水稻分子模块设计研究成果与展望

展望

在先导专项资助下，凝聚了一支包括基础研究、技术研发和育种的研究队伍，建立了水稻种质资源库和基因组数据库，获得了一批有重要育种价值的分子模块，在水稻高产优质协同改良、感受与抵御低温、广谱持久抗病与产量平衡、氮高效利用、高产性状杂种优势机制等方面取得了有重要国际影响力的成果，分子模块设计育种技术体系得到实验验证。

但水稻是一个复杂的生命系统，除了基因以及基因间互作外，性状的形成还涉及基因与环境的互作，我们对复杂性状的遗传网络的认识还非常有限，获得的可用于设计育种的重要基因相对较少，还缺乏在基因组层面检测或预测基因-基因或基因-环境因子互作的生物学效应的数学模型，这些是建立和完善从“分子模块”到“设计型品种”的现代育种创新体系的制约因素。

下一阶段的方向应将围绕着 3 个方面开展工作：①计算生物学和机器学习等途径揭示农艺性状调控的分子网络。充分利用水稻种质资源和基因组数据，扩大国际交流与合作，联合利用功能基因组学技术及基因组编辑技术加速种质和基因资源的发掘和利用，明确基因变异､功能变化以及调控网络。②以绿色分子设计为目标实现品种的精准设计。系统评价水稻种质资源材料的产量、品质、逆境抗性和养分利用效率等性状，构建在基因组层面检测或预测基因-基因或基因-环境因子互作的生物学效应的数学模型，实现基因型和环境因素及其耦合效应的预测，以建立需求导向的作物设计方案，推动作物的精准设计。③以水稻分子设计模式应用于复杂基因组作物小麦品种设计。推动传统育种向高效、精准、定向的分子设计育种转变，最终促成水稻等粮食生产的现代化、规模化和高效性发展。（作者：薛勇彪 韩斌 种康 王台何 祖华 傅向东 储成才 程祝宽 徐云远 李明 中国科学院遗传与发育生物学研究所北京 中国科学院植物研究所北京 中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所上海 《中国科学院院刊》供稿）