开启中国设计育种新篇章——“分子模块设计育种创新体系”战略性先导科技专项进展

"分子模块设计育种创新体系"战略性先导科技专项以水稻为主,小麦、鲤等为辅,利用野生种、农家品种和主栽(养)优良品种等种质资源,综合运用基因组学、系统生物学、合成生物学等手段,解析高产、稳产、优质、高效等重要农艺(经济)性状的分子模块,揭示水稻复杂性状全基因组编码规律,发展多模块非线性耦合理论和"全基因组导航"分子模块设计育种技术,优化多模块组装的品种设计的最佳策略,建立从"分子模块"到"设计型品种"的现代生物技术育种创新体系,为实现全基因组水平多模块优化组装、培育新一代超级品种提供系统解决方案。文章介绍了该专项的背景、总体目标、研究内容、进展及发展展望。     

我国大豆分子设计育种成果与展望

大豆是重要的粮油兼用作物,同时也是人类优质蛋白及畜牧业饲料蛋白的主要来源,在我国粮食结构中占有重要地位。目前,我国育种技术主要以常规育种为主,大豆科学研究和生产水平明显落后于美国。通过中国科学院战略性先导科技专项(A类)"分子模块设计育种创新体系"的实施,已经鉴定到若干高产、优质分子模块,解析了部分重要农艺性状的模块耦合效应,创制了一批大豆优异种质材料,成功培育多个高产、优质的初级模块大豆新品种,初步建立了大豆分子模块设计育种体系。未来,应继续加强种质资源的系统评价、挖掘利用和创制,推动自主性整合公共数据库构建,健全数据共享机制,大力开展大豆高产稳产突破性技术和豆粕替代饲料的研究,加快分子设计育种和人工智能育种创新体系建设,培育具有突破性的大豆新品种,创制绿色高效栽培技术,增强我国大豆自产能力,缓解大豆需求缺口。     

我国牧草育种现状与展望

高产优质牧草品种是保证我国草牧业可持续发展的关键。但我国牧草育种起步晚,工作进程十分缓慢,严重缺乏具有自主知识产权的牧草品种。由于牧草一般具有自交不亲和、异花授粉、多倍体遗传、近交退化等特性,很难解析其重要农艺性状,导致牧草育种技术还停留在杂交选育为主的"2.0时代"。分子设计育种是加快牧草新品种选育的好手段,但目前尚缺乏适用于牧草分子设计的理论和技术体系。为抢占牧草分子育种先机,中国科学院布局了战略性先导科技专项(A类)"创建生态草牧业科技体系",以攻克"牧草复杂基因组功能解析"这一"卡脖子"技术,发展基于分子设计理念的牧草育种新技术,实现从传统育种到定向分子育种的跨越,培育具有自主知识产权的高产优质牧草品种。     

鱼类遗传育种发展现状与展望

鱼类重要经济性状的分子基础解析及其遗传改良技术的创建驱动了我国水产种业的蓬勃发展。在分析我国鱼类遗传育种的起源、发展和现状的基础上,文章总结了在"分子模块设计育种创新体系"的支持下,以银鲫、草鱼和黄河鲤等为研究对象开展的全基因组解析,性别控制、抗病、耐低氧、饲料高效利用等分子模块解析,以及高产抗病异育银鲫新品种培育的研究进展,由此探讨了在集约化和生态化养殖趋势下未来鱼类遗传育种和水产种业的发展方向。     

小麦基因组研究现状与展望

我国是世界最大的小麦生产国和消费国,其生产对保障粮食安全具有重大战略意义。受限于普通小麦庞大且复杂的基因组,其重要农艺性状的基因克隆和分子设计育种技术发展远落后于水稻和玉米。在"分子模块设计育种创新体系"的支持下,我国科学家在破译小麦基因组研究中作出重大贡献,此外通过多年攻坚,利用"模块耦合育种"的理论已成功培育出小麦新品种。文章着重对这些重大成果和未来研究发展方向进行了阐述。     

分子设计育种研究进展

遗传改良是提升作物产量和品质的最重要推动力,但其潜力的发挥受到了常规育种技术的严重制约。近年来的研究表明,基于功能基因组学知识和技术的分子设计育种是克服常规育种技术瓶颈的有效途径。在我国水稻结构和功能基因组研究已获得重要成果的基础上,结合国际分子育种领域的最新进展,中科院拟系统开展水稻和小麦品种分子设计研究,建立和完善多基因组装分子设计育种的理论和技术体系,实现传统遗传改良向品种分子设计的跨越,培育出具有高产、优质、高效、抗病虫、耐逆和稳产性状的水稻和小麦新品种。     

分子模块设计育种创新体系

我国是一个农业大国,水稻、小麦、鱼等主要农业品的持续稳定生产对保障我国农业可持续发展具有重大的现实和战略意义。近年来主要农产品的产量和品质都处于一个徘徊不前的局面,难以满足我国粮食安全需求。因此,提高育种科技水平,发展新一代育种理论和技术体系是现代种业发展的迫切需求。基因组学、计算生物学、系统生物学、合成生物学等新兴学科的发展为解析生物复杂性状的遗传调控网络带来了机遇,也为育种技术创新奠定了科学基础。多数农艺（经济）性状受多基因调控,并具有“模块化”特性。分子模块设计育种创新体系先导专项以水稻为主,小麦、鲤等为辅,综合运用基因组学、计算生物学、系统生物学、合成生物学等手段,解析高产、稳产、优质、高效等重要农艺（经济）性状的分子模块,揭示分子模块系统解析和耦合规律,优化多模块组装的品种设计的最佳策略,建立从“分子模块”到“设计型品种”的现代生物技术育种创新体系。     

用基因技术设计未来水稻

正水稻是我国60%以上人口的主粮,培育"高产优质"型超级水稻新品种,一直是稻米种业的长期奋斗目标。"一粒种子可以改变世界",如何才能实现"多快好省"地培育出一粒好种子呢?随着功能基因组的发展,育种学家提出"品种设计育种",并认为这代表了水稻育种的发展方向。从常规育种到分子设计育种何为未来水稻?这得从水稻育种说起。长期以来,水稻育种主要利用常规育种技术,选用两个在遗传上有一定差异、性状又能互补的水稻     

创新分子育种科技 支撑我国种业发展

我国新时代社会主要矛盾的转变和粮食安全问题,对现代农业产业体系提出了更高的要求。"农以种为先",但多年来,我国种业自主创新能力不足,育种理念和手段落后,至今依然存在盲目性和主要依赖经验等突出问题。文章概述了我国科技人员创新性提出的分子模块设计育种科技体系,介绍了其理论发展、技术研发和品种设计等方面的探索与实践,并指出分子设计育种将成为未来提高种业自主创新能力,解决种业发展"卡脖子"科技的重要手段。     

面向未来的新一代生物育种技术——分子模块设计育种

我国是一个农业大国,主要农产品的持续稳定增产对保障我国粮食安全具有十分重要的战略意义。种子是粮食生产的源头。随着生命科学的迅猛发展,生物育种已成为发展现代种业的必然选择。文章概述了我国育种技术的发展现状,提出了针对农业生物复杂性状改良的“分子模块育种”概念,“分子模块设计育种创新体系”的成功构建将引领未来生物育种技术的发展方向。