xué)院發(fā)布系列科研成果

◎本報(bào)記者 陸成寬

種子是農(nóng)業(yè)的“芯片”，是國家糧食安全的命脈。12月22日，中國科學(xué)院在北京舉行A類先導(dǎo)專項(xiàng)“種子精準(zhǔn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)造”（以下簡(jiǎn)稱“種子專項(xiàng)”）系列科研成果發(fā)布會(huì)，介紹種子專項(xiàng)通過創(chuàng)建精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種新范式，在打造種業(yè)振興的“中國芯”方面取得的系列突破。

“經(jīng)過六年攻關(guān)，種子專項(xiàng)取得了覆蓋理論、技術(shù)、產(chǎn)品的全鏈條體系化突破，提出了新理論，開發(fā)了新技術(shù)，推出了新產(chǎn)品。”種子專項(xiàng)首席科學(xué)家、中國科學(xué)院院士李家洋說。

找到“基因鑰匙”，破解生產(chǎn)難題

面對(duì)化肥過量施用、病蟲害威脅加劇、資源約束趨緊等難題，種子專項(xiàng)的科學(xué)家們不再僅僅依靠傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，而是拿起“精準(zhǔn)設(shè)計(jì)”這一全新工具，為種子注入“智慧”，直面生產(chǎn)痛點(diǎn)。

如何讓水稻“減肥”不減產(chǎn)？中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院植物研究所研究員種康介紹，種子專項(xiàng)研究團(tuán)隊(duì)成功克隆氮高效基因OsTCP19，讓水稻在氮肥減少20%—30%的情況下，產(chǎn)量依然堅(jiān)挺，為開啟一場(chǎng)新的“綠色革命”提供了可能。

病蟲害是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重大威脅。面對(duì)白粉病、赤霉病等農(nóng)業(yè)“殺手”，種子專項(xiàng)研究團(tuán)隊(duì)不僅從我國地方品種中找到了既能廣譜抗白粉病又能抗麥瘟病的“寶藏基因”Pm24，還利用新型的赤霉病抗病模塊成功培育出抗赤霉病的高產(chǎn)小麥新品種“中科166”。

如果說基因是生命的代碼，那么科學(xué)家不僅需要找到破解代碼的“鑰匙”，還要成為優(yōu)秀的“程序員”。

中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員高彩霞團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的多重基因組編輯技術(shù)，像一把精準(zhǔn)的“分子剪刀”，能夠同時(shí)對(duì)多個(gè)基因進(jìn)行編輯。他們利用這項(xiàng)技術(shù)，成功創(chuàng)制出既抗白粉病又高產(chǎn)的小麥新種質(zhì)，一舉打破了“抗病不高產(chǎn)”的育種魔咒。2024年，該成果獲得了我國首個(gè)口糧作物基因編輯生產(chǎn)應(yīng)用安全證書。這不僅僅是一張“通行證”，更是中國在基因編輯育種應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)重要里程碑。

李家洋團(tuán)隊(duì)提出并實(shí)踐了異源四倍體野生稻快速從頭馴化的育種新路徑。他們像“農(nóng)業(yè)工程師”一樣，從零開始改造野生稻，攻克野生稻遺傳轉(zhuǎn)化、基因組注釋等重重難關(guān)，成功創(chuàng)制出新型四倍體水稻材料，被國際同行評(píng)價(jià)為“開啟人類農(nóng)業(yè)新文明”，為保障未來糧食安全儲(chǔ)備了戰(zhàn)略性技術(shù)。

從田間到餐桌，賦能全產(chǎn)業(yè)鏈

精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種正從實(shí)驗(yàn)室快速走向廣袤的田野和百姓的餐桌，在作物和水產(chǎn)等多個(gè)領(lǐng)域結(jié)出碩果。

大豆，是我國進(jìn)口依賴度最高的糧油作物。種子專項(xiàng)研究團(tuán)隊(duì)繪制了全球領(lǐng)先的大豆圖形結(jié)構(gòu)泛基因組圖譜，并開發(fā)了功能強(qiáng)大的大數(shù)據(jù)平臺(tái)SoyOmics。利用這些工具，科學(xué)家能夠像“拼樂高”一樣，精準(zhǔn)聚合高產(chǎn)、高油、高蛋白等優(yōu)良性狀。種子專項(xiàng)成功培育出“科豆”“東生”系列等10個(gè)高產(chǎn)高營(yíng)養(yǎng)大豆新品種。

與此同時(shí)，一場(chǎng)“水產(chǎn)”育種革命也在悄然發(fā)生。中國科學(xué)院院士、中國水生生物研究所研究員桂建芳團(tuán)隊(duì)首次提出了“雙三倍體”的創(chuàng)新概念，建立了全新的水產(chǎn)設(shè)計(jì)育種技術(shù)體系。

他們培育的異育銀鯽“中科6號(hào)”候選新品系，展現(xiàn)出高產(chǎn)、抗病、節(jié)約飼料的三大優(yōu)勢(shì)，生長(zhǎng)速度、存活率和飼料效率相比前代品種大幅提升。更令人稱奇的是，團(tuán)隊(duì)還將基因編輯技術(shù)與獨(dú)特的生殖方式結(jié)合，成功創(chuàng)制出“無肌間刺”的鯽魚新品系。這意味著，未來人們吃鯽魚可能不再被細(xì)小的魚刺困擾。

李家洋帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“中科發(fā)”系列水稻新品種，更是貫通了從理論到產(chǎn)業(yè)的全鏈條。他們精準(zhǔn)地將高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病、抗倒伏、耐鹽堿等優(yōu)良基因精準(zhǔn)聚合在一起，培育出“中科發(fā)5號(hào)”。該品種在東北稻區(qū)比主栽品種增產(chǎn)超20%，在鹽堿地上畝產(chǎn)突破600公斤，還榮獲全國優(yōu)質(zhì)稻食味金獎(jiǎng)，2024年躋身全國常規(guī)水稻推廣面積前五。而在南方，“中科發(fā)早粳1號(hào)”實(shí)現(xiàn)了我國雙季早粳稻品種零的突破，將優(yōu)質(zhì)新粳米上市時(shí)間提前了2—3個(gè)月，讓百姓能更早嘗到當(dāng)年的新鮮好米。

“種子專項(xiàng)讓我國在精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種領(lǐng)域建立起自主可控的完整技術(shù)體系，并進(jìn)入從‘跟跑’‘并跑’到部分‘領(lǐng)跑’的新階段。”李家洋說，該專項(xiàng)的成功實(shí)施，是面向國家重大需求、發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢(shì)、搶占農(nóng)業(yè)科技制高點(diǎn)的成功實(shí)踐，為我國從種業(yè)大國邁向種業(yè)強(qiáng)國奠定了堅(jiān)實(shí)的科技基礎(chǔ)。