綠色超級稻育種應向基因組育種模式轉變

近日，華中農業大學綠色超級稻項目團隊在《分子植物》（Molecular Plant）在線發表綜述文章，總結了綠色超級稻的理念、育種策略、關鍵技術體系和發展歷程，闡述了整合豐富的遺傳資源、有利的功能基因、精確的基因組育種技術以培育綠色超級稻的實踐，介紹了綠色超級稻推廣應用的重大成果及其對全球作物生產與農業可持續發展的積極影響，提出了今后作物育種的新目標和新范式。

“綠色超級稻”是我國科學家針對糧食安全與資源環境的突出矛盾等嚴峻形勢，提出的水稻育種與生產的新理念，該理念倡導“高產高效、生態安全”的生產模式。綠色超級稻所指的綠色性狀是指抗病蟲、節水抗旱、抗逆、養分高效利用等特性，這些性狀有利于建立“資源節約和環境友好”的農業生產體系，能夠實現生產上“少打農藥、少施化肥、節水抗旱、優質高產”的目標。

隨著豐富的水稻種質資源和功能基因組學研究的快速發展，特別是越來越多的水稻基因組測序（或重測序）的完成，科學家已經成功地鑒定分離到超過3800個控制水稻重要性狀的基因。大量綠色性狀基因的等位變異和功能差異的發掘與利用，極大地推進了綠色超級稻的研究和育種技術的發展。

該文梳理了綠色超級稻的基因組選擇育種的兩個關鍵技術體系。

一是以高通量測序技術和育種芯片為核心的全基因組選擇技術體系。該技術體系不僅用于基因組背景選擇，而且還可應用于育種印跡鑒定、品種系譜溯源以及全基因組關聯分析等研究。

二是目標基因選擇技術體系。基于種質資源和功能基因組學的研究成果，篩選育種供體和待改良品種，明確目標基因的序列變異和功能差異，開發目標基因的功能標記和緊密連鎖標記；應用基因組育種選擇技術結合回交育種等程序，將供體親本中攜帶特定的目標等位基因轉移到待改良的品種中，創建系列綠色性狀基因的新品系；按不同地域的生產要求，根據基因組信息，設計雜交方案聚合多個有利基因，培育綜合性狀優良的綠色超級稻新品種。

該文系統整理了自中國科學院院士張啟發2005年提出“綠色超級稻構想”以來，綠色超級稻培育和應用的重大成果。在國家高技術研究發展計劃（2010至2018年）、比爾和梅林達·蓋茨基金會（2008年至2018年）等項目的大力支持下，國內外近60家科研院所、企業和育種單位聯合承擔了該項目的研究。截止2018年項目結題時的統計，綠色超級稻項目培育出具備綠色性狀的（如抗病蟲、養分高效利用等）水稻新品種66個，根據項目專家委員組制定的標準認定的綠色超級稻品種41個，綠色超級稻品種在我國和“一帶一路”沿線國家累計推廣3億多畝。2018年，“綠色超級稻”入選中共中央宣傳部等單位舉辦的“偉大的變革—慶祝改革開放40周年”大型成果展覽。2019年，農業農村部頒發“水稻、玉米、小麥、大豆綠色品種指標體系”，明確指出“少打農藥、少施化肥、節水抗旱、優質高產”是我國農作物今后主要的育種目標和方向。2021年，第26屆聯合國氣候峰會把“綠色超級稻”作為“迎接2050挑戰”，建立低碳、適應氣候變化的食品生產系統的推薦科技方案。綠色超級稻的培育與推廣應用為我國和世界糧食安全做出了積極貢獻，對全球農業綠色發展戰略和政策發揮了重要影響。

文章最后提出，為了滿足消費者日益增長的對美好生活的需求和作物生產適應氣候變化影響的要求，作物育種目標需要改變，由單一追求產量向追求產量和質量并舉的方向轉變，全面提升稻米的品質，培育綠色營養優質的水稻品種，提供對人類和地球都健康的產品。改變育種范式，從傳統的育種模式向基因組育種模式轉變，推動作物育種向精準、高效和設計方向發展。