水稻分子模块设计研究成果与展望

水稻分子模块设计育种取得丰硕成果

“全基因组导航”分子模块设计育种技术得到实验验证

“全基因组导航”分子模块设计育种技术，通过对基因组进行扫描检测，高效预测现有推广品种中所遗缺或者需要改良的基因型组合，根据已有分子模块及其互作关系，设计品种改良的最佳路径，并借着基因组信息快速、准确地预测杂交群体中哪一个体是聚合众多优良基因型的个体，为育种家培育理想品种提供最佳育种策略和方案。利用此技术，明确了我国东北稻区、长江中下游稻区、黄淮稻区主栽品种所遗缺的分子模块或需要改良的基因组合；然后针对不同品种遗缺的分子模块和需要改良的基因组合，通过导入 1 个、2 个或 2 个以上分子模块；结合全基因组选择，已培育了 30 多个设计型水稻新品种，其中 4 个已通过国家审定。这些研究验证了分子模块设计育种技术可行性。这些分子模块品种的育成和推广，切实解决了我国主产稻区现存水稻品种的缺陷，为相关稻区水稻生产发挥重要的推动作用；同时建立和完善了以水稻为主的分子模块设计育种创新体系，最终将带动其他主要农作物品种的升级换代，引领我国农业领域新兴种业的发展。

水稻分子模块品种显示巨大的生产潜力

东北稻区是我国优质米生产基地和商品粮基地，商品粮贡献率高达 70%。近年来水稻主栽品种种性退化、稻瘟病频发等因素严重影响稻米的生产。运用分子模块设计育种理论和技术，笔者团队培育出多模块耦合新品种“中科 804”和“中科 902”。其中，“中科 804”以“吉粳 88”为底盘品种，耦合了粒型模块 GS3、稻瘟病抗性模块 Pi5 等，2017 年通过国家品种审定，适合东北地区第一积温带稻区种植。“中科 902”以“空育 131”为底盘品种，将抗稻瘟病模块 Pizt、Pi35、Pb1、Pi21 以及香味模块 Badh2 耦合育成，2017 年通过黑龙江省品种审定，有望成为黑龙江第三积温带主栽品种，解决该稻区 3 500 万亩水稻生产的瓶颈问题。

长江中下游稻区是我国南方水稻的主要产区，近年来主栽品种退化严重。通过耦合 ipa1-2D，以及稻瘟病抗性模块 PiZ、Pi5 等，育成高产、抗稻瘟病的“嘉优中科”1 号、2 号、3 号杂交粳稻新组合，顺利通过省级品种审定。其中，“嘉优中科 1 号”具有高产、多抗、早熟、矮秆、大穗等特点，2017 年在江苏沭阳进行了 1.4 万亩示范，实测平均亩产 850 公斤，比当地主栽品种亩产增加 200 公斤以上。“嘉优中科 2 号”具有籼稻株型和粳稻品质，具有高产、多抗、早熟、优质等特点。“嘉优中科 3 号”2016 年在江苏沭阳完成 1.1 万亩示范，亩产达 917.7 公斤。“嘉优中科”系列模块新品种的育成和推广，实现了水稻优质、高产、多抗的完美结合，为李家洋院士团队获得 2017 年国家自然科学奖一等奖作出贡献，系列成果被《人民日报》《光明日报》、新华社、中央电视台等 10 多家新闻媒体报道。

针对杂交稻米品质亟待提高的重大需求，将多个高产、优质、抗病、高效等模块进行全基因组聚合，育成亚种间杂交稻新组合“中禾优 1 号”。该品种适应性强，从黄淮稻区到长江中下游稻区均能种植，兼具籼稻的外观和粳稻的口感，实现了高产和优质的完美结合，切实解决杂交稻米质差的问题；实测亩产 937.6 公斤，比对照“徐稻 3 号”增产 20.8%，品质达国标 2 级，并于 2018 年获得国家品种审定。同时，针对黄淮稻区直播稻品种的缺乏，以“武运粳 8 号”为底盘品种，通过导入早熟、抗稻瘟病、抗条纹叶枯病等模块，育成了优质高产粳稻品种“中科盐 1 号”，并于2018 年获得国家品种审定。