抗病、抗蟲(chóng)、耐淹、耐寒、氮高效……在水稻培育追求“高產(chǎn)”的過(guò)程中，很可能會(huì)丟失一些重要的基因，水稻品種“多樣性”減少。如何找回稀缺的基因資源，以更好地研究稻屬的遺傳變異，成為深圳數(shù)位科學(xué)家的研究課題。

近日，《細(xì)胞生物學(xué)（CellResearch）》雜志上發(fā)表了由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（下稱“基因組所”）牽頭組織，與中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)水稻研究所、中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所等單位聯(lián)手完成的稻屬超級(jí)泛基因組，助力水稻種質(zhì)資源遺傳變異挖掘和利用。

面向全球收集水稻核心種質(zhì)資源

世界上近一半人口，食用水稻去殼后的大米。考古學(xué)研究成果揭示，人類最早栽培水稻的歷史距今已有逾1萬(wàn)年。“水稻在培育過(guò)程中‘多樣性’持續(xù)減少，更側(cè)重于‘高產(chǎn)’勢(shì)必會(huì)丟失很多重要的基因，比如抗病、抗蟲(chóng)、抗旱、氮高效等。”在接受羊城晚報(bào)采訪時(shí)，該研究的錢前院士團(tuán)隊(duì)成員、第一作者、基因組所研究員商連光認(rèn)為，水稻不僅僅是要高產(chǎn)，更要適應(yīng)復(fù)雜多變的生態(tài)環(huán)境，如果未來(lái)全球氣候異常，遇到突發(fā)的忽冷忽熱天氣，側(cè)重高產(chǎn)的水稻一時(shí)之間無(wú)法承受，最嚴(yán)重的后果是顆粒無(wú)收。

稻屬包括亞洲栽培稻和非洲栽培稻兩個(gè)栽培種，它們分別從普通野生稻和短舌野生稻馴化而來(lái)。在水稻基因組學(xué)研究上，中國(guó)一直走在世界前列。20年前，中國(guó)科學(xué)家獨(dú)立繪制完成并成功“解讀”了水稻基因組序列，這也是人類第一次在基因組層面認(rèn)識(shí)了水稻。5年間，中國(guó)科學(xué)家已完成構(gòu)建4個(gè)水稻泛基因組。

泛基因組，是一個(gè)物種內(nèi)所有基因組信息的總和。該研究的第一作者、基因組所博士后賀慧英表示，該項(xiàng)研究通過(guò)地理分布來(lái)源、基因型和表型變異精心選擇了具有高度代表性的251份水稻材料，其中包括了202份亞洲栽培稻核心種質(zhì)材料、28份普通野生稻、11份非洲栽培稻和10份短舌野生稻。

為了把“關(guān)鍵基因”找回來(lái)，拓寬水稻的多樣性，錢前院士團(tuán)隊(duì)等科研人員面向全球收集水稻種質(zhì)資源，系統(tǒng)地評(píng)估不同的表型。“有的耐水淹，有的氮高效，有些高產(chǎn)但品質(zhì)不好，有些品質(zhì)好但不高產(chǎn)，我們把這些水稻種質(zhì)梳理起來(lái)，為后續(xù)研究提供便利。”目前，科研人員將這251份水稻資源種植在深圳市大鵬新區(qū)的中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳綜合試驗(yàn)基地。這些水稻之間株型差異甚大，最高的2米，最矮的僅70厘米，都是非常具有代表性的全球核心種質(zhì)資源。

商連光等人嘗試將水稻“關(guān)鍵基因”找回來(lái)

構(gòu)建全鏈條的人工智能育種體系

“保障國(guó)家糧食安全，第一個(gè)要做到的就是種源自主可控，好的種子在高產(chǎn)的同時(shí)，還要具備各種優(yōu)良的性狀，比如更有營(yíng)養(yǎng)、更多抗。”商連光介紹，通過(guò)對(duì)251份水稻材料全部測(cè)序，可以很清楚的看到哪個(gè)品種里面帶著什么基因，從而快速地聚合育種。

在以往，研究人員主要是靠經(jīng)驗(yàn)、表型觀察和不斷地嘗試把兩個(gè)水稻品種做雜交，以實(shí)現(xiàn)基因克隆和種質(zhì)創(chuàng)新，過(guò)程往往耗費(fèi)很多年。而如今，基于系統(tǒng)的超級(jí)泛基因組，可以快速克隆基因并組合。論文第一作者，助理研究員袁巧玲舉例，A品種抗病，B品種耐淹，可以通過(guò)一些手段，創(chuàng)造新的既抗病又耐淹的種質(zhì)資源。

