点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:基因编辑技术之“优”力量:助推杂交水稻自留种
首页> 光明科普云> 农业农村频道> 基因故事 > 正文

基因编辑技术之“优”力量:助推杂交水稻自留种

来源:光明网2024-05-31 09:30

  植物界中普遍存在的自然杂交是形成新物种的一种重要机制。很多作物,比如小麦、棉花和油菜等,其优良品种都源于自然界中的杂交事件。杂交就像开盲盒一样,开启基因重组的万千种可能。杂交后代表现出某些性状(如产量、品质、抗病虫害和抗逆性等)优于两个亲本的杂种优势。

  杂种优势的利用是作物育种中的一项重大突破,在水稻、玉米和小麦等农作物中广泛应用,大幅度提高了农作物产量。我国是世界上第一个研发和推广杂交水稻的国家。中国工程院院士袁隆平等科研人员相继攻关三系配套和两系杂交稻关键技术的研发与应用,创造了水稻产量的奇迹。

  目前,杂交水稻已在全球多个国家试验示范或商业化生产,年种植面积达到了两千多万公顷,为世界粮食安全提供了重要保障。

  由于繁殖过程中发生性状分离,杂交后代会失去第一代种子的超强杂交优势,发生近亲衰退和形状分离,导致品种优势退化,无法留种再种,每年都要花费大量的人力、物力和财力进行制种。因此,实现杂交稻自留种成为杂交育种的目标之一。

  自然界中有些植物中存在无融合生殖的现象,即植物通过种子进行无性繁殖,产生与母体基因型相同的克隆种子,在后代繁衍中不会发生性状分离。但在主要作物中还未发现无融合生殖现象。

  2019年,美国加州大学戴维斯分校利用CRISPR/Cas9技术对诱导水稻产生孤雌生殖的基因BBM1、BBM2、BBM3进行编辑,获得BBM1-ee株系可诱导产生单倍体,再利用有丝分裂替代减数分裂建立水稻无融合生殖体系。同年,中国水稻所王克剑研究员等科研人员通过敲除杂交水稻中生殖相关的基因(MTL,REC8、PAIR1 和 OSD1)建立了无融合生殖体系,并得到了杂交稻的克隆种子。

  这两项研究利用基因编辑技术,分别在常规稻和杂交稻中建立了水稻无融合生殖体系,为实现杂种优势的固定提供了有效途径,但都存在结实率低和克隆种子比例低的问题,限制了它们在生产中的应用。

  2022年,法国和美国科研人员在杂交稻BRS-CIRAD 302品种中实现了克隆种子比例超过90%的无融合生殖体系,但在温室种植条件下结实率仍受到较大的影响。

  2023年,王克剑等科研人员在前期研究的基础上,利用BBM4诱导孤雌生殖的能力优化了杂交水稻无融合生殖体系,得到的无融合生殖杂交水稻Fix2的表型与野生型杂交稻CY84高度相似,且结实率高达80%以上。

  这些研究大幅提升了无融合生殖植株的结实率,有望推动实现杂交水稻无融合生殖体系在生产中的应用。

基因编辑技术之“优”力量:助推杂交水稻自留种

无融合生殖杂交水稻Fix2第一代(上图)、第二代(下图)与野生型CY84的表型比较

《Wei X, et al. 2023 Synthetic apomixis with normal hybrid rice seed production. Mol Plant. 16(3):489-492.》

  2022年,荷兰、日本和新西兰的科研人员在无融合生殖蒲公英中发现一个能够诱导孤雌生殖的基因PARTHENOGENESIS(PAR),他们将该基因导入莴苣中,获得可以发生孤雌生殖的莴苣材料,该研究为其它作物的无融合生殖材料的创制提供了新的基因资源和技术策略。

  基因编辑技术有望助推杂交水稻实现留种自由,为保障农民利益、提升农业经济和保障国家粮食安全发挥科技“优”力量。(光明网基因科普团队)

阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 逐梦海天 青春滚烫——记海军山东舰起降保障中队

  • 创新潮涌链博会

独家策划

推荐阅读
从意大利实验室到西北农学院,从抗战时期到和平年代,周尧用70年时光让中国昆虫学从5%的定名权走向自主。
2025-07-18 09:06
记者从会上获悉,截至今年6月,我国每万人口高价值发明专利拥有量已达到15.3件,提前实现“十四五”规划预期的12件目标。
2025-07-18 09:04
而在此次观测中,天文学家发现,在HOPS-315及其周围的原始星盘中,不仅存在固态的结晶矿物,还存在气态的一氧化硅。
2025-07-18 09:04
旨在充分发挥计量支撑产业新质生产力发展的基础保障作用,推动“溯源链、创新链、产业链”融合发展,使计量成为促进产业新质生产力发展的催化器和引擎。
2025-07-18 09:04
该所作物耐逆性调控与改良创新团队日前联合国内外研究机构,构建了首个水稻的多器官单细胞多组学图谱,
2025-07-18 04:30
太阳是地球气候系统的主要能量来源,其活动通过总辐射、紫外辐射、高能粒子沉降等多种形式影响地球大气。近年来,我国夏季降水雨带呈现出持续北移的趋势。
2025-07-18 04:30
人机语言交互的“温度”,其核心在于能否实现情感共鸣、文化适配与价值传递。语言不仅是信息符号,更是心灵沟通的桥梁。为冰冷的代码注入人文温度,需在技术突破与设计理念上双轨并进。
2025-07-17 04:30
近日,中国科学院海洋研究所万世明团队,基于海洋沉积物中的黑碳记录,重建了过去30万年以来东亚北部的古火演化历史,结合欧洲、东亚、东南亚及澳大利亚区域的记录以及考古遗址大数据,发现现代人类大规模用火始于约5万年前。
2025-07-17 04:30
在飞行器大家庭中,有一类特别的成员——翼伞。它们没有刚硬的机翼,却凭着一片巨大柔软的“翅膀”,借助风力优雅地翱翔于天际;它们结构看似简单,却蕴含着空气动力学的精妙智慧。翼伞是融合古老降落伞原理与现代智能科技的独特柔性无人飞行器,包含翼、控制系统、负载,如果加上推力系统,就可化身为伞翼无人机。
2025-07-17 04:30
近年来,移动电源行业呈现出较为迅速的发展趋势。与此同时,移动电源安全事故频发,严重威胁消费者生命财产安全。通过制定强制性国家标准,
2025-07-17 03:55
由该院枸杞科学研究所联合中国林业科学院林业研究所编制的《枸杞属植物新品种特异性、一致性、稳定性测试指南》获得国际植物新品种保护联盟通过。
2025-07-17 04:00
武汉华大生命科学研究院联合南方科技大学等单位,在单细胞水平上成功解密了拟南芥叶片衰老的过程。
2025-07-16 10:44
不只是产量最大,“深海一号”大气田还是我国迄今为止自主开发建设的作业水深最深、地层温压最高、勘探开发难度最大的深水气田。
2025-07-16 10:42
我国正研制《卓越工程师培养认证标准》,该标准是保障卓越工程师培养从“样板间”走向宏大队伍的基础。
2025-07-16 10:39
七月下半月和八月上半月是我国主汛期的最重要阶段,应急管理部指导各地加强灾害风险隐患信息报送队伍建设,开展广泛培训,目前总人数已达115万人。
2025-07-16 10:25
为强化未成年人网络保护,营造良好网络环境,近日,中央网信办印发通知,在全国范围内部署开展为期2个月的“清朗·2025年暑期未成年人网络环境整治”专项行动。
2025-07-16 10:23
新时代新征程,以中国式现代化全面推进强国建设、民族复兴伟业,实现新型工业化是关键任务。
2025-07-15 04:10
现阶段,人工智能赋能新型工业化已取得明显成效,但仍存在人工智能关键硬件与开源软件储备不足、人工智能在重点行业领域应用率偏低、人工智能领域人才短缺且结构不合理、缺乏适应人工智能发展的标准体系和法律法规等问题。
2025-07-15 04:10
2025年可谓人形机器人的“破圈”之年。从蛇年春晚舞台的机器人扭秧歌,到北京亦庄的机器人马拉松,再到浙江杭州的机器人格斗赛……人形机器人正从“实验室”迈向各类“应用场”。
2025-07-15 02:55
科考船在狂风巨浪中剧烈摇摆,寻找渺小的目标如同大海捞针。回收沉睡海底半年的海底地震仪,是这次出海科研任务中最艰难的一环。“快看!在那儿!”随着一声疾呼划破沉寂,
2025-07-15 02:55
加载更多