原標(biāo)題：解鎖花田里的“基因密碼”

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

原標(biāo)題：解鎖花田里的“基因密碼”

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

【創(chuàng)新故事】

◎本報(bào)記者 俞慧友

春日的長(zhǎng)沙，油菜花田宛如一片金色的海洋。

3月21日，記者來(lái)到農(nóng)業(yè)農(nóng)村部湖南油菜綜合科研試驗(yàn)基地，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授劉忠松及其團(tuán)隊(duì)正在地里忙碌著。

劉忠松左手輕輕握著一株油菜的花冠，右手用鑷子熟練地摘除花朵，拔除還未開(kāi)花的花骨朵的花萼、花瓣和雄蕊，涂上花粉，裝上白色保護(hù)套，“去雄雜交”的一套流程順利完成。一開(kāi)春，他們就開(kāi)始了新一輪品種選育繁育，這是第一步。

團(tuán)隊(duì)成員、博士楊柳告訴科技日?qǐng)?bào)記者，油菜分白菜型、芥菜型和甘藍(lán)型三大物種。自然界中前兩者均存在黃籽植株的天然突變，但在甘藍(lán)型油菜中尚未發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象。傳統(tǒng)的甘藍(lán)型油菜存在抗病性差、耐旱性弱等問(wèn)題，且油菜籽顏色偏黑，導(dǎo)致菜油顏色也不理想。因此，黃籽性狀是油菜品質(zhì)改良的重要目標(biāo)之一。多年來(lái)，劉忠松帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)專(zhuān)注于將其他油菜物種的優(yōu)異性狀導(dǎo)入甘藍(lán)型油菜，希望培育出早熟高油的黃籽品種。

我國(guó)食用植物油自給率僅30%，其中油菜作為國(guó)產(chǎn)第一大油料作物，每年提供的優(yōu)質(zhì)食用油占國(guó)產(chǎn)總量的近50%。充分利用南方6000余萬(wàn)畝冬閑田發(fā)展早熟高油的黃籽油菜，將為國(guó)家糧油安全提供重要支撐。

尋找決定種色的關(guān)鍵基因

在岳麓山實(shí)驗(yàn)室油菜品種創(chuàng)制中心，劉忠松辦公室外的走廊里，懸掛著一幅油菜黃籽基因精細(xì)定位和圖位克隆圖。

2011年，在捷克舉行的第13屆國(guó)際油菜大會(huì)上，劉忠松首次向業(yè)界講述了這幅圖里的成果。在基因測(cè)序技術(shù)尚不發(fā)達(dá)的年代，這項(xiàng)耗時(shí)10多年的研究成果引起了廣泛關(guān)注。它不僅在技術(shù)上取得突破，更打破了傳統(tǒng)的育種思維方式。

劉忠松的研究方向聚焦于芥甘種間雜交育種，即芥菜型黃籽油菜與甘藍(lán)型油菜的雜交育種。最初，他主要研究種子的性狀遺傳，但進(jìn)展緩慢。直到一次出國(guó)做訪問(wèn)學(xué)者的經(jīng)歷，讓他的思維仿佛“重啟”。

1998年，他決定從分子層面尋找黃籽油菜種子呈黃色的關(guān)鍵基因。劉忠松告訴記者：“如果能在基因?qū)用嫒〉猛黄疲S籽油菜品種選育的‘主陣地’有望從田間轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室，育種時(shí)間也將大大縮短。”

然而，當(dāng)時(shí)基因組測(cè)序技術(shù)還不成熟，也沒(méi)有現(xiàn)成的油菜基因組序列可供參考。為了找到關(guān)鍵基因，團(tuán)隊(duì)每年都要前往甘肅等地開(kāi)展試驗(yàn)，并通過(guò)手提肩扛的方式，將鑒定出的數(shù)千株黃籽油菜植株材料帶上列車(chē)，搬回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行基因分析。

沒(méi)有捷徑可走，他們就用圖位克隆，即借助分子標(biāo)記鎖定并克隆特定基因的傳統(tǒng)方法。經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次嘗試和驗(yàn)證，不斷縮小基因所在區(qū)域的范圍，團(tuán)隊(duì)最終克隆出黃籽調(diào)控基因TT8，并首次組裝出了芥菜型黃籽油菜全基因組。他們探明了TT8突變致使種皮不合成積累原花色素，導(dǎo)致種皮薄而透明、種子呈現(xiàn)黃色的分子機(jī)制。

“當(dāng)時(shí)我們帶著6名研究生，花了兩個(gè)多月才‘釣’到關(guān)鍵基因。”劉忠松說(shuō)。此后，團(tuán)隊(duì)又鑒定出芥菜型油菜開(kāi)花期調(diào)控關(guān)鍵基因SRR1和適應(yīng)區(qū)域，為黃籽早熟油菜育種提供了理論指導(dǎo)。

構(gòu)建育種“新底盤(pán)技術(shù)”

找到關(guān)鍵基因后，團(tuán)隊(duì)的芥甘種間雜交研究變得順利起來(lái)。劉忠松深信，如果能在育種中同時(shí)控制這些基因，就能獲得穩(wěn)定的黃籽遺傳性狀，這也將是油菜育種領(lǐng)域的重大突破。

