在全球人口增長與氣候變化等多重因素的影響下, 糧食安全問題日益嚴峻, 作物雜種優勢研究和生物育種技術的融合成為推動現代農業可持續發展的重要途徑之一. 作物雜種優勢利用由來已久, 在提高作物產量、品質和抗性等方面發揮了巨大作用, 作物雜種優勢遺傳機理解析、新型雜交育種技術開發、雜種優勢新模式探索, 以及雜種優勢利用作物種類擴展等方面的研究持續加速. 基因編輯、單倍體技術、全基因組選擇和合成生物學等前沿生物技術, 通過與人工智能、大數據等深度融合, 顯著提升了作物雜種優勢潛力的挖掘與利用效率,使作物能夠在更短時間內實現更高效的遺傳改良和環境適應性優化. “生物育種+雜種優勢”的耦合, 正在重塑現代農業育種新范式, 推動作物育種邁向精準化、智能化和可設計模式,為種業新質生產力發展提供新動能, 為構建高產高效、綠色韌性、自主可控的現代種業體系提供科技支撐.

作物雜種優勢與生物育種專輯

編者按

發展種業新質生產力, 提高作物產量, 保障國家糧食安全

萬向元

評述

作物種業科技創新思路重塑: 形勢與展望

魏珣, 吳鎖偉, 萬向元

本文基于“第一屆全國作物雜種優勢與生物育種學術大會”上專家的大會報告, 從我國種業科技創新的歷史、現狀和未來等角度出發, 提出了一系列新觀點、新思路、新策略, 對我國種業振興和農業強國建設具有重要參考價值.

魏珣, 李紫文, 祝蕾, 董振營, 張娟, 田甜, 吳鎖偉, 龍艷, 安學麗, 萬向元

基于“第一屆全國作物雜種優勢與生物育種學術大會”報告, 綜述了作物雜種優勢機理解析及利用技術的發展歷史,作物雄性不育機制研究進展, 以及調控重要性狀的關鍵基因; 總結了現代生物技術的育種應用, 以及發展種業新質生產力的路徑, 并提出作物育種的未來研究方向.

作物生殖隔離基因及分子遺傳調控機制

張晶, 李永光, 謝振威, 趙志剛, 王超龍, 余曉文, 萬建民

生殖隔離既是物種形成和維持的關鍵機制, 也是作物遠緣雜交育種和雜種優勢利用的主要障礙. 本文系統梳理了水稻、玉米和小麥中典型生殖隔離現象的遺傳基礎與分子機理, 探討了生殖隔離在作物遺傳改良中的潛在應用,為作物育種理論研究和應用實踐提供了參考.

植物花藥和花粉發育及其關鍵生物學事件調控機制

侯全璨, 牛菁華, 易侖, 王云杉, 吳鎖偉, 安學麗, 萬向元

本文以擬南芥、水稻、玉米為例, 詳細介紹植物花藥和花粉發育全過程特征, 系統綜述調控雄蕊原基形成、花藥壁發育、減數分裂、花粉壁形成、萌發孔發生、花粉有絲分裂及花藥開裂等關鍵生物學事件的基因和調控機制,為基于雄性不育技術的生產應用提供理論依據.

丁先龍, 賀建波, 楊守萍, 蓋鈞鎰

大豆具有可資利用的雜種優勢. 我國已建立了一套完善的“大豆-昆蟲-環境”三位一體的雜交種制種技術體系, 可使高異交率不育系異交率達90%以上, 利用“三系”(不育系、保持系和恢復系)雜交種生產體系已審定40余個雜種大豆品種, 雜交大豆正在向產業化邁進.

張春寶, 楊向東, 陳澍燕, 李紅菊

雜種優勢利用是突破大豆產量瓶頸, 實現大豆大幅增產的重要途徑之一. 本文從雜交大豆優勢潛力挖掘及提升模式、新型不育系創制與應用策略、親本異交率提升方法及雜交制種技術體系優化等方面, 提出大豆雜種優勢利用發展路徑, 為加速我國雜交大豆產業化進程提供了系統的攻關思路.

