引題：國家技術發(fā)明獎二等獎“玉米單倍體育種高效技術體系創(chuàng)建及規(guī)模化應用”
圖④：陳紹江（左）在田間講授單倍體育種技術。中國農業(yè)大學供圖
本報記者 蔣建科
玉米品種是一般由兩個親本純合自交系組配而成的雜交種，一般需要8個世代以上連續(xù)自交才能獲得純系。這個方法雖然容易操作，但周期長、速度慢。因此，如何研發(fā)出快速而先進的玉米育種技術成為焦點。由中國農業(yè)大學教授陳紹江聯(lián)合李建生、劉晨旭、才卓、黎亮和段民孝等國內骨干研究單位的專家，通過長期協(xié)同攻關，終于研發(fā)成功玉米單倍體育種高效技術體系，只需2個世代即可獲得育種所需純系，讓玉米育種跑出“加速度”。
陳紹江介紹，染色體是遺傳物質的載體，一般情況下，植物細胞二倍體的染色體成對存在，而單倍體的染色體成單存在。單倍體雖然可以生長但一般高度不育，難以獲得種子，而通過特殊技術讓染色體加倍使其“脫單”，恢復至正常的二倍體狀態(tài)，就能產生DH（加倍單倍體）純系種子，進一步即可作為育種材料培育新品種，所以單倍體技術又稱為雙單倍體技術或DH技術。
自然出現(xiàn)單倍體的概率太低，難以達到育種需求。為此，科學家先后嘗試了多種單倍體技術路徑，雖取得了一定進展，但因操作復雜、易受遺傳背景影響等，限制了廣泛應用。
團隊主攻方向是雜交誘導單倍體快速育種技術。該技術的基礎是上世紀50年代發(fā)現(xiàn)的原始玉米誘導材料，利用誘導材料花粉與其他玉米雜交后，雜交當代果穗上就可產生一定比例的母本單倍體種子。該技術涉及單倍體誘導、鑒別和加倍三大環(huán)節(jié)，技術瓶頸首先是原始誘導系的誘導率很低，且單倍體誘導的遺傳基礎不明確；其次是雜交誘導當代籽粒中，單倍體少且與二倍體隨機出現(xiàn)，通常依賴原有顏色基因標記進行挑選，但不易準確區(qū)分，需要尋找穩(wěn)定可靠的高效鑒別標記系統(tǒng)；最后是自然條件下，單倍體一般高度不育，繁殖困難。
針對這些問題，團隊聚焦高效技術的體系化研發(fā)，取得了覆蓋全技術鏈的創(chuàng)新成果。在單倍體誘導系創(chuàng)制方面，通過創(chuàng)新表型選擇方法、發(fā)明分子標記輔助選育方法，先后培育了三代單倍體誘導系，將單倍體誘導效率提高到20%以上，不僅開啟了我國單倍體育種的先河，也為單倍體育種技術的規(guī)?；瘧锰峁┝撕诵牟牧?。團隊還成功克隆2個關鍵誘導基因，解析了誘導的遺傳基礎，占領了技術制高點，而且通過跨物種驗證，為不同作物單倍體快速育種技術的創(chuàng)建開辟了新路徑。
在鑒別和加倍技術方面，基于前期研究發(fā)現(xiàn)的籽粒油分花粉直感現(xiàn)象，團隊在國際上率先提出利用雜交當代遺傳效應進行單倍體鑒選的技術原理，并由此發(fā)明了基于籽粒油分標記的單倍體籽粒篩選方法，合作開發(fā)了全自動單倍體籽粒鑒別裝備，實現(xiàn)了單倍體籽粒高通量、自動化鑒別。團隊還進一步發(fā)明了單倍體幼胚鑒別加倍一體化組培方法，實現(xiàn)了快速高效的工廠化大規(guī)模DH純系創(chuàng)制。
育種實踐是技術價值的試金石。團隊通過技術培訓和科企合作，在國內數(shù)十家玉米種子骨干企業(yè)建立了單倍體育種技術平臺，大幅提高了企業(yè)育種研發(fā)的效率。同時，大批DH純系創(chuàng)制和雜交種的育成及大規(guī)模推廣，為我國玉米增產增收注入了新的動能。
這項成果凝結著幾代科研人員的持續(xù)努力，以及完成單位之間的精誠合作。陳紹江表示，將玉米單倍體育種的成功經驗拓展到更多作物是團隊下一步攻關的方向。未來，希望創(chuàng)建通用型跨作物單倍體快速育種技術體系，為我國種業(yè)科技創(chuàng)新貢獻力量。
