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中国农业大学玉米单倍体育种技术体系引领作物育种创新与发展
2021-11-10 15:12
中国农业大学
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  纯系创制是作物育种的核心内容,常规育种一般需要8个世代以上才能获得遗传上高度纯合的自交系,而单倍体育种技术只需2个世代即可获得纯系,极大缩短了育种周期和时效,是作物育种的共性关键技术。虽然单倍体可通过多种途径产生,但多存在对材料背景依赖性较高,难以在育种中规模化应用等问题。杂交诱导单倍体技术作为一种新的高效快速育种技术,其具有快速高效和易于规模化实施等优势,已在玉米育种中得到了广泛而深度的应用并成功拓展至多种作物。

  经过二十多年研究,中国农业大学农学院陈绍江教授团队在该技术领域的理论和应用等方面取得整体性突破,主要体现在:一是克隆关键诱导基因,占领单倍体技术制高点:在国际上率先克隆了关键诱导基因ZmPLA1和ZmDMP。进一步通过不同作物诱导基因的同源基因编辑成功将该技术拓展至小麦等单子叶作物及番茄等双子叶作物。以其为基础所建立的单倍体基因编辑技术等也显示该技术在新一代核心技术的研发中所起到的关键引领作用。二是攻克单倍体育种的关键技术瓶颈,形成高效技术体系:创建了基于诱导基因分子标记的高频诱导系选育方法,成功育成系列诱导率达15%以上的高频诱导系、籽粒油分和诱导率均超10%的超高油型诱导系及组培专用诱导系等,建立了准确率达90%的单倍体自动化鉴别技术,研发的组培加倍技术使雄穗加倍率倍增至70%以上。由此,形成了以高频诱导、精准鉴别、高效加倍为特点的高效技术体系。三是强化技术融合,提升系统效能:基于单倍体技术体系特点和流程,融合传统育种和分子育种技术,形成了单倍体与回交选育结合的BH等技术,回交定向选择过程的通量和速度显著提升。同时,通过田间与分子育种评价结合形成了分子预测技术,为大量DH系的筛选评价提供了高效技术解决方案;四是集成关键技术,构建工程化DH创制平台:通过单倍体技术流程化及各高效技术的体系化集成,构建了工程化技术平台。基于此平台,可以使DH系实现周年工厂化的连续创制,满足了规模化高通量的现代育种需求;五是创新技术转化模式,促进种业技术快速转型升级:根据单倍体技术易于工程化实施的特点,相继探索了不同的技术转化模式,其中通过技术平台构建所形成的自助共享模式有力的促进了系统化整体应用。该模式通过自主组材、自助操作和自主保护等,促进了企事业单位单倍体育种技术与传统育种系统的融合,目前应用单位已覆盖了国内主要骨干企事业单位,登海种业、屯玉种业、隆平高科、垦丰种业、金色丰度、丰乐种业、敦煌种业等排名靠前的企业均已实现大规模应用,促进了新技术向新育种模式的转变,有力支撑了产业关键核心技术的更新换代。

  玉米单倍体育种技术的广泛和深度应用,已在玉米种质创新和品种选育上取得显著成效,据不完全统计,目前每年创制DH系达到30万个以上,育成DH杂交种超过200个,其中MC670在2020年创造了1663.25公斤/亩的国内高产记录,展现出DH杂交种的高产潜力。该技术在其他主要作物上的应用也为跨作物跨技术的拓展融合及引领新的产业技术变革开辟出更加广阔的前景。

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