團(tuán)隊(duì)又開(kāi)始了艱難的探索。他們利用夏季長(zhǎng)日照單向性雜交、甘藍(lán)型油菜回交、雜種后代小孢子培養(yǎng)和強(qiáng)化性狀選擇等技術(shù)，從百余個(gè)芥甘種間雜交后代中，精心篩選出3株珍貴的黃籽甘藍(lán)型植株。這3株植株，如同希望的火種，承載著團(tuán)隊(duì)的期望。

劉忠松萌生了一個(gè)念頭，將基因定位克隆的成果應(yīng)用于這3株油菜的進(jìn)一步選育中。他創(chuàng)造性地提出了一套“新底盤(pán)技術(shù)”，其以“苗期黃籽基因型選擇+種子發(fā)育早期香草醛染色鑒定法”為核心。這一技術(shù)將油菜育種選擇周期從2代縮短到1代，選擇準(zhǔn)確率高達(dá)100%，徹底告別了全球業(yè)界對(duì)種子顏色性狀的肉眼甄別時(shí)代。

通過(guò)目的基因在種間的穩(wěn)定轉(zhuǎn)移，團(tuán)隊(duì)培育出了具有穩(wěn)定黃籽性狀的甘藍(lán)型黃籽油菜核心種質(zhì)資源“黃矮早”，即黃籽、矮稈、早熟，填補(bǔ)了全球純黃且遺傳穩(wěn)定的甘藍(lán)型油菜種源的空白，為黃籽甘藍(lán)型油菜育種提供了源頭支撐。

劉忠松團(tuán)隊(duì)以“黃矮早”為親本，成功培育出黃籽早熟系列油菜新品種，其中4個(gè)品種被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部和湖南省列為主推品種。這些品種結(jié)出的油菜籽含油量從原有品種的低于42%，提高到了近50%；產(chǎn)油量則從畝產(chǎn)60公斤左右提高到90公斤以上，讓油菜成功實(shí)現(xiàn)單產(chǎn)大幅提升。截至目前，這些品種累計(jì)推廣8268.5萬(wàn)畝，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增收超過(guò)189億元。此外，團(tuán)隊(duì)研發(fā)的油菜播收機(jī)械及配套栽培技術(shù)，助力我國(guó)農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)了黃籽油菜全程機(jī)械化高效生產(chǎn)，累計(jì)節(jié)本增效15.35億元。

劉忠松自豪地說(shuō)：“我們的研究不僅提升了油菜的產(chǎn)量和含油量，更讓農(nóng)民的收入大幅增加。”

豐富高油基因資源“儲(chǔ)備”

1月31日，劉忠松聯(lián)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)團(tuán)隊(duì)，在《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》上發(fā)表了攻關(guān)20余年取得的重大科研成果。該研究從分子水平揭示了黃籽油菜高油積累的“底層邏輯”，并闡明其起源于中國(guó)西南地區(qū)，為高油黃籽油菜育種提供了寶貴的基因資源“儲(chǔ)備”。

“這些有關(guān)基因的基礎(chǔ)研究成果來(lái)自我們對(duì)油菜的遺傳溯源。”劉忠松說(shuō)。

團(tuán)隊(duì)為培育出更多優(yōu)良性狀的油菜品種，長(zhǎng)期致力于油菜遺傳溯源研究，足跡遍布全國(guó)油菜種植省份。通過(guò)對(duì)我國(guó)特有芥菜型黃籽地方品種“四川黃籽”的追蹤，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了全球首個(gè)黃籽油菜高質(zhì)量基因組，并對(duì)全球38個(gè)國(guó)家和地區(qū)的480份種質(zhì)進(jìn)行基因組重測(cè)序。研究發(fā)現(xiàn)，芥菜起源于西亞，后經(jīng)3條路徑向東傳播，演化出6個(gè)不同類(lèi)群。結(jié)合核基因組、胞質(zhì)基因組分析及考古文獻(xiàn)，團(tuán)隊(duì)重建了芥菜的起源和馴化歷史。

“遺傳溯源和基因技術(shù)結(jié)合，讓我們不斷鑒定出新基因，為不同用途芥菜的基因組設(shè)計(jì)育種提供基因資源和科學(xué)依據(jù)。”團(tuán)隊(duì)成員、湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授康雷說(shuō)，這有助提高育種效率、加速育種進(jìn)程。

近年來(lái)，團(tuán)隊(duì)不斷破譯基因新“密鑰”，在油菜品種選育上持續(xù)向“高油”目標(biāo)突破。2024年，團(tuán)隊(duì)新選育的短生育期、優(yōu)質(zhì)宜機(jī)收油菜品種“湘油228”，畝產(chǎn)油菜籽201.9公斤，產(chǎn)油量近100公斤，為南方三熟制地區(qū)油菜生產(chǎn)帶來(lái)新希望。

2025年中央一號(hào)文件提出，“深入推進(jìn)糧油作物大面積單產(chǎn)提升行動(dòng)”“挖掘油菜、花生擴(kuò)種潛力”。劉忠松表示：“下一步，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)攻關(guān)聚合優(yōu)良基因難題，培育出超高油、適應(yīng)性更廣的純黃油菜品種，助力油菜產(chǎn)業(yè)邁向‘高產(chǎn)高油高效早熟’的‘三高一早’時(shí)代！”

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