福建科研团队在基因编辑育种方面取得重要进展——

　　基因“裁缝”精准定制水稻“新衣”

　　□本报记者 张辉 通讯员 胡海明

　　近日，福建省农科院水稻研究所水稻抗逆分子育种团队在国际知名期刊《BMC Plant Biology》发表最新研究成果。该研究利用多基因编辑技术，实现了糯性、香味、早熟等多种性状快速同步定向改良，为创制杂交水稻优良恢复系材料开启了快速通道。

　　恢复系是杂交水稻的父本。在杂交水稻制种中，它负责提供花粉，与母本——不育系双剑合璧，共同孕育集双亲之长的杂交后代，重要性不言而喻。自20世纪70年代攻克杂交水稻难关以来，我国恢复系育种经历了从依赖引种到自主选育的转变，育成了一批优良品种，在生产上大规模推广。

　　过去，为解决吃饭问题，恢复系育种更加追求高产；如今，消费端和生产端对水稻品质提出了更高要求。

　　“不仅高产，还要好种、好吃、吃得健康。”团队首席育种专家、论文通讯作者张建福研究员说，恢复系具有糯性口感、香味显著、生育期短等优势，已成为主流育种方向。然而，市面上现有的恢复系品种同质化问题突出，难以满足日益多元化的需求。

　　究其原因，在于改良难、周期长、成本高。在传统经验育种时代，要改良一个恢复系，需要选择成千上万份种质资源，历经不计其数的杂交试验、筛选鉴定，才可能选育出一个聚合多种优良基因的新品种。这个过程就像开盲盒，充满了不确定性，一般来说育成一个恢复系品种需要5到8年时间。

　　有没有更加高效的育种方法，精准设计出我们想要的品种呢？基因编辑技术应运而生。

　　现代分子生物学的发展，揭示了生命的遗传密码。DNA双螺旋结构上，ATCG等不同碱基的排列组合，犹如程序代码一样，编译出不同物种各自最鲜活的模样。与转基因技术需要导入外源基因不同，基因编辑技术就像一把神奇的剪刀，可以定向裁剪这些代码，实现基因的敲除、敲入、替换。有了这把“魔剪”，育种家就可以化身基因“裁缝”，按图索骥、量体裁衣，定制水稻的株高、生育期、耐旱性、香型等性状。

　　过去，由于基因组的复杂性，传统基因编辑技术一次通常只能编辑单个基因，否则容易造成基因组不稳定，效率有限。福建省农科院水稻研究所水稻抗逆分子育种团队为此构建了高效多基因编辑体系，能够同时编辑4到12个基因，从而实现多种优良性状批量聚合，大大提高育种效率。去年，相关研究成果发表在国际知名学术期刊《Plant Biotechnology Journal》上。

　　如今，基因“裁缝”们又将这套技术应用于杂交水稻恢复系定向改良中。

　　这一次，编辑的对象是3个已经被破译的功能基因：调控糯性的Wx基因、调控香味的Badh2基因、调控生育期的Se14基因。他们选择恢复系“676”作为对象，利用基因“魔剪”一次性敲除上述3个基因，成功获得具有优质糯性、香味和早熟性状的突变材料。为了验证基因编辑后的效果，研究团队将其种植到田间，田间观测结果显示：这些经历了基因“剪裁”后的突变材料，直链淀粉含量显著下降，产生明显香味，抽穗期显著提前，同时单株产量也有所提升。

　　那么，这些定性改良后的恢复系，与不同的不育系组合后，后代表现又如何呢？研究团队将其与不同的母本进行测交，结果同样喜人，但在不同的杂交组合中表现有所差异。以调控生育期的Se14基因为例，它被敲除后，能够在长日照条件下，促进RFT1基因的表达。RFT1是控制水稻开花的关键基因，当其表达被激活，自然能够实现水稻更早抽穗扬花，缩短生育期。不过，生命基因组是极其复杂的网络，一个功能基因表达与否、表达多少都会受到其他基因的影响。因此，敲除了Se14基因的恢复系，在不同杂交组合中，缩短生育期的效果并不相同。

　　“传统育种手段偏重田间选择，工作量大，周期漫长，基因编辑等现代育种技术则把选择提前到了实验室阶段，有效缩小选择范围，显著提高育种效率。”论文第一作者、福建省农科院水稻研究所魏毅东博士说，该研究实现了优质糯性、香味与早熟性状的同步设计，将推进优异恢复系材料在杂交水稻制种与产业化育种中的应用，对推动我省水稻优质、高效、多抗新品种培育具有积极意义。