早在人類還處于簡單的種植和采收活動階段，就已經(jīng)有育種工作的萌芽。
選育更適應農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要的新品種，是促進農(nóng)業(yè)發(fā)展的原動力之一，也是人類文明進步的重要標志。盡管雜交、誘變、分子標記輔助選擇、單（多）倍體等手段一次又一次地加速了育種工作的效率。但是隨著極端氣候頻發(fā)、耕作制度和消費方式的不斷變化等因素的日益復雜，還有人類從未徹底征服的饑荒，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對新品種的性狀要求和選育這些品種的效率也提出了更高的需求，要解決這些問題只能依靠設(shè)計育種。
設(shè)計育種
顧名思義就是強調(diào)了育種工作的可設(shè)計性、精確性和高效性。很長時間以來，育種家在育種過程中，也進行了精心地設(shè)計。如：利用有互補優(yōu)勢的材料對目標性狀的定向改良，甚至在水稻中能將高配合力的兩系恢復系改造成三系不育系等。
然而在傳統(tǒng)育種過程中，要高效地選育綜合性狀優(yōu)異的品種，需要育種家有極為豐富的田間經(jīng)驗積累，且田間雜交和篩選工作量巨大，成功的概率極低。這也導致，我國育種家隊伍規(guī)模世界第一，但種業(yè)發(fā)展仍落后于跨國公司。
萬建民院士曾于2006年提出了作物分子設(shè)計育種的概念：是在龐大的生物信息和育種家的需求之間搭起一座橋梁，在育種家的田間試驗之前，對育種程序中的各種因素進行模擬篩選和優(yōu)化，提出最佳的親本選配和后代選擇策略。
但是
雙親基因組互作產(chǎn)生的雜種優(yōu)勢遺傳機理一直不完全清楚，以及田間經(jīng)驗豐富的傳統(tǒng)育種家對設(shè)計育種接受需要過程等因素制約了設(shè)計育種的發(fā)展。
隨著全基因組關(guān)聯(lián)研究、基因編輯等技術(shù)的進一步發(fā)展，特別是韓斌院士等于2016年綜合利用基因組學、數(shù)量遺傳學及計算生物學領(lǐng)域的最新技術(shù)手段闡明了水稻雜種優(yōu)勢的遺傳機制后，以基因組指導下的設(shè)計育種得到了育種家們更廣泛的認可，也使得設(shè)計育種，特別是水稻的設(shè)計育種從理論研究真正地走向了生產(chǎn)實際。李家洋院士等于2018年提出分子設(shè)計育種是在解析作物重要農(nóng)藝性狀形成的分子機理的基礎(chǔ)上，通過品種設(shè)計對多基因復雜性狀進行定向改良，以達到綜合性狀優(yōu)異的目標。
所以，設(shè)計育種不僅是一種新的育種方法，而是在基礎(chǔ)理論突破后，整合育種創(chuàng)新鏈上各要素而形成的高效精準育種體系，并能通過該體系選育出符合產(chǎn)業(yè)化目標需求的新品種。當然，這仍需要進一步加強基礎(chǔ)研究與應用研究的結(jié)合，更需要以市場需求為導向的科企多單位的緊密協(xié)同。
為什么
要建設(shè)有中國特色水稻設(shè)計育種體系
種業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的“芯片”，種業(yè)的競爭核心是科技的競爭，更是科技如何引領(lǐng)支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的競爭。在當前世界種業(yè)熱門的轉(zhuǎn)基因技術(shù)（含基因編輯技術(shù)）等方面核心底盤技術(shù)都非我國原創(chuàng)，且科技與經(jīng)濟“兩張皮”的現(xiàn)象仍較為嚴重。因此，要實現(xiàn)我國種業(yè)的跨越式發(fā)展，必須要基于有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心基礎(chǔ)研究成果搭建起一套引領(lǐng)支撐種業(yè)發(fā)展的商業(yè)化設(shè)計育種體系。
中國雜交水稻技術(shù)世界領(lǐng)先，也是最耀眼的中國名片之一。我國科學家在水稻基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化研究方面均取得了舉世矚目的成就。
