绿色超级稻新品种选育研究进展

水稻(Oryza Sativa L.)是重要的粮食作物之一。面对农业生产与资源环境日益突出的矛盾,我国科学家提出了"绿色超级稻"的理念,并开展了卓有成效的系统研究与实践,在发掘与利用高产、优质、抗病虫、抗逆和营养高效等重要性状基因、建立全基因组育种技术平台、培育与应用绿色超级稻等方面取得了一系列的重大成果。"绿色超级稻"已经成为全球作物育种的新目标和农业可持续发展的重要举措。现概要介绍我国绿色超级稻的理论与实践的近期研究进展以及绿色超级稻选育与应用的主要成果。     

中国水稻遗传育种历程与展望

我国的水稻育种经历了矮化育种、杂种优势利用和绿色超级稻培育3次飞跃,其间伴随矮化育种(第一次绿色革命)、三系杂交稻培育、二系杂交稻培育、亚种间杂种优势利用、理想株型育种和绿色超级稻培育等6个重要历程。育种目标从唯产量是举到高抗、优质和高产并重,育种理念从高产优质逐步提升为“少投入,多产出,保护环境”。水稻功能基因组研究为第二次绿色革命准备了大量的有重要利用价值的基因,水稻育种正迈向设计育种的新时代。基因组选择技术和转基因技术将为培育“少打农药,少施化肥,节水抗旱,优质高产” 绿色超级稻保驾护航。本文对我国水稻遗传育种的发展历程进行了概括,指出了各种育种方法和育种技术的优缺点,系统介绍了水稻细胞质雄性不育和光温敏雄性核不育以及籼粳杂种不育的分子机制的研究进展,综述了水稻株型、穗型、粒形和养分高效利用相关的重要功能基因,阐明了产量与开花期联动的关系,凸显了我国水稻基础研究在国际上的重要地位。特别指出,近年来,我国水稻生产方式发生了或正在发生巨大变革,育种理念也要与时俱进。未来,杂交育种技术要与现代育种技术紧密结合,选育水稻品种不仅要满足市场需求,而且更要具备绿色健康的特点,同时还要适应新耕作制度和新耕作方法。     

功能基因组与绿色超级稻培育的研究进展

水稻是主要的粮食作物,也是功能基因组研究的模式植物之一。水稻功能基因组研究取得的成果为绿色超级稻的培育奠定坚实的基础。特别是分离克隆的一大批控制水稻高产、优质、抗病虫、抗逆和营养高效等重要农艺性状的基因以及建立的全基因组选择技术等,为绿色超级稻培育提供了基因资源和技术平台。简要介绍了水稻功能基因组研究和绿色超级稻培育的近期进展。     

绿色性状的基因定位和基因组选择的多变量方法

绿色性状的遗传改良为绿色超级稻的培育奠定了坚实的基础。绿色性状,如高产、抗病、抗逆、氮磷高效利用等,大多是受多基因控制的复杂性状。关联分析和基因组选择是对植物复杂数量性状进行遗传解析和改良的重要方法。在绿色超级稻的育种实践中,需要同时改良多个绿色性状。然而,目前关联分析和基因组选择方法大多仍专注于对单个性状的分析,忽略了性状间的相关性。现分别提出关联分析和基因组选择的多性状方法,两者充分利用了性状之间的遗传相关和环境相关信息;而模拟研究和实证研究均表明,多性状方法能有效提高基因定位和表型预测的准确性,为绿色性状的遗传改良提供重要技术支撑。     

不同基因组野生稻随机微卫星扩增多态DNA(RMAPD)遗传分析

采用32对RMAPD引物对水稻9种类型基因组的44份材料遗传多样性进行研究,PCR产物经凝胶电泳后进行带型统计并用NTSYS软件进行聚类分析．结果显示44份材料可分为AA基因组和其他基因组2个大组,其他基因组可分为BCD、EFG和HJ等3个小组;BCD小组聚类结果表明CC基因组与BBCC基因组关系亲缘最近．与CCDD基因组次之,而与AA基因组最远．结果同时表明,AA基因组野生稻和非AA基因组野生稻含丰富的栽培稻所没有的基因．RMAPD标记在群体遗传结构和亲缘关系分析等水稻遗传育种领域具有广阔的应用前景．     

