水稻是重要的糧食作物，是我國60％以上人口的主糧。在糧食危機(jī)和人們生活水平日益增長的雙重壓力下，育種學(xué)家和稻米種業(yè)長期以來致力于培育“高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)”型超級水稻新品種，但是傳統(tǒng)育種進(jìn)展緩慢。隨著水稻功能基因組的發(fā)展，“品種設(shè)計育種”應(yīng)運而生，其重要內(nèi)容之一是將重要農(nóng)藝性狀關(guān)鍵基因的優(yōu)異等位形式高效聚合，形成超級新品種。然而，品種設(shè)計育種實施中最優(yōu)化育種策略的設(shè)計面臨挑戰(zhàn)，尤其對于高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)復(fù)雜性狀綜合改良，迄今還沒有實現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的報道。

水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)均為復(fù)雜的數(shù)量性狀，迄今為止，人們已經(jīng)鑒定出水稻產(chǎn)量相關(guān)的數(shù)量性狀基因座位（QTL）或基因達(dá)數(shù)百之多。以前的研究表明，水稻蒸煮品質(zhì)主要受淀粉合成相關(guān)基因組成的遺傳網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控（PNAS，2009）。在此基礎(chǔ)上，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋研究組與中國農(nóng)科院水稻所、深圳農(nóng)業(yè)基因組所錢前研究組聯(lián)合，經(jīng)過精心設(shè)計，以超高產(chǎn)但綜合品質(zhì)差的品種“特青”作為受體，以蒸煮和外觀品質(zhì)具有良好特性的品種“日本晴”和“93-11”為供體，對涉及水稻產(chǎn)量、稻米外觀品質(zhì)、蒸煮食味品質(zhì)和生態(tài)適應(yīng)性的28個目標(biāo)基因進(jìn)行優(yōu)化組合，經(jīng)過8年多的努力，利用雜交、回交與分子標(biāo)記定向選擇等技術(shù)，成功將優(yōu)質(zhì)目標(biāo)基因的優(yōu)異等位聚合到受體材料，并充分保留了“特青”的高產(chǎn)特性。這些優(yōu)異的“品種設(shè)計”材料，在高產(chǎn)的基礎(chǔ)上，稻米外觀品質(zhì)、蒸煮食味品質(zhì)、口感和風(fēng)味等方面均有顯著改良，并且以其配組的雜交稻稻米品質(zhì)也顯著提高。這項研究結(jié)果將極大推動作物傳統(tǒng)育種向高效、精準(zhǔn)、定向的分子設(shè)計育種轉(zhuǎn)變。

上述研究成果于3月20日在線發(fā)表在《自然-植物》（Nature Plants，DOI：10.1038/nplants.2017.31），農(nóng)科院水稻所研究員曾大力和中科院遺傳發(fā)育所研究員田志喜為共同第一作者，錢前和李家洋為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金委、科技部和中科院先導(dǎo)項目的資助。