中国网/中国发展门户网讯 近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所许操团队发布了“环境智能型高产-稳产作物育种新策略CROCS(Climate-responsive optimization of carbon partitioning to sinks)”，该项研究进展于北京时间2024年12月14日在国际顶尖杂志Cell发表，题为“Engineering source–sink relations by prime editing confers heat-stress resilience in tomato and rice”。这是我国在高产稳产作物育种核心技术上取得的重大突破。

该项研究基于植物生理学经典理论-源库理论，即植物体内光合产物（如碳同化物蔗糖）从“源”器官（如叶片）向“库”器官（如根、茎、果实、种子等）的运输与分配过程。该理论在作物生产实践中发挥了重要指导作用，“增源、扩库、畅流”一直是作物栽培和作物育种中实现高产稳产的根本。

许操研究员带领的智能设计育种科技攻关团队聚焦番茄细胞壁蔗糖转化酶(Cell wall invertase, CWIN)这类源库关系调控的关键枢纽基因，突破高效基因敲入技术难题，为CWIN基因植入热响应元件分子开关，使作物获得了感应温度变化自动“扩库畅流”的能力。

在温室、大棚、露地等不同栽培模式条件下的多年多点单产测试发现，顺境条件下，该方法可使番茄产量提高14-47%；高温逆境下，该方法培育的番茄种质比对照增产26-33%，可挽回高温胁迫造成的56.4%-100%的产量损失，而且改良后的番茄果实均一度、糖度等品质性状在相应条件下显著提高。

通过关键技术拓展，研究团队进一步在单子叶植物水稻中测试CROCS育种策略在高产稳产育种中的应用潜力。经过多年多点水稻单产测试表明，顺境条件下，该方法可使水稻产量提高7-13%，高温逆境下，HSE精准敲入的水稻品种比对照增产25%，可挽回高温胁迫造成的41%的稻米产量损失。

许操团队发布的CROCS环境智能育种全新策略建立了包括顺式调控元件筛选、靶向位点选择、瞬时表达验证、基因编辑器改造、种质测产与性状评价等一系列方法在内的高产稳产快速育种技术体系，首次在主要粮食和蔬菜作物中同时实现了“顺境增产，逆境稳产”环境智能型作物种质的快速创制，是不同作物通用的高产稳产快速育种技术体系，开启了环境智能型(Climate-smart)高产稳产作物育种的新时代。该研究开辟了环境智能精准设计育种新路径，为突破作物高产稳产育种瓶颈，抢占农业生物育种科技制高点，保障我国粮食安全提供全新育种策略。

过去几十年的生命科学基础研究已经鉴定出许多响应生物与非生物胁迫、养分吸收与利用以及共生微生物的顺式调控元件。这些顺式调控元件能够响应多种胁迫，如高温、低温、干旱、盐碱、光照、病原体侵害以及养分缺乏等。该系统为精准敲入环境感应分子开关，培育顺境高产逆境稳产的气候韧性作物铺平了道路，同时也为植物发育环境适应机制的基础研究提供了高效的基因编辑工具和可行的技术体系。

高产稳产番茄和水稻新种质

中国科学院遗传与发育生物学研究所许操研究员为该文章的通讯作者，博士研究生娄焕昌，助理研究员黎舒佳为文章的共同第一作者，研究得到了李家洋院士、黄学辉教授、何祖华院士的指导和大力支持。