2017年2月國際著名期刊 Nature Plants 發(fā)表的 A Chinese renaissance專評文章認為，中國已經(jīng)引領(lǐng)水稻乃至作物生物學、遺傳學和基因組學研究。韓斌院士等研究成果“揭示水稻產(chǎn)量性狀雜種優(yōu)勢的分子遺傳機制”獲得2016年中國科學十大進展，李家洋院士等研究成果“水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)性狀形成的分子機理及品種設(shè)計”榮獲2017年度國家自然科學一等獎，韓斌院士等于2019年開發(fā)了一種新的數(shù)量性狀定位方法為雜種優(yōu)勢育種和品種改良提供了新的策略等等，這些基礎(chǔ)研究成果為我國建設(shè)水稻設(shè)計育種體系奠定了堅實的基礎(chǔ)。
在產(chǎn)業(yè)化研究方面，自20世紀70年代開始，我國育種學家率先開展了水稻雜種優(yōu)勢利用研究，陸續(xù)通過三系法、兩系法等途徑培育出大量雜交水稻品種。近年來，隨著我國水稻種業(yè)企業(yè)科研能力得到快速地提升，隆平高科、荃銀高科等公司在水稻種質(zhì)資源創(chuàng)新、新品種選育和推廣方面取得了較為顯著的成績，進一步強化了企業(yè)作為我國種業(yè)科技創(chuàng)新主體的地位。
回顧我國雜交水稻的發(fā)展歷程，發(fā)揮制度優(yōu)勢，開展“大聯(lián)合、大攻關(guān)”是成功的關(guān)鍵因素。新時代條件下，因企業(yè)的參與賦予了“大聯(lián)合、大攻關(guān)”更深層次的的豐富內(nèi)涵。在政府推動下的科企深度融合為建設(shè)有中國特色水稻設(shè)計育種體系提供了路徑，并能讓這一成果直接地服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。最終通過在水稻育種領(lǐng)域的成功，引領(lǐng)其他作物，甚至畜禽的設(shè)計育種工作。
如何建設(shè)
有中國特色水稻設(shè)計育種體系
以我國世界領(lǐng)先的水稻基因組學研究成果為核心，以商業(yè)化應用為目標，形成從基礎(chǔ)研究到應用研究打通創(chuàng)新鏈，從東北到華南再到海外覆蓋整個水稻生態(tài)區(qū)，從稻米品質(zhì)到綠色發(fā)展協(xié)同多性狀研究的創(chuàng)新大布局。
在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的支持下，國家水稻商業(yè)化分子育種技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟（以下簡稱“6+1聯(lián)盟”）2016年8月成立。6+1聯(lián)盟以“立足分子技術(shù)、著眼設(shè)計育種、創(chuàng)新合作機制、實現(xiàn)共贏發(fā)展”為宗旨，聚合了中國科學院韓斌院士、中國科學院李家洋院士、中國工程院胡培松院士，以及傅向東研究員、儲成才研究員、吳躍進研究員、李澤福研究員、李仕貴教授、王豐研究員等研究團隊和荃銀高科水稻商業(yè)化育種團隊。以水稻雜種優(yōu)勢的全基因組解析這一科學問題為核心，以“好種、好吃”的商業(yè)化應用為導向，發(fā)揮各團隊的優(yōu)勢，初步搭建起有中國特色的水稻設(shè)計育種體系V1.0版本。
隨后，6+1聯(lián)盟內(nèi)的科研單位、科研人員自然人和企業(yè)共同投資設(shè)立了6+1聯(lián)盟“實體化”運作平臺：上海中科荃銀分子育種技術(shù)有限公司（以下簡稱“中科荃銀”）。通過“利益共享、風險同擔”把各方緊密地綁定在一起，持續(xù)深入地開展合作。當然，在實體化過程中，也面臨著諸多問題，例如科技人員不能、也不敢到企業(yè)持股和兼職等。6+1聯(lián)盟聘請專業(yè)法律顧問，與各團隊及所在單位進行多次溝通，并根據(jù)不同單位的實際情況進行協(xié)調(diào)，通過多層次、多形式的制度設(shè)計，最終實現(xiàn)了中科荃銀的順利落地，這也是中國特色的水稻設(shè)計育種體系V2.0版本的形成。
目前，6+1聯(lián)盟已經(jīng)形成了一系列的研究成果。
