分子设计育种 实现大豆“定制化”生产

近年来,科学院大豆分子设计育种重点实验室在环境友好型大豆分子设计育种以及大豆高产、优质、养分利用、抗病等控制大豆重要农艺性状基因的发掘取得一系列成果。

通过先进的大豆分子设计育种平台,培育的环境友好型大豆新品种,为改善东北黑土地作物种植结构和减药提供了优良的新品种。开发了大豆株型智能自动获取技术、大豆叶型定量分析技术、大豆荚粒数性状定量分析技术和种子形态分析和自动获取技术,实现了大豆重要农艺性状的定量分析比较;建立了5124份大豆表型组数据、2537份大豆重测序数据、1738份大豆转录组数据形成的多组学整合数据库,解析控制大豆重要农艺性状基因的7025个遗传位点,为大豆分子设计育种提供了全基因组技术路线。通过分子设计培育的大豆品种是分子设计育种理论的成功实践,对提高我国东北大豆产量以及东北大豆品种更新换代,具有重要意义。

来自海关的统计数据显示,2020年我国累计进口大豆首次超过1亿吨,较2019年进口增加1182万吨。大豆产需缺口,高度依赖进口,作为的大豆进口国,我国大豆稳定供应面临严峻考验。

立足国内生产,提高国产大豆产量,逐步降低对进口大豆的过度依赖,有助于缓解国内粮食结构性短缺问题,更好地保障国家粮食。在种植面积难以大规模提高的情况下,提高大豆产量的另一途径,在于依靠科技力量增加亩产量。

这就需要依靠科研人员持续攻关,选育出更多高产、稳产的优质品种,在有限的土地上持续提高大豆产量,保障国内食用豆制品供给。“采用上先进的品种分子设计手段,是目前实现国产大豆育种突破的途径。”科学院东北地理与农业生态研究所研究员冯献忠说。

“从国内外优良品种的培育现状与发展历史来看,分子设计育种代表着未来的方向,在大豆中明确的功能基因越多,对于开展分子设计育种越有利。”冯献忠说,相较于传统育种,分子设计育种有其特有优势。冯献忠解释道:“传统育种主要靠经验。在如今的基因组时代下,我们探索的大豆分子设计育种可以通过定向选育,加快育种速度,这个方向的提升空间很大。”

在冯献忠看来,分子设计育种的核心是在全基因组的基础上,对种子性状进行基因重塑。“分子设计育种就好比是盖房子,我们不仅要对大豆每块‘砖’的样子了如指掌,还要对每间‘房’的功能进行提前设计和规划。”

从大豆6万个基因中找到了负责生育的基因,并进行了基因控制和改良,从而培育出了改变成熟生育期的全新大豆品种。“我们通过分子设计手段,采用不同优良等位基因来控制大豆的性状,比如让豆荚里面结两粒或者三粒,让晚熟的品种早熟。”冯献忠表示,改良后的大豆茎秆更强、抗倒伏性好,在种植密度加大的情况下果实饱满、蛋白质含量高,从而保证了高产量。

此外,研究团队还开发了大豆株型智能自动获取技术、大豆叶型定量分析技术、大豆荚粒数性状定量分析技术和种子形态分析和自动获取技术,实现了大豆重要农艺性状的定量分析比较。

针对大豆育种遗传基础狭窄及优异种质资源贫乏的问题,冯献忠团队以核心大豆骨干亲本为材料,采用物理和化学诱变的方法,创制了容量为40万株系的大豆突变群体,建立了大豆饱和基因突变库和优良变异材料库。

冯献忠说:“我们已检测到800多万个大豆基因组新变异,98%以上的大豆基因平均有3个以上的错义等位突变,并在此基础上建立了5套分子标记鉴定方法、3套快速基因定位和克隆方法,以及237个开发育种可用分子标记。”

在此基础上,研究团队克隆和鉴定了56个调控大豆高产、优质、抗逆和生育期的重要基因,选育了778份优异育种材料,为大豆新品种培育挑选出了优异材料和靶标基因。

“分子设计育种技术是我们的优势,让我们有信心、有决心为国家重大战略服务。”目前,冯献忠团队正与巴西、俄罗斯及非洲等国家相关机构合作,组织实施“大豆改良计划”,为保障世界大豆供给提供“方案”。

来源:食品报社