近日，福建省農(nóng)科院水稻研究所水稻抗逆分子育種團隊在國際知名期刊《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，它負責提供花粉，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，消費端和生產(chǎn)端對水稻品質(zhì)提出了更高要求。

　　“不僅高產(chǎn)，還要好種、好吃、吃得健康。”團隊首席育種專家、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，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)驗育種時代，要改良一個恢復(fù)系，需要選擇成千上萬份種質(zhì)資源，歷經(jīng)不計其數(shù)的雜交試驗、篩選鑒定，才可能選育出一個聚合多種優(yōu)良基因的新品種。這個過程就像開盲盒，充滿了不確定性，一般來說育成一個恢復(fù)系品種需要5到8年時間。

　　有沒有更加高效的育種方法，精準設(shè)計出我們想要的品種呢？基因編輯技術(shù)應(yīng)運而生。

　　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隊為此構(gòu)建了高效多基因編輯體系，能夠同時編輯4到12個基因，從而實現(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，編輯的對象是3個已經(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”作為對象，利用基因"魔剪"一次性敲除上述3個基因，成功獲得具有優(yōu)質(zhì)糯性、香味和早熟性狀的突變材料。為了驗證基因編輯后的效果，研究團隊將其種植到田間，田間觀測結(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？研究團隊將其與不同的母本進行測交，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基因為例，它被敲除后，能夠在長日照條件下，促進RFT1基因的表達。RFT1是控制水稻開花的關(guān)鍵基因，當其表達被激活，自然能夠?qū)崿F(xiàn)水稻更早抽穗揚花，縮短生育期。不過，生命基因組是極其復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，一個功能基因表達與否、表達多少都會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驗室階段，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，該研究實現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)糯性、香味與早熟性狀的同步設(shè)計，將推進優(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，對推動我省水稻優(yōu)質(zhì)、高效、多抗新品種培育具有積極意義。（福建日報記者 張輝 通訊員 胡海明）