国内信息

超级杂交水稻基因组计划正式启动据悉 ,中国超级杂交水稻基因组计划 5月初在北京正式启动。北京华大基因研究中心、中国科学院遗传所植物生物技术实验室和国家杂交水稻工程技术研究中心的科学家将联手破译超级杂交稻的遗传密码 ,为进一步提高水稻产量和改善品质打下基础。与今年 4月美国孟山都公司宣布无偿公开的水稻基因组项目成果———水稻 (粳稻 )基因组工作草图有所不同 ,我国将进行的是籼稻杂交稻的基因组测序。取得粳稻和籼稻两套基因组的信息 ,将大大加快水稻的育种速度 ,并有望使我国成为最先实现“超级稻计划”的国家。“超级稻计…     

东北三省2021年水稻审定品种的核心亲本遗传多样性与籼粳分化北大核心CSCD

为了阐明东北三省近年育成水稻品种的遗传基础,该研究通过对2021年育成的256个水稻新品种的系谱进行分析,确定了20个材料为育种核心亲本,并利用44对多态性SSR分子标记和34对InDel籼粳特异性分子标记分析了它们的遗传多样性和籼粳分化程度。结果表明:(1)SSR标记能够高效评价参试材料的多样性水平,共检测到130个等位基因,每个位点检测等位基因(Na)变异为2~5个,平均为2.95个;基因多样性指数(H)变异为0.10~0.75,平均为0.41;多态性信息含量(PIC)变异为0.09~0.70,平均为0.36。(2)遗传多样性分析表明,东北三省20份水稻核心亲本的整体多样性水平较低,黑龙江省核心亲本多样性略高于辽宁省和吉林省。(3)NJ聚类分析表明,20份核心亲本可以划分为3个类群,分别为辽宁类群、吉林类群和黑龙江类群。(4)遗传结构分析表明,20份核心亲本可划分为2个稳定的类群,其中辽宁省核心亲本均处于A类群,黑龙江省核心亲本均处于B类群。(5)籼粳分化分析表明,20份核心亲本遗传背景均为粳稻类型,但都含有少数籼型位点,其籼型基因频率F在0.01~0.19范围内。研究认为,东北三省水稻育种核心亲本遗传基础狭窄、使用频率较高是导致育成品种遗传多样性水平较低的可能原因,在育种中亟待挖掘新种质、引入新资源,丰富遗传背景。     

广西普通野生稻群体结构解析与核心种质构建

利用覆盖水稻12条染色体的64个分子标记,对广西境内已发现的283个野生稻自然居群按居群取样原则采集4173份代表性样本进行遗传结构分析并构建核心种质。结果显示,64个标记位点共检测出1180个等位变异,平均等位变异数为18.4375,Shannon指数为1.7367,Nei's多样性指数0.7182,表明广西普通野生稻资源遗传多样性十分丰富。同时,基于广西普通野生稻群体结构,构建了包含351份种质的广西普通野生稻核心种质,占原样本数的8.41%。广西普通野生稻核心种质,代表广西普通野生稻的多样性和特异性,为野生稻遗传资源的深入研究提供基础,从而为水稻育种提供应用信息。     

从头驯化：作物品种设计与培育的新方向

全球气候变化对农业生产带来了巨大挑战。在农业投入减少的前提下如何保障粮食生产持续稳步增长,满足人们吃饱、吃好的需求是亟需考虑的问题。培育高产、稳产、绿色、营养的新型作物品种仍然是解决该挑战的有效措施之一。作物新品种的培育高度依赖育种材料遗传多样性的拓宽和育种技术的创新。从头驯化是一种作物品种创新的全新育种策略,以具有某些优异性状的未驯化、半驯化植物作为底盘物种,通过农艺性状重新设计和驯化基因导入实现野生植物快速驯化,从而满足人类多样化需求。本文回顾了作物驯化、遗传改良历程,阐明了丰富作物多样性的必要性,强调野生植物丰富的遗传多样性对于拓展作物重新设计空间的重要价值,提出育种策略革新是加速作物育种的关键,探讨了通过从头驯化快速培育新型作物品种的可行性和发展前景。     

水稻SSR标记的遗传多样性研究进展

本文从SSR标记优点和适用于研究水稻遗传多样性入手,综述了SSR标记在水稻核心种质构建与评价、遗传结构、稻种起源演化等方面的研究进展。总结了水稻遗传多样性的地带性特征（云南是中国稻种资源的最大遗传多样性中心和优异种质的富集地;西南稻区粳稻品种遗传多样性最丰富;南方稻区粳稻品种的遗传多样性高于北方粳稻遗传多样性）、遗传多样性与生态地理位置密切相关、目前水稻品种遗传基础狭窄、多样性降低等特征,分析了遗传多样性成因及影响因素,特别指出了育种行为对遗传多样性的影响,并针对当前水稻品种遗传多样性较低的问题提出了对策。     

