基礎(chǔ)研究是科技創(chuàng)新的源頭，事關(guān)國家核心創(chuàng)新能力和國際戰(zhàn)略地位。
近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所所長李新海在接受《中國科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說，針對我國農(nóng)業(yè)生物育種原始創(chuàng)新不足，種源對外依存度高，部分種源被國外壟斷的狀況，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)生物基礎(chǔ)研究是打好種業(yè)翻身仗的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。
農(nóng)作物基因組研究處于國際領(lǐng)先地位
李新海介紹，在國家科技計(jì)劃項(xiàng)目的長期布局和支持下，我國科學(xué)家在作物種業(yè)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展，突破了一系列重要科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)，部分研究領(lǐng)域已處于世界引領(lǐng)地位，實(shí)現(xiàn)了從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用研究的全鏈條創(chuàng)新，為保障國家糧食安全做出了突出貢獻(xiàn)。
首先，農(nóng)作物基因組研究處于國際領(lǐng)先地位。我國自1998年參與國際水稻基因組測序計(jì)劃以來，在作物基因組學(xué)研究領(lǐng)域的實(shí)力不斷增強(qiáng)，并呈現(xiàn)出從參與到領(lǐng)導(dǎo)、從研究非主要作物到主要作物、從研究地區(qū)性作物到全球性作物的態(tài)勢，已處于國際領(lǐng)先地位。
李新海介紹，隨著測序技術(shù)的發(fā)展，我國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對重要農(nóng)作物，如水稻、小麥、玉米、大豆、油菜、棉花、蔬菜等作物基因組的測序或重測序，深入闡析基因組變異、染色體重組、基因組選擇與馴化機(jī)制。
其次，作物演化與性狀形成機(jī)理研究取得一系列重大突破。我國科學(xué)家已解析種質(zhì)資源多樣性演化機(jī)制、雜種優(yōu)勢形成機(jī)理、作物根際固氮和光合作用機(jī)制、作物與微生物互作機(jī)制、重要育種性狀形成的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，克隆了一批調(diào)控株型、品質(zhì)、氮高效利用、抗旱、耐低溫、耐鹽堿、抗病、新型抗除草劑等具有重大育種價(jià)值的新基因。
再次，前沿理論指導(dǎo)育種技術(shù)革新取得初步成效。隨著基因編輯、合成生物、人工智能、大數(shù)據(jù)、傳感器等前沿交叉領(lǐng)域與傳統(tǒng)育種技術(shù)相融合，新一代育種技術(shù)正在向智能化、精準(zhǔn)化發(fā)展。
聚焦作物種業(yè)重大科學(xué)問題和前沿關(guān)鍵技術(shù)
李新海說，中國農(nóng)科院近年來堅(jiān)持前沿基礎(chǔ)研究驅(qū)動(dòng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目標(biāo)導(dǎo)向，聚焦作物種業(yè)重大科學(xué)問題解析和前沿關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，在作物高光效生物學(xué)基礎(chǔ)、人工高效固氮機(jī)理、作物育種遺傳改良規(guī)律、表觀遺傳與環(huán)境適應(yīng)性等方面取得系列進(jìn)展。
基因組研究在挖掘作物優(yōu)良種質(zhì)與優(yōu)良性狀方面成果突出，保障糧食豐產(chǎn)的基因資源自主可控。例如，圍繞水稻和玉米的理想株型調(diào)控機(jī)理開展原創(chuàng)性研究，克隆數(shù)十個(gè)與水稻株高、分蘗、籽粒大小、根系發(fā)育、株型建成等相關(guān)的關(guān)鍵基因，明確了現(xiàn)代玉米育種過程中耐密株型的選擇規(guī)律及其基因組選擇與遺傳改良規(guī)律，挖掘出一批調(diào)控耐密株型、株高、開花、防御反應(yīng)、光信號(hào)傳導(dǎo)和營養(yǎng)吸收利用相關(guān)的基因，創(chuàng)制一批育種新材料。
