抗病,、抗蟲,、耐淹、耐寒,、氮高效……在水稻培育追求“高產(chǎn)”的過程中,，很可能會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)位科學家的研究課題。

近日,，《細胞生物學（CellResearch）》雜志上發(fā)表了由中國農(nóng)業(yè)科學院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（下稱“基因組所”）牽頭組織,，與中國農(nóng)業(yè)大學、南京農(nóng)業(yè)大學,、中國水稻研究所,、中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所等單位聯(lián)手完成的稻屬超級泛基因組，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,。考古學研究成果揭示,，人類最早栽培水稻的歷史距今已有逾1萬年,。“水稻在培育過程中‘多樣性’持續(xù)減少,，更側(cè)重于‘高產(chǎn)’勢必會丟失很多重要的基因,，比如抗病、抗蟲,、抗旱,、氮高效等?！痹诮邮苎虺峭韴蟛稍L時,，該研究的錢前院士團隊成員、第一作者,、基因組所研究員商連光認為,，水稻不僅僅是要高產(chǎn)，更要適應(yīng)復雜多變的生態(tài)環(huán)境,，如果未來全球氣候異常,，遇到突發(fā)的忽冷忽熱天氣，側(cè)重高產(chǎn)的水稻一時之間無法承受,，最嚴重的后果是顆粒無收,。

稻屬包括亞洲栽培稻和非洲栽培稻兩個栽培種，它們分別從普通野生稻和短舌野生稻馴化而來,。在水稻基因組學研究上,，中國一直走在世界前列。20年前,，中國科學家獨立繪制完成并成功“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識了水稻。5年間,，中國科學家已完成構(gòu)建4個水稻泛基因組,。

泛基因組，是一個物種內(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，該項研究通過地理分布來源,、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,，拓寬水稻的多樣性，錢前院士團隊等科研人員面向全球收集水稻種質(zhì)資源,，系統(tǒng)地評估不同的表型,。“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,，為后續(xù)研究提供便利?！蹦壳?，科研人員將這251份水稻資源種植在深圳市大鵬新區(qū)的中國農(nóng)業(yè)科學院深圳綜合試驗基地。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

構(gòu)建全鏈條的人工智能育種體系

“保障國家糧食安全，第一個要做到的就是種源自主可控,，好的種子在高產(chǎn)的同時,，還要具備各種優(yōu)良的性狀，比如更有營養(yǎng),、更多抗,。”商連光介紹,，通過對251份水稻材料全部測序,，可以很清楚的看到哪個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、表型觀察和不斷地嘗試把兩個水稻品種做雜交,，以實現(xiàn)基因克隆和種質(zhì)創(chuàng)新,，過程往往耗費很多年。而如今,，基于系統(tǒng)的超級泛基因組,，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，研究團隊還構(gòu)建了一個技術(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、基因組測序,、基因挖掘,、智慧育種等全鏈條?！斑@個技術(shù)體系是領(lǐng)先全國的,，并且也適用于其他作物?！痹撗芯康牡谝蛔髡?、在讀博士生李笑霞告訴記者，以往基因組拼接過程中,，存在耗時,、耗力、成本高等問題,，而通過團隊人員阮玨團隊自主研發(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為,，結(jié)合這項研究所取得的高質(zhì)量組學數(shù)據(jù),，育種人員還可充分利用這251份水稻資源，進行優(yōu)異基因聚合,，創(chuàng)制新的育種材料,，實現(xiàn)更高水平的分子設(shè)計育種，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勢

251份水稻種植在中國農(nóng)科院深圳綜合試驗基地

新品種新成果新突破不斷涌現(xiàn)

種業(yè),，被譽為農(nóng)業(yè)的“芯片”?！爱a(chǎn)學研用”緊密結(jié)合,，是推動生物育種向產(chǎn)業(yè)化邁進的關(guān)鍵,。深圳是全國最早發(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,、“粵強種芯”工程等方面承擔著重要使命,，提出支持深圳打造農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新先行示范區(qū)，加快打造深圳國際種業(yè)硅谷（中心）,?！吧钲陔m然沒有農(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,。”商連光認為,，研究團隊的成果還能推動個性化食品的定制,。比如功能性食品，一些糖尿病患者,，對大米淀粉含量有要求,，通過基因組合，實現(xiàn)更為個性化的食品定制,。

記者從基因組所了解到,，研究所致力于推動科研成果轉(zhuǎn)化落地,，已通過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)投控集團作為基因組所科技轉(zhuǎn)化、產(chǎn)業(yè)經(jīng)營的主體單位,，采用市場化的創(chuàng)新模式為基因組所進行科技成果轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)經(jīng)營,。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,，主要基于消費者體驗利用全基因組設(shè)計育種技術(shù)進行美味番茄等蔬果新品種的培育,。中農(nóng)美蔬通過自主研發(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),，開創(chuàng)了“從消費者需求出發(fā),，通過種子到田間再回到消費者”的全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)集成服務(wù)模式。中農(nóng)美蔬備受投資機構(gòu)青睞,，目前已獲得IDG等投資機構(gòu)700萬元的天使輪投資,，推出深愛系列番茄新品種7個,，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)計在今年年底完成第二輪融資。

中農(nóng)美蔬推出深愛系列番茄新品種

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