在全球人口增長與氣候變化等多重因素的影響下, 糧食安全問題日益嚴峻, 作物雜種優(yōu)勢研究和生物育種技術的融合成為推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一. 作物雜種優(yōu)勢利用由來已久, 在提高作物產(chǎn)量、品質(zhì)和抗性等方面發(fā)揮了巨大作用, 作物雜種優(yōu)勢遺傳機理解析、新型雜交育種技術開發(fā)、雜種優(yōu)勢新模式探索, 以及雜種優(yōu)勢利用作物種類擴展等方面的研究持續(xù)加速. 基因編輯、單倍體技術、全基因組選擇和合成生物學等前沿生物技術, 通過與人工智能、大數(shù)據(jù)等深度融合, 顯著提升了作物雜種優(yōu)勢潛力的挖掘與利用效率,使作物能夠在更短時間內(nèi)實現(xiàn)更高效的遺傳改良和環(huán)境適應性優(yōu)化. “生物育種+雜種優(yōu)勢”的耦合, 正在重塑現(xiàn)代農(nóng)業(yè)育種新范式, 推動作物育種邁向精準化、智能化和可設計模式,為種業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展提供新動能, 為構建高產(chǎn)高效、綠色韌性、自主可控的現(xiàn)代種業(yè)體系提供科技支撐.

作物雜種優(yōu)勢與生物育種專輯

編者按

發(fā)展種業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力, 提高作物產(chǎn)量, 保障國家糧食安全

萬向元

評述

作物種業(yè)科技創(chuàng)新思路重塑: 形勢與展望

魏珣, 吳鎖偉, 萬向元

本文基于“第一屆全國作物雜種優(yōu)勢與生物育種學術大會”上專家的大會報告, 從我國種業(yè)科技創(chuàng)新的歷史、現(xiàn)狀和未來等角度出發(fā), 提出了一系列新觀點、新思路、新策略, 對我國種業(yè)振興和農(nóng)業(yè)強國建設具有重要參考價值.

魏珣, 李紫文, 祝蕾, 董振營, 張娟, 田甜, 吳鎖偉, 龍艷, 安學麗, 萬向元

基于“第一屆全國作物雜種優(yōu)勢與生物育種學術大會”報告, 綜述了作物雜種優(yōu)勢機理解析及利用技術的發(fā)展歷史,作物雄性不育機制研究進展, 以及調(diào)控重要性狀的關鍵基因; 總結(jié)了現(xiàn)代生物技術的育種應用, 以及發(fā)展種業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力的路徑, 并提出作物育種的未來研究方向.

作物生殖隔離基因及分子遺傳調(diào)控機制

張晶, 李永光, 謝振威, 趙志剛, 王超龍, 余曉文, 萬建民

生殖隔離既是物種形成和維持的關鍵機制, 也是作物遠緣雜交育種和雜種優(yōu)勢利用的主要障礙. 本文系統(tǒng)梳理了水稻、玉米和小麥中典型生殖隔離現(xiàn)象的遺傳基礎與分子機理, 探討了生殖隔離在作物遺傳改良中的潛在應用,為作物育種理論研究和應用實踐提供了參考.

植物花藥和花粉發(fā)育及其關鍵生物學事件調(diào)控機制

侯全璨, 牛菁華, 易侖, 王云杉, 吳鎖偉, 安學麗, 萬向元

本文以擬南芥、水稻、玉米為例, 詳細介紹植物花藥和花粉發(fā)育全過程特征, 系統(tǒng)綜述調(diào)控雄蕊原基形成、花藥壁發(fā)育、減數(shù)分裂、花粉壁形成、萌發(fā)孔發(fā)生、花粉有絲分裂及花藥開裂等關鍵生物學事件的基因和調(diào)控機制,為基于雄性不育技術的生產(chǎn)應用提供理論依據(jù).

丁先龍, 賀建波, 楊守萍, 蓋鈞鎰

大豆具有可資利用的雜種優(yōu)勢. 我國已建立了一套完善的“大豆-昆蟲-環(huán)境”三位一體的雜交種制種技術體系, 可使高異交率不育系異交率達90%以上, 利用“三系”(不育系、保持系和恢復系)雜交種生產(chǎn)體系已審定40余個雜種大豆品種, 雜交大豆正在向產(chǎn)業(yè)化邁進.

張春寶, 楊向東, 陳澍燕, 李紅菊

雜種優(yōu)勢利用是突破大豆產(chǎn)量瓶頸, 實現(xiàn)大豆大幅增產(chǎn)的重要途徑之一. 本文從雜交大豆優(yōu)勢潛力挖掘及提升模式、新型不育系創(chuàng)制與應用策略、親本異交率提升方法及雜交制種技術體系優(yōu)化等方面, 提出大豆雜種優(yōu)勢利用發(fā)展路徑, 為加速我國雜交大豆產(chǎn)業(yè)化進程提供了系統(tǒng)的攻關思路.

