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大豆优异种质挖掘、创新与利用获国家科技进步二等奖

2019-01-10 09:54:37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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  1月8日上午,2018年度国家科学技术奖励大会在人民大会堂隆重举行。中国农业科学院作物科学研究所邱丽娟研究员作为第一完成人,带领团队完成的“大豆优异种质挖掘、创新与利用”获得国家科技进步二等奖。

  众所周知,大豆是我国重要的植物油脂和蛋白质来源。上世纪九十年代,针对大豆生产上疫霉根腐病、灰斑病和干旱/盐碱等危害严重,大豆品种油分含量低,优异种质资源发掘滞后,高油、抗病新种质创制难度较大等问题,邱丽娟研究员联合东北农业大学、黑龙江省农业科学院佳木斯分院和绥化分院,以及内蒙古自治区呼伦贝尔市农业科学研究所等主产区优势单位,按照生物技术与传统技术相结合、优异种质挖掘与育种利用紧密衔接的思路,开展大豆优异种质挖掘、创新与利用攻关,历时20余年,在优异种质挖掘、抗逆、高油等重要性状QTL/基因发掘,抗病优质新种质创制,新品种培育和推广利用方面取得显着成效。
  立足资源研究,砥砺前行,实现在传承中创新,在创新中传承
  据悉,我国是大豆起源国,国家种质资源库内保存3万多份大豆资源,数量位居世界首位,却不是研究和利用的强国。邱丽娟研究员看在眼里,急在心里。为了能高效发掘急需的优异资源,在构建大豆核心种质,与带领团队成员一起争分夺秒,比如去武汉取样品,晚上从北京坐火车出发,白天到达后顶着烈日取样品,晚上再坐车回京,早晨到达后就直奔办公室继续工作,在构建大豆核心种质期间,这种夕发朝至型是当时的工作常态。她说这样既可以省住宿费,又节省时间,何乐而不为。当时,如何用分子方法构建核心种质,没有可参考的方法,她指导学生探索用不同方法对SSR标记进行筛选,提出了核心引物的概念,并首次将资源结构分析应用于资源分类,后来均被水稻、小麦等作物所参考和利用。由于用SSR标记鉴定资源的份数比较多,当时又没有简便快捷的方法,她就像个司令员一样,每天都带领实验室老师和学生分析数据、协调进度,既有鉴定、又有质量检查,带出了一支团结协作攻关的队伍。现在提起当时的情景,无论是学生和老师都深有感触,有了这种高强度的历练,在新的岗位上,任何工作困难都不在话下。通过不懈努力,邱丽娟研究员首次提出大豆核心种质构建的最佳取样策略,率先从库存种质资源中创建代表性强、遗传多样性丰富的核心种质和应用核心种质,不但使我国国家种质资源库中的大豆种质资源得到了系统的收集、储存、分类和部分特性鉴定,而且为美国、日本和巴西的大豆核心种质构建,以及国内外油菜、花生、绿豆等14种农作物的核心种质研究提供了借鉴。重要的是,因为核心种质具有规模小,代表性强,遗传多样性丰富的特点,促进了资源高效精准鉴定,从中挖掘抗病、高油等优异种质149份,显着提高了优异资源评价和挖掘效率,为解决疫霉根腐病、灰斑病、盐碱等危害,提升含油量等育种提供了丰富亲本资源。
  开创分子标记辅助创制抗病优质新种质新思路,解决了品质和产量难以协同提高的难题
  为解决高效发掘优异基因难的问题,邱丽娟研究员带领项目组协作攻关,从核心种质中选择代表性资源,进行了从头测序。她指导团队从不同角度对组装的序列进行检测,通过协作,构建了植物领域第一个泛基因组,全面揭示大豆基因组遗传变异特征,为基因发掘和分子育种提供了信息和工具,结果发表在国际高水平杂志Nature Biotechnology等。利用优异资源和核心种质,挖掘抗病、耐盐、高油等重要性状QTL/基因占国内外已发表相关性状QTL的65.1%。即包括72个贡献率大于15%的主效基因,还包括国际首个产量相关基因GmTfl1(国际合作)、新命名的抗疫霉根腐病新基因Rps10及图位克隆的耐盐关键基因GmSALT3,为分子标记辅助大豆新品种培育提供了必要信息。在耐盐基因发掘过程中,她打破常规,将耐盐性当做质量性状进行鉴定,并拓展了集团分离分析方法,指导学生不仅构建了两个后代池,还构建了两个品种池,由于方法创新,仅筛选了100多个RAPD标记就鉴定出紧密连锁的标记,为耐盐基因GmSALT3克隆奠定了基础。她带领团队根据定位和克隆QTL开发实用分子标记,通过杂交聚合,构建变异广泛的大分离群体,创制聚合至少3个QTL的新种质8份。如首次耐疫霉根腐病的CH19、多抗的中品03-5373等。这些新种质已成为重要育种亲本,培育出抗灰斑病、蛋白质油分高达64.9%蒙豆36等优质高产品种,实现了品质和产量协同提高。
  一分耕耘,一分收获,促进品种更替;团结协作推动我国大豆应用基础研究步入国际行列
  解决大豆生产问题是根本目的。她勤学好问,常说“知识到用时方恨少”。她不仅向前辈学习、还注重与同行的交流与协作,继承和发扬资源的鉴定与创新,加强发掘和创新资源的分发利用。通过创建的大豆种质资源表型和基因型等信息高效共享平台,为国内140个(次)单位提供核心种质和优异资源4万余份次,为克山1号、冀黄13等103个新品种提供了优异血缘,据不完全统计,仅49个品种的累计推广面积已达到 1.26亿亩,显示了巨大的应用潜力。她做事认真负责,讲究成效,既善于出点子、又努力践行,团队成员都乐于与她合作。在她的带领下,项目组通过联合攻关和协同创新,育成优质抗病新品种17个。其中国审品种6个,区域试验对照品种7个,农业部推介生产主导品种6个。17个品种平均含油量21.55%,超过国家高油品种标准21.50%,其中12个高油品种平均含油量为22.35%,最高达23.57%,比普通品种高3-4个百分点,抗一种或几种病害,解决了优质和抗逆协调改良的难题,2006-2017年累计推广1.25亿亩,新增社会经济效益97.82亿元,在提高生产水平和实现农民增收中发挥了重要作用。项目组不但获国家发明专利授权9项、植物新品种权10项,出版专着4部,发表论文166篇,完全他引1,694次。而且国内同行发表在Nature Biotechnology、Nature Communication、Genome Biology等国际知名期刊的文章中,利用了共享平台提供的重要资源。大豆资源在推动我国大豆应用基础研究步入国际行列做出了重要贡献。

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