孫志忠, 陳思揚, 彭克帆, 何強, 段美娟, 袁定陽

雜種優勢作為現代作物育種的核心理論, 其分子機制解析與育種應用是研究熱點. 本文從遺傳基礎、分子機理及育種應用三方面系統綜述了水稻雜種優勢領域的最新進展, 提出多環境位點挖掘、優勢群精細劃分等策略, 為深化雜種優勢機制認知及精準育種實踐提供參考.

趙昌平, 汪德州, 張風廷, 孫輝, 付錦州, 房兆峰, 左靜紅, 郝小聰, 唐益苗

本文系統梳理了雜交小麥的發展脈絡, 重點呈現我國在光溫敏雄性不育種質創制、育性調控機制解析及高效制種體系構建等方面的最新進展. 突出介紹了“京麥”系列雜交小麥在增產、抗逆與推廣中的應用成效, 并展望多技術融合推動雜交小麥產業化的未來方向.

余鈞明, 周蔚, 邵高能, 胡培松

前期研究克隆并解析了大量參與水稻重要農藝性狀形成的基因, 然而缺乏系統的報道. 本文全面梳理總結了水稻產量、品質及抗逆等方面最為關鍵基因的克隆研究進展, 以及探究育種的應用潛力, 這不僅加深了我們對重要農藝性狀調控基因的理解, 也為定向精準高效水稻新種質創制及新品種培育提供重要支撐.

彭文婷, 李慶, 代明球

本文全面綜述了近年來作物抗旱關鍵調控因子及改良策略, 介紹了作物干旱響應和調控機制, 總結了多組學在挖掘抗旱基因中的應用, 討論了抗旱基因在產量平衡和復合逆境脅迫下的作用, 介紹了植物生長調節劑及根際微生物提高作物抗旱性的應用研究, 為作物抗旱改良提供新策略.

尤佳琦, 王茂軍, 張獻龍

作為重要經濟作物, 棉花纖維品質備受關注. 華中農業大學棉花遺傳改良團隊聚焦主栽棉種——異源四倍體陸地棉, 深入剖析其在轉錄、表觀修飾及三維結構等多層面的“亞基因組不對稱性”, 提出了利用亞基因組“加性效應”改良纖維品質的新策略.

論文

基因編輯創制玉米溫敏型不育系及其雜交制種應用評估

侯留迪, 時點石, 高照旭, 朱金潔, 劉昌林, 謝傳曉, 祁顯濤

本研究利用CRISPR/Cas9技術編輯玉米ZmTms5基因, 創制出11個溫敏核不育系突變體. 這些材料在28℃高溫下表現雄性不育, 25℃低溫恢復育性. 經全國14個生態區驗證, 該不育系表型穩定, 并確定了適宜繁種和制種的區域.該成果建立了基于溫度調控的“一系兩用”玉米雜交種生產體系, 為雜交玉米高效制種提供了新方案.

楊揚, 田紅麗, 易紅梅, 王璐, 范亞明, 常詩惠, 王鳳格, 宋偉, 趙久然

“完全分子標記法”能通過分析玉米單交種的DNA指紋, 快速推斷其雜種優勢模式, 為追溯玉米品種遺傳背景提供了簡便有效的技術手段. 此方法不僅有助于精準推廣栽培品種和評估遺傳多樣性, 還對保障國家糧食安全具有重要意義.

GhWRKY33-like調控棉花抗黃萎病的分子機制研究

陳艷麗, 于妍, 周昊丹, 李佳寧, 王乾坤, 趙巖, 靳冬, 段紅英, 劉理森, 葛曉陽, 李付廣

棉花黃萎病嚴重威脅棉花生產. 本研究從陸地棉中克隆到受大麗輪枝菌誘導的GhWRKY33-like轉錄因子, 其過表達顯著增強棉花抗病性. DAP-Seq分析發現, GhWRKY33-like通過直接結合磺肽素受體基因GhPSKR2的啟動子抑制其表達, 從而正調控抗病性. 該研究為棉花抗病育種提供了重要分子靶點和育種材料.

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