公众都知道杂交水稻,却较少有人了解,迄今杂交水稻的制种高度依赖于人工,水稻制种依然属于劳动密集型产业。中国科学家的新成果可能将彻底改变这一现状,为机械化制种开辟出道路。
6月3日,Nature Plants杂志在线发表了中国科研团队一篇题为“Modulation of histone acetylation enables fully mechanized hybrid rice breeding”(调节组蛋白乙酰化可实现全机械化杂交水稻育种)的论文。有相应评论认为,“这一成果将彻底改变杂交水稻制种产业的游戏规则”。
杂交育种迄今还是劳动密集型产业。杂种优势是指杂合体在一种或多种性状上优于两个亲本的现象。例如不同品系、不同品种、甚至不同种属间进行杂交所得到的杂种一代往往比它的双亲表现出更强大的生长速率和代谢功能,从而导致产量或生物量的提高,或者增强了对生物胁迫和非生物胁迫的适应性和抗性。这是生物界普遍存在的现象。
杂交水稻在中国的应用已近50年,杂交水稻品种也在不断迭代,以实现更高的产量,更好的品质。然而,无论是“三系法”还是“两系法”,杂交水稻的大规模种植依赖于杂交种子的规模化生产,然而杂交种子的生产过程(制种)却极为繁琐,耗时耗力,属于劳动密集型产业。
为了寻找理想籽粒大小调控基因从而快速培育/改良适用于机械化制种的杂交水稻新品种,我们和中国水稻研究所朱旭东和王跃星团队、浙江理工大学汪得凯团队以及海南大学罗越华团队合作,通过两种策略培育理想的小粒不育系/保持系,挖掘理想的小粒基因。
通过基因编辑天优华占的不育系天丰A(TFA)和保持系天丰B(TFB)的GSE3基因,我们创制了相应的理想小粒不育系TFA gse3-cri3和TFB gse3-cri3。田间实验表明,TFA gse3-cri3和大粒恢复系(大粒华占,DHZ)组合同样能够实现杂交水稻的机械化制种,单位面积的杂交种子数量提高了21.2%,并且不影响杂交水稻的产量。