代謝組研究在提升農(nóng)作物品質(zhì)與安全方面發(fā)揮重要作用，為種業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供關(guān)鍵支撐。植物次級(jí)代謝產(chǎn)物既具健康功效，也與食物的味道和營養(yǎng)密切相關(guān)。例如，獲得了控制番茄果實(shí)中營養(yǎng)物質(zhì)和抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的3500多個(gè)信號(hào)位點(diǎn)和9萬多個(gè)eQTL 位點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)了102個(gè)代謝物信號(hào)熱點(diǎn)區(qū)域，揭示番茄次生代謝產(chǎn)物與風(fēng)味的關(guān)聯(lián)，繪制出品質(zhì)改良行動(dòng)路線圖。
表觀組研究開創(chuàng)第二層次調(diào)控作物產(chǎn)量和環(huán)境適應(yīng)性研究，為實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)與耐逆提供了新策略，擴(kuò)展作物種業(yè)基礎(chǔ)研究的廣度和深度。例如，建立了DNA腺嘌呤和RNA甲基化表觀遺傳技術(shù)體系；開發(fā)出“單細(xì)胞分離和鑒定”技術(shù)體系。
合成生物學(xué)推動(dòng)高光效和生物固氮等重大科學(xué)問題研究，提出新的解決路徑，驅(qū)動(dòng)從“0”到“1”的源頭創(chuàng)新。例如，在作物高光效的生物學(xué)基礎(chǔ)研究方面，對比C3、C4植物葉片結(jié)構(gòu)，揭示C4解剖學(xué)結(jié)構(gòu)和生化途徑進(jìn)化的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，模擬C4植物高光效回路的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并優(yōu)化了6條新的光合作用通路，創(chuàng)制了一批具有類C4結(jié)構(gòu)、光合效率提升的水稻材料。通過提高光合效率來增加產(chǎn)量潛力，將開啟第三次綠色革命。該研究目前處于國際領(lǐng)先地位。
微生態(tài)研究聚焦作物與微生物互作及與環(huán)境的交互適應(yīng)，在促進(jìn)種業(yè)可持續(xù)發(fā)展上發(fā)揮重要作用。例如，為應(yīng)對生物脅迫與非生物脅迫對作物生產(chǎn)的影響，對病害、鹽害等逆境脅迫機(jī)理開展研究。
前沿技術(shù)與理論創(chuàng)新促進(jìn)育種關(guān)鍵技術(shù)突破，提升育種水平，保障種業(yè)自主創(chuàng)新發(fā)展。例如，重點(diǎn)針對水稻、玉米等主要農(nóng)作物開展育性、雜種優(yōu)勢的研究，發(fā)現(xiàn)水稻“自私”基因，破解了自私基因在促進(jìn)新物種形成中的分子機(jī)制，探討了毒性-解毒分子機(jī)制在水稻雜種不育上的普遍性，創(chuàng)制出廣親和的水稻新種質(zhì)，實(shí)現(xiàn)秈粳交雜種優(yōu)勢的有效利用。建立了可固定雜種優(yōu)勢的水稻無融合生殖體系，實(shí)現(xiàn)了雜交稻無融合生殖“從0到1”的突破。
面向作物生物育種重大理論瓶頸問題
李新海指出，“十四五”期間，中國農(nóng)科院將聚焦作物生物育種面臨的重大理論瓶頸問題，重點(diǎn)突破作物高光效和生物固氮的生物學(xué)基礎(chǔ)、優(yōu)異種質(zhì)資源演化規(guī)律、重要性狀協(xié)同調(diào)控機(jī)理、構(gòu)筑作物智慧育種的遺傳理論體系。
他說，十四五期間，將重點(diǎn)突破作物高光效和生物固氮的生物學(xué)基礎(chǔ)研究；重點(diǎn)開展作物重要性狀形成與環(huán)境適應(yīng)性機(jī)理研究；闡明作物雜種優(yōu)勢形成的生物學(xué)基礎(chǔ)；系統(tǒng)研究作物優(yōu)異種質(zhì)形成與演化規(guī)律；推進(jìn)作物設(shè)計(jì)育種技術(shù)基礎(chǔ)創(chuàng)新。
