隨著世界人口的快速增長，至2050年糧食產(chǎn)量或?qū)⒃黾?0%才能完全滿足需求。與此同時(shí)，近年來世界氣候變化加劇，全球氣候變暖、極端天氣頻發(fā)等都為糧食安全帶來了巨大挑戰(zhàn)。在此背景下，如何進(jìn)一步提高作物單產(chǎn)成為亟待解決的嚴(yán)峻問題。

   中國科學(xué)院種子創(chuàng)新研究院／遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋院士團(tuán)隊(duì)首次提出了異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略，旨在最終培育出新型多倍體水稻作物，從而大幅提升糧食產(chǎn)量并增加作物環(huán)境變化適應(yīng)性。相關(guān)研究成果2021年2月4日發(fā)表于《細(xì)胞》。

   李家洋提出的異源四倍體野生稻快速從頭馴化策略“藍(lán)圖”一共分為四個(gè)階段。第一階段，是在全球范圍內(nèi)收集并篩選綜合性狀最佳的異源四倍體野生稻底盤種質(zhì)資源。

   他們通過與國內(nèi)外同行合作、整理已有的種質(zhì)資源，確定了具有最大生物量及最強(qiáng)脅迫抗性的目標(biāo)材料“CCDD型”，一共收集了28份異源四倍體野生稻資源，并通過對組培再生能力、基因組雜合度及田間綜合性狀等進(jìn)行系統(tǒng)考察，篩選出一份高稈野生稻資源作為后續(xù)研究的基礎(chǔ)，并將其命名為多倍體水稻1號 （PPR1）。

   第二階段，研究團(tuán)隊(duì)歷時(shí)近4年突破了三大技術(shù)瓶頸，建立野生稻快速從頭馴化技術(shù)體系，包括高質(zhì)量參考基因組的繪制和基因功能注釋、高效遺傳轉(zhuǎn)化體系和高效基因組編輯技術(shù)體系。

   通過團(tuán)隊(duì)的不懈努力，PPR1遺傳轉(zhuǎn)化效率可達(dá)80%，轉(zhuǎn)化苗再生效率最高達(dá)40%以上。研究人員利用最新的測序技術(shù)及基因組組裝策略，組裝完成了首個(gè)異源四倍體水稻參考基因組，該基因組大小為894.6Mb，是栽培稻的兩倍左右，共注釋出了81000多個(gè)高可信度基因，并進(jìn)一步系統(tǒng)分析了四倍體水稻的基因組特征。

   功能基因組的解析為下一步對重要農(nóng)業(yè)性狀進(jìn)行快速馴化打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。第三階段——品種分子設(shè)計(jì)與快速馴化，包括重要農(nóng)藝性狀基因注釋及基于基因組信息的品種分子設(shè)計(jì)、重要農(nóng)藝性狀基因的功能驗(yàn)證、多基因編輯和聚合以及田間綜合性狀評估等。

   研究人員還進(jìn)一步驗(yàn)證了這一設(shè)想的可行性，他們注釋了栽培稻中10個(gè)馴化基因及113個(gè)重要農(nóng)藝性狀基因在異源四倍體野生稻中的同源基因，系統(tǒng)分析其同源性，并進(jìn)一步對PPR1中控制落粒性、芒長、株高、粒長、莖稈粗度及生育期的同源基因進(jìn)行了基因編輯，成功創(chuàng)制了落粒性降低、芒長變短、株高降低、粒長變長、莖稈變粗、抽穗時(shí)間不同程度縮短的各種基因編輯材料。■