孫志忠, 陳思揚, 彭克帆, 何強, 段美娟, 袁定陽

雜種優(yōu)勢作為現(xiàn)代作物育種的核心理論, 其分子機制解析與育種應用是研究熱點. 本文從遺傳基礎、分子機理及育種應用三方面系統(tǒng)綜述了水稻雜種優(yōu)勢領域的最新進展, 提出多環(huán)境位點挖掘、優(yōu)勢群精細劃分等策略, 為深化雜種優(yōu)勢機制認知及精準育種實踐提供參考.

趙昌平, 汪德州, 張風廷, 孫輝, 付錦州, 房兆峰, 左靜紅, 郝小聰, 唐益苗

本文系統(tǒng)梳理了雜交小麥的發(fā)展脈絡, 重點呈現(xiàn)我國在光溫敏雄性不育種質(zhì)創(chuàng)制、育性調(diào)控機制解析及高效制種體系構建等方面的最新進展. 突出介紹了“京麥”系列雜交小麥在增產(chǎn)、抗逆與推廣中的應用成效, 并展望多技術融合推動雜交小麥產(chǎn)業(yè)化的未來方向.

余鈞明, 周蔚, 邵高能, 胡培松

前期研究克隆并解析了大量參與水稻重要農(nóng)藝性狀形成的基因, 然而缺乏系統(tǒng)的報道. 本文全面梳理總結(jié)了水稻產(chǎn)量、品質(zhì)及抗逆等方面最為關鍵基因的克隆研究進展, 以及探究育種的應用潛力, 這不僅加深了我們對重要農(nóng)藝性狀調(diào)控基因的理解, 也為定向精準高效水稻新種質(zhì)創(chuàng)制及新品種培育提供重要支撐.

彭文婷, 李慶, 代明球

本文全面綜述了近年來作物抗旱關鍵調(diào)控因子及改良策略, 介紹了作物干旱響應和調(diào)控機制, 總結(jié)了多組學在挖掘抗旱基因中的應用, 討論了抗旱基因在產(chǎn)量平衡和復合逆境脅迫下的作用, 介紹了植物生長調(diào)節(jié)劑及根際微生物提高作物抗旱性的應用研究, 為作物抗旱改良提供新策略.

尤佳琦, 王茂軍, 張獻龍

作為重要經(jīng)濟作物, 棉花纖維品質(zhì)備受關注. 華中農(nóng)業(yè)大學棉花遺傳改良團隊聚焦主栽棉種——異源四倍體陸地棉, 深入剖析其在轉(zhuǎn)錄、表觀修飾及三維結(jié)構等多層面的“亞基因組不對稱性”, 提出了利用亞基因組“加性效應”改良纖維品質(zhì)的新策略.

論文

基因編輯創(chuàng)制玉米溫敏型不育系及其雜交制種應用評估

侯留迪, 時點石, 高照旭, 朱金潔, 劉昌林, 謝傳曉, 祁顯濤

本研究利用CRISPR/Cas9技術編輯玉米ZmTms5基因, 創(chuàng)制出11個溫敏核不育系突變體. 這些材料在28℃高溫下表現(xiàn)雄性不育, 25℃低溫恢復育性. 經(jīng)全國14個生態(tài)區(qū)驗證, 該不育系表型穩(wěn)定, 并確定了適宜繁種和制種的區(qū)域.該成果建立了基于溫度調(diào)控的“一系兩用”玉米雜交種生產(chǎn)體系, 為雜交玉米高效制種提供了新方案.

楊揚, 田紅麗, 易紅梅, 王璐, 范亞明, 常詩惠, 王鳳格, 宋偉, 趙久然

“完全分子標記法”能通過分析玉米單交種的DNA指紋, 快速推斷其雜種優(yōu)勢模式, 為追溯玉米品種遺傳背景提供了簡便有效的技術手段. 此方法不僅有助于精準推廣栽培品種和評估遺傳多樣性, 還對保障國家糧食安全具有重要意義.

GhWRKY33-like調(diào)控棉花抗黃萎病的分子機制研究

陳艷麗, 于妍, 周昊丹, 李佳寧, 王乾坤, 趙巖, 靳冬, 段紅英, 劉理森, 葛曉陽, 李付廣

棉花黃萎病嚴重威脅棉花生產(chǎn). 本研究從陸地棉中克隆到受大麗輪枝菌誘導的GhWRKY33-like轉(zhuǎn)錄因子, 其過表達顯著增強棉花抗病性. DAP-Seq分析發(fā)現(xiàn), GhWRKY33-like通過直接結(jié)合磺肽素受體基因GhPSKR2的啟動子抑制其表達, 從而正調(diào)控抗病性. 該研究為棉花抗病育種提供了重要分子靶點和育種材料.

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