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大豆優異種質挖掘的新突破

發布于:2019-04-03 09:14   作者:李麗穎   來源:農民日報

大豆是我國重要的植物油脂和蛋白質來源,但大豆生產上疫霉根腐病、灰斑病和干旱/鹽堿等危害嚴重,大豆品種油分含量低,優異種質資源發掘滯后,高油、抗病新種質創制難度較大等問題一直困擾著大豆產業。從上世紀九十年代起,中國農業科學院作物科學研究所研究員邱麗娟帶領團隊開展大豆優異種質挖掘、創新與利用攻關,歷時20余年,在優異種質挖掘、抗逆、高油等重要性狀QTL/基因發掘,抗病優質新種質創制,新品種培育和推廣利用方面取得顯著成效。1月8日,邱麗娟研究員作為第一完成人,帶領團隊完成的“大豆優異種質挖掘、創新與利用”項目獲得國家科技進步二等獎。

數量居首位卻非研究利用強國

我國是大豆起源國,國家種質資源庫內保存3萬多份大豆資源,數量位居世界首位,卻不是研究和利用的強國。邱麗娟看在眼里,急在心里。

要想高效發掘急需的優異資源,就必須構建大豆核心種質,為此,邱麗娟帶領團隊成員一起爭分奪秒。比如他們去全國各地取樣品,經常第一天晚上從北京坐火車出發,第二天白天到達后頂著烈日取樣品,晚上再坐車回京,第三天早晨回京后就直奔辦公室繼續工作。邱麗娟回憶說:“在構建大豆核心種質期間,夕發朝至是當時的工作常態。這樣既可以省住宿費,又節省了時間,何樂而不為?”

當時,如何用分子方法構建核心種質,沒有可參考的方法,邱麗娟指導學生探索用不同方法對SSR標記進行篩選,提出了核心引物的概念,并首次將資源結構分析應用于資源分類,后來均被水稻、小麥等作物所參考和利用。由于用SSR標記鑒定資源的份數比較多,當時又沒有簡便快捷的方法,她每天都帶領研究生分析數據、協調進度,既有檢測、又有質量把關。通過不懈努力,邱麗娟首次提出大豆核心種質構建的最佳取樣策略,率先從庫存種質資源中創建代表性強、遺傳多樣性豐富的核心種質和應用核心種質,不但使我國國家種質資源庫中的大豆種質資源得到了系統的收集、儲存、分類和部分特性鑒定,而且為美國、日本和巴西的大豆核心種質構建,以及國內外油菜、花生、綠豆等14種農作物的核心種質研究提供了借鑒。

更重要的是,因為核心種質具有規模小,代表性強,遺傳多樣性豐富的特點,促進了資源高效精準鑒定,從中挖掘抗病、高油等優異種質149份,顯著提高了優異資源評價和挖掘效率,為解決疫霉根腐病、灰斑病、鹽堿等危害,提升含油量等提供了豐富的育種親本資源。

構建植物領域第一個泛基因組

為解決高效發掘優異基因難的問題,邱麗娟帶領項目組協作攻關,從核心種質中選擇代表性資源,進行了從頭測序。她指導團隊從不同角度對組裝的序列進行檢測,通過協作,構建了植物領域第一個泛基因組,全面揭示大豆基因組遺傳變異特征,為基因發掘和分子育種提供了信息和工具。

邱麗娟和她的團隊利用優異資源和核心種質,挖掘抗病、耐鹽、高油等重要性狀QTL/基因占國內外已發表相關性狀QTL的65.1%。包括72個貢獻率大于15%的主效基因。在國際上新命名了抗疫霉根腐病新基因Rps10,通過國際合作首次發掘產量相關基因GmTfl1(國際合作)耐鹽關鍵基因Gm?SALT3,為優異基因型選擇提供理論依據和技術支撐。

在耐鹽基因發掘過程中,邱麗娟打破常規,將耐鹽性當作質量性狀進行鑒定,并拓展了集團分離分析方法,指導學生不僅構建了兩個后代池,還構建了兩個品種池,由于方法創新,僅篩選了100多個RAPD標記就鑒定出緊密連鎖的標記,為耐鹽基因GmSALT3克隆奠定了基礎。她帶領團隊根據定位和克隆QTL開發實用分子標記,通過雜交聚合,構建變異廣泛的大分離群體,創制聚合至少3個QTL的新種質8份。包括耐疫霉根腐病的CH19、多抗的中品03-5373等。利用新種質培育出抗灰斑病、蛋白質油分高達64.9%的蒙豆36等優質高產品種,實現了抗性、品質和產量的協同提高。

49個品種累計推廣面積超億畝

邱麗娟和她的團隊創建的大豆種質資源表型和基因型等信息高效共享平臺,為國內140個(次)單位提供核心種質和優異資源4萬余份次,為克山1號、冀黃13等103個新品種提供了優異血緣,據不完全統計,僅49個品種的累計推廣面積已達到1.26億畝,顯示了巨大的應用潛力。

在邱麗娟的帶領下,項目組通過聯合攻關和協同創新,育成優質抗病新品種17個。其中國審品種6個,區域試驗對照品種7個,農業農村部推介生產主導品種6個。17個品種平均含油量21.55%,超過國家高油品種標準21.50%,其中12個高油品種平均含油量為22.35%,最高達23.57%,比普通品種高3-4個百分點,抗一種或幾種逆境,解決了優質和抗逆協調改良的難題,2006-2017年累計推廣1.25億畝,新增社會經濟效益97.82億元,在提高生產水平和實現農民增收中發揮了重要作用。

項目外利用共享資源育成新品種103個,如利用中品661品種項目外培育冀黃13等19個新品種。項目外單位利用核心種質創制了不育系基礎輪回群體,已納入到國家大豆產業技術體系和“十三五”重點研發計劃研究內容,被推介給全國三大主產區用于構建基因庫,拓寬品種遺傳基礎,加速突破性新品種培育。大豆核心種質和優異資源的應用潛力被進一步擴大,為推動我國大豆應用基礎研究步入國際行列作出了重要貢獻。

責任編輯:張瑤
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