在技術(shù)創(chuàng)新方面，研究團(tuán)隊(duì)還構(gòu)建了一個(gè)技術(shù)體系，這是一種人工智能的育種體系，涵蓋種質(zhì)資源收集、基因組測(cè)序、基因挖掘、智慧育種等全鏈條。“這個(gè)技術(shù)體系是領(lǐng)先全國(guó)的，并且也適用于其他作物。”該研究的第一作者、在讀博士生李笑霞告訴記者，以往基因組拼接過(guò)程中，存在耗時(shí)、耗力、成本高等問(wèn)題，而通過(guò)團(tuán)隊(duì)人員阮玨團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的全基因組組裝軟件（WTDBG），可以快速高效地組裝成完整的基因組。

該研究的并列第一作者魏昭然認(rèn)為，結(jié)合這項(xiàng)研究所取得的高質(zhì)量組學(xué)數(shù)據(jù)，育種人員還可充分利用這251份水稻資源，進(jìn)行優(yōu)異基因聚合，創(chuàng)制新的育種材料，實(shí)現(xiàn)更高水平的分子設(shè)計(jì)育種，加速完成將更多優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、廣適、綠色水稻的良種材料把握在自己手中的使命。

研究人員在觀察水稻長(zhǎng)勢(shì)

251份水稻種植在中國(guó)農(nóng)科院深圳綜合試驗(yàn)基地

新品種新成果新突破不斷涌現(xiàn)

種業(yè)，被譽(yù)為農(nóng)業(yè)的“芯片”。“產(chǎn)學(xué)研用”緊密結(jié)合，是推動(dòng)生物育種向產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)的關(guān)鍵。深圳是全國(guó)最早發(fā)展生物育種產(chǎn)業(yè)的城市之一，目前已初步形成“育繁推一體化，產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合”的現(xiàn)代種業(yè)體系，新品種、新成果、新突破不斷涌現(xiàn)。

根據(jù)《廣東省推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化“十四五”規(guī)劃》，深圳在農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程、“粵強(qiáng)種芯”工程等方面承擔(dān)著重要使命，提出支持深圳打造農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新先行示范區(qū)，加快打造深圳國(guó)際種業(yè)硅谷（中心）。“深圳雖然沒(méi)有農(nóng)民，但可以引領(lǐng)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，充分發(fā)揮高科技農(nóng)業(yè)的創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)。”商連光認(rèn)為，研究團(tuán)隊(duì)的成果還能推動(dòng)個(gè)性化食品的定制。比如功能性食品，一些糖尿病患者，對(duì)大米淀粉含量有要求，通過(guò)基因組合，實(shí)現(xiàn)更為個(gè)性化的食品定制。

記者從基因組所了解到，研究所致力于推動(dòng)科研成果轉(zhuǎn)化落地，已通過(guò)直接持股或間接持股的形式成立16家企業(yè)，在2019年成立了中農(nóng)投控集團(tuán)作為基因組所科技轉(zhuǎn)化、產(chǎn)業(yè)經(jīng)營(yíng)的主體單位，采用市場(chǎng)化的創(chuàng)新模式為基因組所進(jìn)行科技成果轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)經(jīng)營(yíng)。代表性企業(yè)有中農(nóng)美蔬（深圳）科技有限公司等。

成立于2021年03月的中農(nóng)美蔬，主要基于消費(fèi)者體驗(yàn)利用全基因組設(shè)計(jì)育種技術(shù)進(jìn)行美味番茄等蔬果新品種的培育。中農(nóng)美蔬通過(guò)自主研發(fā)功能性蔬果產(chǎn)品，打造具有品牌效應(yīng)的高科技農(nóng)業(yè)技術(shù)企業(yè)，開(kāi)創(chuàng)了“從消費(fèi)者需求出發(fā)，通過(guò)種子到田間再回到消費(fèi)者”的全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)集成服務(wù)模式。中農(nóng)美蔬備受投資機(jī)構(gòu)青睞，目前已獲得IDG等投資機(jī)構(gòu)700萬(wàn)元的天使輪投資，推出深愛(ài)系列番茄新品種7個(gè)，并已在廣東省韶關(guān)市、河源市、江西省贛州市等地相繼推廣種植，預(yù)計(jì)在今年年底完成第二輪融資。

中農(nóng)美蔬推出深愛(ài)系列番茄新品種

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