《一種利用水稻基因組學技術(shù)快速精準選育三系水稻恢復系的方法》《一種利用水稻基因組學技術(shù)快速精準選育三系水稻不育系的方法》《一種快速精準選育優(yōu)質(zhì)抗病水稻品種的方法》等方法已經(jīng)申請發(fā)明專利并指導實際育種工作。
聯(lián)盟圍繞荃9311A、滬科1A等核心育種材料，通過全基因組解析，根據(jù)公司的需求提出材料改良和配組方案；各科學家團隊結(jié)合自身優(yōu)勢，利用已知的功能基因，在不同生態(tài)區(qū)域開展相關(guān)材料改良和配組工作，高效地選育出系列強優(yōu)勢的或者適合不同產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的新品種等等。
這些深受種業(yè)企業(yè)和老百姓歡迎的新品種和新技術(shù)，不僅服務(wù)了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也讓更多的科學家、企業(yè)家和農(nóng)民認識到建設(shè)中國特色水稻設(shè)計育種體系的可行性，堅定了大家的決心。2020年1月，6+1聯(lián)盟被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部認定為“首批國家農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新聯(lián)盟”，同時也是首批認定的“標桿聯(lián)盟”。
未來，6+1聯(lián)盟將全力支持中科荃銀的建設(shè)發(fā)展工作。進一步優(yōu)化聯(lián)盟內(nèi)的機制創(chuàng)新工作，以該平臺實現(xiàn)聯(lián)盟內(nèi)的創(chuàng)新資源暢享，承載聯(lián)盟最新研究成果并進行轉(zhuǎn)化，促進聯(lián)盟技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)的再升級。以持續(xù)的技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)和機制創(chuàng)新，努力將其打造成為國際一流的農(nóng)作物分子育種技術(shù)公司，做全球雜交水稻技術(shù)的創(chuàng)新者和引領(lǐng)者，最終實現(xiàn)中國特色的水稻設(shè)計育種體系V3.0、V4.0版本！
萬建民院士在提出作物分子設(shè)計育種的概念時指出：我們應該把握機遇，充分利用植物基因組學和生物信息學等前沿學科的重大成就，及時開展品種分子設(shè)計的基礎(chǔ)理論研究和技術(shù)平臺建設(shè)。設(shè)計育種是一個綜合性的新興研究領(lǐng)域，對中國種業(yè)發(fā)展來說這是一次難得的機遇，更是一個巨大的挑戰(zhàn)。建設(shè)有中國特色的水稻設(shè)計育種體系，不僅有世界領(lǐng)先的研究基礎(chǔ)，也有越來越開明開放的政策保障；能實現(xiàn)中國水稻種業(yè)的世界影響力得到進一步提升，更能帶動民族種業(yè)迎來跨越式的發(fā)展。與此同時，我們也要深刻地認識到建設(shè)有中國特色的水稻設(shè)計育種體系，不僅面臨著復雜的科研風險，也有待完善制度形成的種種制約；需要政產(chǎn)學研深度融合，更要在全社會形成一個尊重知識、尊重人才的良好氛圍。
2020年兩會期間，習近平總書記再次強調(diào)了，“中國人的飯碗任何時候都要牢牢地端在自己的手上，飯碗里主要裝中國糧”。新時代建設(shè)有中國特色的水稻設(shè)計育種體系，還需要科學家們繼承20世紀雜交水稻“大聯(lián)合、大攻關(guān)”時的光榮傳統(tǒng)，以時不我待之緊迫，以舍我其誰之擔當，勇于創(chuàng)新，持續(xù)創(chuàng)新，在振興民族種業(yè)道路上書寫科學報國最美的篇章！
● 本文選自《有中國特色的水稻設(shè)計育種體系建設(shè)探究》
● 作者：方玉, 張琴, 李潛龍, 楊慧珍, 張從合
● 單位：上海中科荃銀分子育種技術(shù)有限公司，安徽荃銀高科種業(yè)股份有限公司/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部雜交稻新品種創(chuàng)制重點實驗室
● 刊于《中國種業(yè)》2020年第9期5-8頁 轉(zhuǎn)載請注明
