近日，福建省農(nóng)科院水稻研究所水稻抗逆分子育種團(tuán)隊(duì)在國際知名期刊《BMC　Plant　Biology》發(fā)表最新研究成果。該研究利用多基因編輯技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了糯性、香味、早熟等多種性狀快速同步定向改良，為創(chuàng)制雜交水稻優(yōu)良恢復(fù)系材料開啟了快速通道。

　　恢復(fù)系是雜交水稻的父本。在雜交水稻制種中，它負(fù)責(zé)提供花粉，與母本——不育系雙劍合璧，共同孕育集雙親之長的雜交后代，重要性不言而喻。自20世紀(jì)70年代攻克雜交水稻難關(guān)以來，我國恢復(fù)系育種經(jīng)歷了從依賴引種到自主選育的轉(zhuǎn)變，育成了一批優(yōu)良品種，在生產(chǎn)上大規(guī)模推廣。

　　過去，為解決吃飯問題，恢復(fù)系育種更加追求高產(chǎn)；如今，消費(fèi)端和生產(chǎn)端對(duì)水稻品質(zhì)提出了更高要求。

　　“不僅高產(chǎn)，還要好種、好吃、吃得健康。”團(tuán)隊(duì)首席育種專家、論文通訊作者張建福研究員說，恢復(fù)系具有糯性口感、香味顯著、生育期短等優(yōu)勢(shì)，已成為主流育種方向。然而，市面上現(xiàn)有的恢復(fù)系品種同質(zhì)化問題突出，難以滿足日益多元化的需求。

　　究其原因，在于改良難、周期長、成本高。在傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)育種時(shí)代，要改良一個(gè)恢復(fù)系，需要選擇成千上萬份種質(zhì)資源，歷經(jīng)不計(jì)其數(shù)的雜交試驗(yàn)、篩選鑒定，才可能選育出一個(gè)聚合多種優(yōu)良基因的新品種。這個(gè)過程就像開盲盒，充滿了不確定性，一般來說育成一個(gè)恢復(fù)系品種需要5到8年時(shí)間。

　　有沒有更加高效的育種方法，精準(zhǔn)設(shè)計(jì)出我們想要的品種呢？基因編輯技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

　　現(xiàn)代分子生物學(xué)的發(fā)展，揭示了生命的遺傳密碼。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)上，ATCG等不同堿基的排列組合，猶如程序代碼一樣，編譯出不同物種各自最鮮活的模樣。與轉(zhuǎn)基因技術(shù)需要導(dǎo)入外源基因不同，基因編輯技術(shù)就像一把神奇的剪刀，可以定向裁剪這些代碼，實(shí)現(xiàn)基因的敲除、敲入、替換。有了這把“魔剪”，育種家就可以化身基因“裁縫”，按圖索驥、量體裁衣，定制水稻的株高、生育期、耐旱性、香型等性狀。

　　過去，由于基因組的復(fù)雜性，傳統(tǒng)基因編輯技術(shù)一次通常只能編輯單個(gè)基因，否則容易造成基因組不穩(wěn)定，效率有限。福建省農(nóng)科院水稻研究所水稻抗逆分子育種團(tuán)隊(duì)為此構(gòu)建了高效多基因編輯體系，能夠同時(shí)編輯4到12個(gè)基因，從而實(shí)現(xiàn)多種優(yōu)良性狀批量聚合，大大提高育種效率。去年，相關(guān)研究成果發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊《Plant　Biotechnology　Journal》上。

　　如今，基因“裁縫”們又將這套技術(shù)應(yīng)用于雜交水稻恢復(fù)系定向改良中。

　　這一次，編輯的對(duì)象是3個(gè)已經(jīng)被破譯的功能基因：調(diào)控糯性的Wx基因、調(diào)控香味的Badh2基因、調(diào)控生育期的Se14基因。他們選擇恢復(fù)系“676”作為對(duì)象，利用基因"魔剪"一次性敲除上述3個(gè)基因，成功獲得具有優(yōu)質(zhì)糯性、香味和早熟性狀的突變材料。為了驗(yàn)證基因編輯后的效果，研究團(tuán)隊(duì)將其種植到田間，田間觀測(cè)結(jié)果顯示：這些經(jīng)歷了基因“剪裁”后的突變材料，直鏈淀粉含量顯著下降，產(chǎn)生明顯香味，抽穗期顯著提前，同時(shí)單株產(chǎn)量也有所提升。

　　那么，這些定性改良后的恢復(fù)系，與不同的不育系組合后，后代表現(xiàn)又如何呢？研究團(tuán)隊(duì)將其與不同的母本進(jìn)行測(cè)交，結(jié)果同樣喜人，但在不同的雜交組合中表現(xiàn)有所差異。以調(diào)控生育期的Se14基因?yàn)槔?，它被敲除后，能夠在長日照條件下，促進(jìn)RFT1基因的表達(dá)。RFT1是控制水稻開花的關(guān)鍵基因，當(dāng)其表達(dá)被激活，自然能夠?qū)崿F(xiàn)水稻更早抽穗揚(yáng)花，縮短生育期。不過，生命基因組是極其復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)功能基因表達(dá)與否、表達(dá)多少都會(huì)受到其他基因的影響。因此，敲除了Se14基因的恢復(fù)系，在不同雜交組合中，縮短生育期的效果并不相同。

　　“傳統(tǒng)育種手段偏重田間選擇，工作量大，周期漫長，基因編輯等現(xiàn)代育種技術(shù)則把選擇提前到了實(shí)驗(yàn)室階段，有效縮小選擇范圍，顯著提高育種效率。”論文第一作者、福建省農(nóng)科院水稻研究所魏毅東博士說，該研究實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)糯性、香味與早熟性狀的同步設(shè)計(jì)，將推進(jìn)優(yōu)異恢復(fù)系材料在雜交水稻制種與產(chǎn)業(yè)化育種中的應(yīng)用，對(duì)推動(dòng)我省水稻優(yōu)質(zhì)、高效、多抗新品種培育具有積極意義。（福建日?qǐng)?bào)記者 張輝 通訊員 胡海明）