2019年1月5日,中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室王克剑团队,利用基因编辑技术建立了水稻无融合生殖体系,成功克隆出杂交稻种子,首次实现杂交稻性状稳定遗传到下一代。该成果在线发表于《自然·生物技术》杂志。
众所周知,杂交水稻在生活力、抗逆性、适应性和产量等方面优于双亲的现象,对推动农业生产做出了重要贡献。但由于杂交种子后代会发生性状分离,无法保持其杂种优势,因此育种家必须每年花费大量的人力、物力和财力进行制种工作,农民每年也必须购买新的种子。
“科学家们长期认为,无融合生殖能够解决这个难题。无融合生殖是一种通过种子进行无性繁殖的生殖方式,可以随着世代更迭而不改变杂交品种的杂合基因型,从而实现杂种优势的固定,这有望给农业生产带来一次新的革命。”王克剑说。
实验中,研究人员将籼粳杂交稻品种春优84选为水稻无融合生殖研究的模式品种,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术在春优84中敲除了4个水稻生殖相关基因,使杂交稻产生了无融合生殖性状,并产生了与杂交稻一样的克隆种子。研究人员通过进一步检测确定,通过克隆种子培育的子代植株与一代杂交稻高度相似。
王克剑介绍,我国杂交水稻年种植面积超过2.4亿亩,占水稻总种植面积的57%,产量约占水稻总产量的65%;杂交水稻每年增产约250万吨,可多养活7000万人口。
“这个工作证明了杂交稻进行无融合生殖的可行性,是无融合生殖研究领域的重大突破,具有重大的理论意义。”“杂交水稻之父”、中国工程院院士袁隆平表示,希望研究人员再接再厉,早日将该成果应用到生产中。
值得一提的是,杂交水稻不仅解决了中国人的吃饭问题,而且造福全世界。由中国科学家主导的最大国际农业科技扶贫项目“为非洲和亚洲资源贫瘠地区培育绿色超级稻”,4月2日在京结题。项目实施11年来,高效培育出一大批高产、多抗(抗旱、耐盐、耐淹、養分高效等)绿色超级稻新品种,累计在亚非18国推广新品种78个、612万公顷,使160万农户收入显著增加;同时,完成了代表水稻科学研究前沿的“3000份水稻基因组计划”,助推水稻从常规育种走向分子设计育种的技术革命。