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攻克远缘杂交国际难题  为小麦育种创制优异新种质

2019-01-09 10:03:45来源:中国农业科学院作物科学研究所作者:中国农业科学院作物科学研究所编辑:bianji2
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  ??“小麦与冰草属间远缘杂交技术及其新种质创制”获国家技术发明二等奖
  从2018年度国家科学技术奖励大会上获悉,中国农业科学院作物科学研究所李立会研究员牵头完成的“小麦与冰草属间远缘杂交技术及其新种质创制”获国家技术发明二等奖。
  小麦是主要口粮作物,但是我国小麦常规育种进入艰难的爬坡阶段。遗传基础狭窄和多样性亲本资源的缺乏成为限制小麦育种取得突破的瓶颈。远缘杂交在小麦育种与生产上发挥了核心作用。冰草属植物是小麦的近缘野生种,除作为优质牧草被广为种植外,还具有多小穗、多小花的大穗特性,以及极强的抗寒、抗旱性,和对多种小麦病害表现出高度免疫性,因此冰草属物种被认为是小麦改良的最佳外源供体之一。将冰草属植物中的优异基因转入小麦,用于小麦的遗传改良,吸引了世界小麦科学家的广泛关注。从上世纪30年代开始,国际上一些权威小麦专家White、Smith、Dewey等就开始了小麦与冰草属间杂交的种种尝试,但都以失败终止了研究。将冰草基因向小麦转移,成为一个国际难题,一直未能成功。
  不畏艰难,国际难题终破解
  1985年,刚刚到中国农业科学院作物科学研究所工作的李立会坚信小麦种质资源的原始创新是小麦育种发展和保证国家粮食安全的关键。他投入了着名作物种质资源学家董玉琛院士麾下开始了他的研究历程。1988年,在董玉琛院士的指导下,李立会知难而上选题小麦与冰草属远缘杂交国际难题,带着实习生在试验田里开始了工作。通过图书馆查阅大量国内外文献资料后,他首先精挑细选了普通小麦品种Fukuho为母本,以来自新疆和内蒙古的三份四倍体冰草为父本开始了杂交实验。1988年在李立会的记忆里是满眼小麦花和炎热的日晒。由于冰草开花是在中午,为了克服远缘杂交的不亲和性,他要在小麦开花前的中午一点左右,柱头还没有完全开好,免疫蛋白尚未形成之前,将冰草的花粉用冰壶转移到麦田里做杂交,而且为避免花粉破裂整个过程必须要在5分钟内完成。这样来来回回、一朵一朵,一共杂交了几万朵花。功夫不负有心人,李立会终于成功收获第一批可育杂交种子,也就此宣告挑战这个远缘杂交的国际难题获得成功。
  率领团队,30年不辍结硕果
  在之前研究的基础上,李立会研究员率领团队一干就是30年,团队成员杨欣明高级农艺师主要负责育种新材料创制与分发利用,刘伟华研究员负责小麦-冰草异源易位系的创制与新基因发掘,张锦鹏副研究员负责冰草特异分子标记的开发与基因定位,李秀全高级实验师负责育种新材料的选择以及项目基础材料的整理和汇总。这30年的坚守只为一个信念,那就是小麦种质资源的原始创新和育种利用。自1989年以来,该项目获国家发明专利8项、植物新品种权2项;发表论文77篇,其中在 Plant Biotech. J.等刊物上发表SCI论文40篇;《利用生物技术向小麦导入冰草优异基因的研究》,获首届全国百篇优秀博士学位论文;项目整体水平达到国际领先水平。该项成果攻克了利用冰草属P基因组改良小麦的国际难题,实现了从技术研发、材料创新到新品种培育的全面突破,为引领育种发展新方向奠定了坚实的物质和技术基础,为我国小麦绿色生产和粮食安全做出了突出的贡献。
  创建新技术。创建了以克服授精与幼胚发育障碍、高效诱导易位、特异分子标记追踪、育种新材料创制为一体的远缘杂交技术体系,为破解小麦与冰草属间杂交的国际难题提供关键技术。创建在授精蛋白识别免疫系统建成初期的幼龄授粉、激素处理和幼胚拯救杂交技术,首次获得小麦与冰草属3个物种间自交可育杂种。开发出P基因组特异标记17万5千余个,解决了小麦背景下外源染色体片段或基因的高效检测与追踪问题。
  创制新材料。创制小麦-冰草异源附加系、代换系和缺失系等遗传工具材料90份,创制异源易位系等育种材料211份,实现了向小麦转移野生近缘种多个优异基因的突破。创制高产、抗病、抗逆等小麦-冰草新种质392份,向36个主要育种单位发放创新种质3157份次。
  驱动新发展。创建“在创新中利用与利用中再创新”的高效利用途径,全国优势单位利用新种质培育新品种7个、后备新品种24个,涵盖7个主要产区,证实了新种质能够在高产、优质、绿色生态等方面发挥重要作用。育成新品种累计推广种植3196.9万亩,经济效益21.33亿元。利用创新种质培育的新品种、后备新品种在引领育种发展新方向方面发挥着重要作用。
  不忘初心,砥砺前行谋发展
  利用冰草属优异基因改良小麦的研究走在了世界前沿。李立会研究员团队在冰草属优异基因改良小麦的研究领域发表论文数占到世界发表总论文的27%。响应习总书记科技创新的讲话精神,李立会研究员正满怀信心带领团队继续创制小麦育种中急需的新种质,并将这些创新种质积极分发,应用于小麦育种中以培育新品种,服务于我国的小麦产业。在科研道路上他不畏艰难、持之以恒,从经典的细胞遗传学方法发展为分子染色体工程技术,从传统的表型选择发展到冰草外源基因特异分子标记的高效追踪检测,正逐步将冰草携带的多花多实、高粒重、广谱抗白粉、条锈和叶锈病基因、株型改良的小旗叶性状、氮素高效利用等基因转入小麦,实现小麦的高产、抗逆和绿色生产。



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