我国大豆分子设计育种成果与展望

大豆重要性状分子模块耦合效应

不同复杂性状间的耦合是分子设计育种的关键科学问题。产量、品质等性状大都是多基因控制的复杂性状，由于受到一因多效和遗传连锁累赘的影响，一些性状在不同材料和育种后代中协同变化，呈现出耦合性相关。解析复杂性状间耦合的遗传调控网络，明确关键调控单元，对分子设计育种具有重要意义。遗传发育所田志喜团队联合该所王国栋、朱保葛以及华盛顿州立大学张志武等多家团队对 809 份大豆栽培材料的 84 个产量和品质性状进行了连续多年多点的观测，发现不同性状间呈现不同程度的相关性。进而，利用全基因组关联分析对 84 个性状的调控位点进行了系统的全基因组扫描，鉴定出 245 个显著性关联位点。关联位点间的连锁不平衡分析显示其中 115 个关联位点可相互连锁，形成复杂的多性状多位点调控网络，这些位点将所观测的 51 个性状连结起来，很好地解释了不同性状间的耦合关系。在该调控网络中，23 个关联位点发挥重要节点作用，对不同性状的形成起到了关键调控作用。该研究为大豆的分子设计育种提供了重要的理论基础，对于提高大豆的品质和产量具有非常重要的意义。相关研究于 2017 年发表在Genome Biology。

大豆初级分子模块新品种培育

四粒荚分子模块 ln 可提高大豆单荚粒数，目前已广泛应用于东北地区大豆高产品种培育，而在黄淮海地区夏大豆主产区应用较少。遗传发育所朱保葛和田志喜团队通过将四粒荚优异等位变异 ln-C（分子模块）导入不含该模块的大面积主推底盘品种“中黄 13”和“科豆 1 号”中，培育出 5 个四粒荚比例和产量都明显增加的夏大豆新品系和新品种，如“科豆 15”“科豆 16”“科豆 17”“科豆 18 ”“科豆 30”。通过在安徽宿州、淮北和河南西华等地多年不同种植规模的鉴定结果表明，这 5 个新品系（种）的实收每公顷产量分别达到 3 105.0 公斤、2 965.2 公斤、3 141.0 公斤、3 000.5 公斤和 3 034.5 公斤，较当地主栽品种（即各自底盘品种）分别增产 9.3%、7.83%、10.6%、8.24% 和 8.62%（四粒荚比例增幅范围 15.2%—21.47%），这些材料正在参加国家或省级区域试验，其中“科豆 17”新品种 2017 年完成了河南省区试和生试全部程序，于 2018 年 3 月 13 日经河南省农作物品种审定委员会审定通过，该品种两年区试平均公顷产量 3 215.55 公斤，比对照品种“豫豆 22”平均增产 5.07%；一年生产试验公顷产量 3 034.8 公斤，比对照“豫豆 22”增产 6.11%。该品种已转让给安徽永民种业公司开发经营，并申请安徽省引种备案，目前在黄淮海主产区两个夏大豆种植面积最大的省份——安徽省和河南省已示范推广 1 万亩以上，正在迅速扩大应用。

黑龙江作为我国大豆主产省份，在生产上存在早熟、中早熟品种单产低且稳定性较差等问题。在“分子模块设计育种创新体系”先导专项支持下，东北地理所刘宝辉和孔凡江团队结合分子模块育种理念，通过将早熟模块 e1-as 导入底盘品种中，选育了中早熟、高油、高光效、高产品种“东生 77”，早熟、高油、高产品种“东生78”和高油高产品种“东生 79”。“东生 77”于 2015 年 5 月通过黑龙江省农作物品种审定委员会审定，平均每公顷产量为 3 226.3 公斤，较对照品种绥农 26 增产 7.3%，累计示范推广面积 78 万亩，增加经济效益 2 511 万元，适宜于黑龙江省所在的第二积温带种植。“东生 78”于 2017 年 1 月通过黑龙江省农作物品种审定委员会审定，比对照品种“合丰 50”平均增产 10.2%，累计示范推广面积 2.5 万亩，增加经济效益 93.7 万元。“东生 79”于 2018 年 1 月通过黑龙江省农作物品种审定委员会大豆专业委员会审定，两年区域试验和生产示范试验平均脂肪含量 24.16%，是黑龙江省1966 年以来育成的 485 个品种中含油量第一个突破 24%的品种。