中國科學(xué)家用優(yōu)良基因“模塊”組裝出超級(jí)水稻

在水稻起源之地，先進(jìn)的基因組技術(shù)可能將徹底改變這種古老作物的未來。中國科學(xué)家如拼搭樂高積木般，將超高產(chǎn)、品質(zhì)改良和抗性提升等優(yōu)秀基因“模塊”“組裝”成了一種前所未見的超級(jí)水稻。

10月31日，在江蘇省沭陽縣青伊湖農(nóng)場，名為“嘉優(yōu)中科1號(hào)”的超級(jí)水稻迎來了豐收。研究團(tuán)隊(duì)成員、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物研究所副研究員劉貴富正緊張地指揮著稻田的收割和測產(chǎn)。

10月31日，在江蘇省沭陽縣青伊湖農(nóng)場，中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋院士(左)、劉貴富副研究員(右)等在查看嘉優(yōu)中科1號(hào)水稻生長情況。 新華社記者 金立旺 攝

他希望畝產(chǎn)達(dá)到850公斤，比當(dāng)?shù)卦耘嗟闹饕痉N產(chǎn)量高30%以上。在自然種植的條件下，達(dá)到這一畝產(chǎn)目標(biāo)是巨大的挑戰(zhàn)。測產(chǎn)結(jié)果讓他喜出望外：不管是傳統(tǒng)手插秧，還是更節(jié)約人力的直接播種，平均畝產(chǎn)都達(dá)到了900公斤以上。

目前，“嘉優(yōu)中科1號(hào)”正在各地大面積推廣。該研究課題負(fù)責(zé)人、中科院院士李家洋說，這一突破性技術(shù)育成的新稻種具有引領(lǐng)作用，對(duì)指導(dǎo)未來作物遺傳改良、保障國家糧食安全具有重大戰(zhàn)略意義。

“最關(guān)鍵”的基因

按當(dāng)?shù)剞r(nóng)時(shí)，“嘉優(yōu)中科1號(hào)”算一季中稻，在此地試種頗有深意：雖然這種新水稻適宜在長江中下游地區(qū)種植，但科學(xué)家特意將種植區(qū)域北移，以驗(yàn)證它在水稻生長期較短的地區(qū)，其優(yōu)點(diǎn)能否充分發(fā)揮。

結(jié)果令人滿意：在寒流到來之前，它已和現(xiàn)有稻種相繼成熟?？雌饋?，它們株高適中，葉片挺拔，稻籽已然金黃，但莖稈還是青色，用行家的話說，這樣能“抗早衰、抗倒伏”。

“分子模塊設(shè)計(jì)”神奇在何處?李家洋說，在“分子模塊設(shè)計(jì)”育種技術(shù)下，培育水稻就像“設(shè)計(jì)一個(gè)工業(yè)產(chǎn)品”。

10月31日，在江蘇省沭陽縣青伊湖農(nóng)場，專家和工作人員正在實(shí)收測產(chǎn)嘉優(yōu)中科1號(hào)水稻。 新華社記者 金立旺 攝

劉貴富說，該方法的科學(xué)基礎(chǔ)是多數(shù)農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)性狀，比如高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效等，都受到多個(gè)基因的調(diào)控，并具有“模塊化”特性?？茖W(xué)家通過解析這些基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制、彼此作用的模式，可以將它們統(tǒng)籌“設(shè)計(jì)”在一起，讓雜交、選種過程變得有目標(biāo)、可預(yù)見，育種效率獲得“革命性”的提高。

“最讓我高興的是，我們找到了最關(guān)鍵基因。”李家洋說，這種名為理想株型的分子模塊(IPA1-2D)可以讓株型更優(yōu)質(zhì)。“莖稈更粗壯，穗子大、谷粒大，這是高產(chǎn)最重要的性狀。”