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大豆优异种质挖掘的新突破

发布于:2019-03-14 14:49   来源:农民日报

本报记者 李丽颖

大豆是我国重要的植物油脂和蛋白质来源,但大豆生产上疫霉根腐病、灰斑病和干旱/盐碱等危害严重,大豆品种油分含量低,优异种质资源发掘滞后,高油、抗病新种质创制难度较大等问题一直困扰着大豆产业。从上世纪九十年代起,中国农业科学院作物科学研究所研究员邱丽娟带领团队开展大豆优异种质挖掘、创新与利用攻关,历时20余年,在优异种质挖掘、抗逆、高油等重要性状QTL/基因发掘,抗病优质新种质创制,新品种培育和推广利用方面取得显著成效。1月8日,邱丽娟研究员作为第一完成人,带领团队完成的“大豆优异种质挖掘、创新与利用”项目获得国家科技进步二等奖。

数量居首位却非研究利用强国

我国是大豆起源国,国家种质资源库内保存3万多份大豆资源,数量位居世界首位,却不是研究和利用的强国。邱丽娟看在眼里,急在心里。

要想高效发掘急需的优异资源,就必须构建大豆核心种质,为此,邱丽娟带领团队成员一起争分夺秒。比如他们去全国各地取样品,经常第一天晚上从北京坐火车出发,第二天白天到达后顶着烈日取样品,晚上再坐车回京,第三天早晨回京后就直奔办公室继续工作。邱丽娟回忆说:“在构建大豆核心种质期间,夕发朝至是当时的工作常态。这样既可以省住宿费,又节省了时间,何乐而不为?”

当时,如何用分子方法构建核心种质,没有可参考的方法,邱丽娟指导学生探索用不同方法对SSR标记进行筛选,提出了核心引物的概念,并首次将资源结构分析应用于资源分类,后来均被水稻、小麦等作物所参考和利用。由于用SSR标记鉴定资源的份数比较多,当时又没有简便快捷的方法,她每天都带领研究生分析数据、协调进度,既有检测、又有质量把关。通过不懈努力,邱丽娟首次提出大豆核心种质构建的最佳取样策略,率先从库存种质资源中创建代表性强、遗传多样性丰富的核心种质和应用核心种质,不但使我国国家种质资源库中的大豆种质资源得到了系统的收集、储存、分类和部分特性鉴定,而且为美国、日本和巴西的大豆核心种质构建,以及国内外油菜、花生、绿豆等14种农作物的核心种质研究提供了借鉴。

更重要的是,因为核心种质具有规模小,代表性强,遗传多样性丰富的特点,促进了资源高效精准鉴定,从中挖掘抗病、高油等优异种质149份,显著提高了优异资源评价和挖掘效率,为解决疫霉根腐病、灰斑病、盐碱等危害,提升含油量等提供了丰富的育种亲本资源。

构建植物领域第一个泛基因组

为解决高效发掘优异基因难的问题,邱丽娟带领项目组协作攻关,从核心种质中选择代表性资源,进行了从头测序。她指导团队从不同角度对组装的序列进行检测,通过协作,构建了植物领域第一个泛基因组,全面揭示大豆基因组遗传变异特征,为基因发掘和分子育种提供了信息和工具。

邱丽娟和她的团队利用优异资源和核心种质,挖掘抗病、耐盐、高油等重要性状QTL/基因占国内外已发表相关性状QTL的65.1%。包括72个贡献率大于15%的主效基因。在国际上新命名了抗疫霉根腐病新基因Rps10,通过国际合作首次发掘产量相关基因GmTfl1(国际合作)耐盐关键基因Gm?SALT3,为优异基因型选择提供理论依据和技术支撑。

在耐盐基因发掘过程中,邱丽娟打破常规,将耐盐性当作质量性状进行鉴定,并拓展了集团分离分析方法,指导学生不仅构建了两个后代池,还构建了两个品种池,由于方法创新,仅筛选了100多个RAPD标记就鉴定出紧密连锁的标记,为耐盐基因GmSALT3克隆奠定了基础。她带领团队根据定位和克隆QTL开发实用分子标记,通过杂交聚合,构建变异广泛的大分离群体,创制聚合至少3个QTL的新种质8份。包括耐疫霉根腐病的CH19、多抗的中品03-5373等。利用新种质培育出抗灰斑病、蛋白质油分高达64.9%的蒙豆36等优质高产品种,实现了抗性、品质和产量的协同提高。

49个品种累计推广面积超亿亩

邱丽娟和她的团队创建的大豆种质资源表型和基因型等信息高效共享平台,为国内140个(次)单位提供核心种质和优异资源4万余份次,为克山1号、冀黄13等103个新品种提供了优异血缘,据不完全统计,仅49个品种的累计推广面积已达到1.26亿亩,显示了巨大的应用潜力。

在邱丽娟的带领下,项目组通过联合攻关和协同创新,育成优质抗病新品种17个。其中国审品种6个,区域试验对照品种7个,农业农村部推介生产主导品种6个。17个品种平均含油量21.55%,超过国家高油品种标准21.50%,其中12个高油品种平均含油量为22.35%,最高达23.57%,比普通品种高3-4个百分点,抗一种或几种逆境,解决了优质和抗逆协调改良的难题,2006-2017年累计推广1.25亿亩,新增社会经济效益97.82亿元,在提高生产水平和实现农民增收中发挥了重要作用。

项目外利用共享资源育成新品种103个,如利用中品661品种项目外培育冀黄13等19个新品种。项目外单位利用核心种质创制了不育系基础轮回群体,已纳入到国家大豆产业技术体系和“十三五”重点研发计划研究内容,被推介给全国三大主产区用于构建基因库,拓宽品种遗传基础,加速突破性新品种培育。大豆核心种质和优异资源的应用潜力被进一步扩大,为推动我国大豆应用基础研究步入国际行列作出了重要贡献。

责任编辑:张瑶