“绿色超级稻”助力亚非国家农业生产的可持续发展

水稻是亚洲人民的主要粮食作物,也逐渐成为非洲人民增长最快的食物来源。随着人口增长、土地减少以及资源环境的不断恶化,如何进一步保障稻米生产能力的可持续增长是我们面临的最大挑战。为了应对该挑战,中国科学家提出了"绿色超级稻"的概念。在中国政府和比尔及梅琳达?盖茨基金会的支持下,2008年启动了"为非洲和亚洲资源贫瘠地区培育绿色超级稻"的重大国际合作项目,项目执行10年来,绿色超级稻品种在亚非目标国家的适应性试验与示范推广成效显著,产生了良好的社会经济效益。现对绿色超级稻项目实施的改良回交育种技术、绿色超级稻在亚洲和非洲目标国家的品种试验、审定和推广情况及产生的社会经济效益等进行概述,并指出目前存在的问题及其对策。     

中国水稻遗传学研究进展与分子设计育种

我国是一个农业大国,水稻是保障我国粮食安全和实现农业可持续发展的主粮作物.经过几十年的努力,我国科学家在水稻遗传学和功能基因组学领域取得了瞩目的成就,特别是在水稻复杂农艺性状基因解析方面取得了一系列重要的原创性研究成果,开创了以水稻为模式作物研究复杂性状基因调控网络的新领域.随着水稻功能基因组学的发展,我国科学家率先践行了分子设计育种理念,为培育高产、优质、抗逆、营养高效利用的"绿色超级稻"提供了有效的策略,对于确保我国粮食安全具有重要的意义.     

"绿色"基因DEP1

2020年,经农业农村部确认的超级稻品种共133个,其中常规稻占45％,杂交稻占55％.这些超级稻品种一次次刷新了水稻高产的纪录,为我国水稻单产的不断攀升做出了重要的贡献.但是,高产并不是水稻生产所追求的终极目标,在保证产量和品质的基础上还应具有多个绿色性状.早在2007年,张启发院士就提出了"绿色"超级稻的育种策略和...     

基于ISSR方法的芦笋育种亲本间亲缘关系分析

为了解芦笋(Asparagus officinalis L.)育种亲本间的遗传关系,采用ISSR方法对19份芦笋育种亲本进行亲缘关系和遗传多样性分析。结果表明,18条引物共扩增出187条谱带,多态性比率达93.6%。UPGMA聚类分析表明,亲本的相似系数为0.56~0.80,在相似系数0.62处可将亲本分成3大类群,第Ⅰ类群为美国芦笋品种?绿龙?;第Ⅱ类群由荷兰品种?金林?人工培育的部分亲本和美国品种?格兰德?组成;第Ⅲ类群为其余亲本组成。同一品种不同个体间也可能存在较大的遗传距离,芦笋经倍性育种培育出的个体表现出丰富的遗传多样性。这为芦笋杂交育种中的亲本筛选提供了理论依据。     

我国陆地棉基础种质遗传多样性的SSR分子标记分析

利用398对BNL、JESPR、TMB等SSR引物,对不同亲本来源、不同选育时期、不同种植生态区的43份陆地棉基础种质进行了遗传多样性的SSR分子标记分析。扩增产物用8％的非变性聚丙烯酰胺凝胶检测,银染观察并照相。遗传多样性带型分析按位点多态信息量（PIC）,Shannon-weaver多样性指数（H^＋）等方法,利用NTSYSpc2．1软件计算品种间的遗传相似系数（Jaccard系数）,并用类平均法（UPGMA）进行聚类。结果表明所选择多态性引物分布在棉花基因组的第3、4、5、8、9、10、16、18、20、23号等染色体上,36对多态性引物在基础种质中扩增等位基因130个,其中多态性等位基因占80％,每个引物扩增等位基因2～8个,平均3．6个,PIC为0．278～0．865,平均0．62,基因型多样性（H^＋）为0．451～2．039,平均1．102,基础种质问SSR遗传相似系数平均为0．610,变幅为0．409～0．865,这说明所选基础种质基因组水平的多样性较丰富,变化范围大、代表性强。按品种不同选育时期来讲,第一、二、三期基础种质的SSR分子标记平均遗传相似系数分别是0．587、0．630、0．630,说明现代基础种质比早期基础种质在基因组水平的差异呈下降的趋势,可能是由于育种者偏重于使用优质高产性状的亲本品种,致使我国棉花的育种基础逐渐变窄。不同棉区基础种质SSR标记性状差异大,北部特早熟棉区基础种质间的SSR标记的多样性大于黄河、长江棉区,主要原因是长江、黄河棉区的育种过分强调高产、优质品种选育,品种间的差异变小;基础种质中的国内品种SSR相似系数（0．624）比引进品种（0.85）高,说明国内品种在遗传多样性上目前还没有超越国外品种。总之,我国棉花现代基础种质比早期基础种质的遗传多样性呈下降的趋势,黄河、长江主产棉区基础种质的遗传多样性还没有超过国外基础种质,品种间的遗传背景较为狭窄,还必须采用多种途径丰富我国棉花种质资源的遗传多样性。     

