Curr. Opin. Plant Biol. | 华中农业大学水稻团队张建伟与欧阳亦聃解码水稻基因组, 助力培育绿色超级稻

学术 2024-12-17 10:14 湖北

水稻（Oryza sativa L.）是世界主要粮食作物之一，全世界60%以上的人口以稻米为主食。长期以来，水稻的种植生产面临着诸多问题，包括日益严重的病虫害威胁和农药的滥用、化肥的过度施用、水资源的短缺与极端气候变化威胁，以及环境友好型可持续农业发展的迫切需求。全世界科学家们一直致力于寻求这些问题的解决方案，其中包括提出“绿色超级稻”（Green Super Rice）理念，即培育少打农药、少施化肥、节水耐旱、优质高产的环境友好型水稻品种。

2024年11月26日，华中农业大学水稻团队张建伟与欧阳亦聃在《植物生物学当前观点（Current Opinion in Plant Biology）》发表“Engineering rice genomes towards green super rice”综述文章，总结了大数据驱动的“绿色超级稻”高效育种策略，提出了杂交稻育种与“绿色”多效性基因的优化方向，以期帮助育种工作者跨越从绿色基因到绿色性状的鸿沟。

近二十多年来，基因组学极大地助力了以功能基因组研究为代表的水稻多组学发展。尤其随着测序技术快速发展，水稻基因组测序数据究竟有多少家底？如何有效应用这些家底？这些信息仍不够清晰明确。该综述系统性归纳了已公开的水稻测序与多组学数据库，整理了生物信息工具网站，对如何应用这些资源推动发掘功能基因、促进解析水稻基因组进行了总结。

“绿色”基因是构建“绿色超级稻”的砖石。截至目前，全球水稻科研工作者合计已鉴定4000多个水稻功能基因(https://funricegenes.github.io/)，涉及产量、抗病、抗虫、抗非生物逆境、养分代谢等各个方面，占水稻预测基因数量的10%左右。其中有一些基因表现出一因多效性，即同时影响多种重要农艺性状（包括对环境的响应），在育种中有重要价值。

事实上，培育“绿色超级稻”过程中，除了要解决“绿色”基因的挖掘问题，快速高效组装“绿色”基因是育种家们面临的另一挑战。可喜的是，通过RiceG2G、RiceNavi等现代工具分别在杂交水稻两个亲本中同时组装“绿色”基因，将极大辅助缩短育种周期，提高“绿色超级稻”育种效率与改良精准度。

未来，有望利用基因编辑工具精确、快速操纵所需农艺性状的效应基因，有针对性地改良水稻品种；在特定生态区多年生水稻的种植、亚种间杂交育种的应用、多组学数据的进一步挖掘利用都将加速“绿色超级稻”培育与应用。文章相信，全世界水稻科研人员的通力合作，定能筑牢全球数十亿人粮食安全的基石。

华中农业大学、湖北洪山实验室张建伟教授与欧阳亦聃教授为该论文共同通讯作者，博士研究生车瑊为共同第一作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家水稻产业技术体系专项资金、中央高校基本科研资金，湖北省洪山实验室重大项目等资助。

图1 绿色超级稻的理念与多组学驱动的高效育种策略

图2 三个典型的多效性基因案例

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