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引领农业生物前沿技术创新——系统作物设计前沿实验室

2011-09-16

系统作物设计前沿实验室(简称前沿实验室)是国家作物分子设计工程技术研究中心的分支机构,在首席科学家邓兴旺教授的带领下,实验室致力于农业生物前沿核心技术创新,从制种核心技术创新入手,利用分子设计育种作为核心技术,通过现代分子设计育种和传统杂交育种相结合,培育新一代优质、多抗、适应全球气候变化的作物新品种,实现中国主要作物由“经验育种”向“精确育种”的战略性转变,确实肩负起发展中国生物种业、保障国家粮食安全的使命。前沿实验室自成立以来在作物分子育种新技术创新和新品种培育上已经取得了几项重要进展。

一、新一代杂交育种技术体系(智能不育分子设计技术体系)的建立

新一代杂交育种体系(智能不育分子设计技术体系)是邓兴旺教授及其团队在杜邦先锋国际良种公司的玉米杂交育种技术基础上,吸收创新、开展的一种将现代生物技术和传统育种技术相结合,充分有效利用作物不育基因进行杂交制种的新技术。该技术三大技术优势:(1)从根本上解决杂交育种难题;(2)改善作物的品质;(3)杂交种子不含转化基因。目前,水稻新一代杂交育种体系已经由邓兴旺团队研究成功,这是杂交水稻三系及两系育种后的又一次飞跃,将实现中国作物育种的第三次绿色革命。

小麦是我国的第二大粮食作物。多年来,我国的小麦单产徘徊不前,明显低于美欧等发达国家,主要原因是我国现有的小麦新品种选育的技术手段相对落后、杂交制种进展缓慢、品种高产稳产的潜力有限。杂交小麦平均增产15%30%,但目前我国杂交小麦种植只占小麦种植总面积的2%3%,主要原因是小麦雄性不育系的缺乏。如果按杂交小麦应用面积占总播种面积的50%计算(达到杂交水稻应用水平),全国每年应用面积2亿亩,每年可新增小麦200亿公斤,新增产值约400亿元,杂交小麦种业每年可创造直接经济效益约30亿元。前沿实验室邓兴旺教授团队已经获得小麦不育系,成熟胚遗传转化获得了成功,目前正致力于小麦新一代杂交育种技术体系的建立和小麦杂交新品种的培育,希望在几年内在该领域取得突破。

二、非转基因、抗除草剂的优良籼稻和小麦新品种培育

农田杂草是导致作物减产和病虫害发生的重要原因之一。除草剂的应用为防除农田杂草起到了极大的推动作用。但是,由于除草剂杀灭杂草主要是靠选择性地杀死杂草而不伤害农作物,这无疑增加了除草剂筛选的难度,尤其困难的是在农田中防除和农作物亲缘关系相近的杂草,抗除草剂作物新品种的筛选是解决这个问题的主要途径。前沿实验室最近创制出非转基因的、具有抗除草剂特性的广适优良籼稻和小麦新品种。抗除草剂水稻和小麦的使用将有效防止除草剂对作物的损害,简化田间杂草管理,减少种植过程中劳动力的投入,降低生产成本,提高农民收入。

三、水稻全基因组分子育种技术平台的建立

创制全球第一套水稻全基因组高密度分子标记检测系统。该技术体系以高通量分子标记检测为基础,通过对水稻全基因组上重要农艺性状相关染色体片段的精确选择,能够对水稻全基因组中的每一个基因跟踪检测,同时能够快速鉴定大量样品,实现水稻育种由“经验育种”向“精确育种”的战略性转变。

该技术体系为水稻分子育种提供技术支撑和基础,可以广泛用于:(1)确定优良水稻资源重要农艺性状与分子标记在全基因组层次的关联性,并在此基础上精确设计含有不同或多个优良农艺性状的分子育种流程,指导水稻新品种培育。(2)精确设计“新一代杂交育种体系”杂交水稻育种所需的亲本,批量培育优质高产杂交水稻新品种。

专家简介

邓兴旺教授是世界著名的生物学家,现任北京大学长江特聘教授,美国耶鲁大学分子、细胞和发育生物学系终身教授,北京大学耶鲁大学植物分子遗传及农业生物技术联合中心主任,国家作物分子设计工程技术研究中心首席科学家。邓兴旺教授长期从事植物分子遗传及生理学方面的研究。1995年,因他在调控植物光形态建成的有关基因的研究中所取得的杰出成绩,荣获美国总统青年教师奖。2003年,他获得世界植物分子生物学领域最重要的Kuhmo奖。他曾多次在《细胞》、《科学》、《自然》等世界权威刊物上发表很有影响的学术文章。