节节麦遗传多样性及在改良普通小麦中的应用

节节麦是普通小麦D基因组的供体种,具有丰富的遗传变异,在普通小麦遗传背景日渐狭窄的今天,节节麦为普通小麦育种提供了宝贵的遗传资源。系统总结了国内外对节节麦的研究进展,对节节麦的遗传多样性和在小麦育种中的利用等方面进行综述,以期为更好地利用节节麦种质资源提供参考。     

国际水稻基因组计划

计划背景继"人类基因组计划"之后,又一项重大的基因组计划——水稻基因组计划排上了各国科学家们的日程。水稻是世界上最重要的粮食作物,全球近半数人口以水稻为主食。由于巨大的社会效益和经济效益,国际上对水稻基因组研究的竞争非常激烈。日本于1991年将水稻基因组制图列入研究规划。1997年9月,由日本科学家牵头发起"国际水稻基因组计划"     

东南亚国家引进水稻种质的遗传多样性和遗传结构分析

用72对SSR引物对316份东南亚不同地理来源的水稻种质资源进行遗传多样性和遗传结构分析。结果表明,共检测到387个等位基因,平均每对引物检测到5.375个,变幅在2~12之间;其中频率5%的稀有等位基因有293个,占全部等位基因数的75.7%。Nei基因多样性指数(He)变化幅度在0.055~0.855之间,平均为0.623。He以菲律宾的种质资源最为丰富(He=0.619),其余国家的He大小依次是越南(He=0.515)老挝(He=0.467)柬埔寨(He=0.455);聚类分析显示分为籼粳稻两大群体,地理分组不是特别清晰。AMOVA分析表明,遗传变异主要来源于不同地理类群间,且遗传分化极显著。遗传结构分析结果显示K=2时,有相对明显的遗传结构。其次是K=5时,显示菲律宾群体分为了3个比较明显的小类群,存在较为明显的遗传分化结构。东南亚引进水稻种质资源丰富的遗传多样性和遗传结构为后期水稻育种的亲本选择提供依据。     

新书介绍——《水稻遗传学和功能基因组学》

《水稻遗传学和功能基因组学》由钱前,程式华主编。本书系统地阐述了水稻经典遗传学研究、分子遗传学研究和基因组学研究的理论基础、方法、进展以及发展方向,侧重实用性,反映了作者在超级稻育种和水稻重要功能基因克隆等方面获得的突破。全书共六章,各章节既前后呼应,又独立成章,是一本涵盖水稻遗传、基因克隆及品种选育等多方面理论和实践的最新参考书。本书可供遗传育种、生     

基于基因组SNPs对东亚家马不同群体遗传多样性的评估

家马地方品种的遗传多样性是动态演变的, 并与其育种模式息息相关; 在过去约300年中, 育种者培育了具突出表型特征的标准化培育品种, 该类型品种对家马地方品种的繁育产生了巨大影响, 这是导致家马地方品种遗传多样性下降及遗传分化的主要因素之一。本研究采集了5个东亚家马地方品种(蒙古马、哈萨克马、河曲马、藏马和西南马)、2个西亚家马品种(阿拉伯马和阿哈尔捷金马)以及2个欧洲家马品种(设特兰矮马和克莱斯黛尔马)的70个样品, 并整合之前所发表的100匹内蒙古地区家马不同群体单核苷酸多态性(SNPs)数据集, 通过全基因组重测序和生物信息学方法分析了东亚家马不同群体的遗传多样性。研究发现东亚家马地方品种具有较丰富的遗传多样性, 相比欧洲和西亚品种产生了显著的遗传分化, 其中蒙古高原群体的遗传多样性最为丰富; 受杂交改良影响, 内蒙古不同群体间产生了一定程度的遗传分化; 河曲马和藏马的遗传背景最为单一, 受引种杂交繁育影响较小。本研究评估了东亚家马地方品种的遗传多样性分布格局和演化特征, 可为建立家马地方种质核心保护群体以及培育新品种提供遗传学理论支持。