李家洋钱前院士综述Rice2035：水稻研究与育种的十年愿景

Molecular PlantRice2035: A decadal vision for rice research and breeding

MP。没想到水稻这一重要作物整整晚了一年发表~

 

 

背景与挑战

：

：

• • 气候变化加剧
• • 资源限制（水、肥料、农药等）
• • 产量与抗性之间的权衡
• 

   

  图1. 水稻种植与生产。（A-B）1961年和2023年世界、五个不同大洲以及印度和中国两个国家的水稻产量（A）和种植面积（B）。（C）世界水稻年产量和总产量。（D-E）中国化肥（D）和农药（E）的年消费量。（F）不同育种时期2,471份中国籼-籼杂交稻的籽粒品质变化。

   

   

   

   

  历史成就回顾

• SD1• 使水稻单产潜力翻倍

 

• • 两系法（光温敏核雄性不育）
• • 图位克隆技术克隆了1000多个功能基因
• • 泛基因组研究揭示遗传变异
• 

   

  图2. 不同育种时期检测杂交稻中数量性状核苷酸（QTNs）的基因型频率。三个籽粒品质控制基因（Chalk5、Waxy和ALK）中四个QTNs的基因型频率，2,471份中国籼-籼杂交稻不同育种时期产量相关基因（NAL1、GS3和GW5）中三个QTNs的基因型频率，以及67份中国籼-粳杂交稻不同育种时期IPA1基因中两个QTNs的基因型频率。

   

   

   

   

  2035年育种目标："两增两减"

  ：

  • 增产• ：改善食味品质和营养品质（低升糖指数、高抗性淀粉、富含微量元素等）

  ：

  • 减投• ：减少生物胁迫（病虫害）和非生物胁迫（极端天气）造成的产量损失

  

  图3. 水稻2035"两增两减"育种目标。"两增"指产量提升和品质改良，"两减"指减少化肥和农药投入，以及减少灾害造成的产量损失。

   

   

   

   

  实现目标的技术路径

  1. 遗传变异的创制（Generating）

  • 挖掘自然变异• ：EMS、γ射线等诱导突变
  • 定向诱变• ：构建代谢通路，生产高附加值产品
  • 基因编辑2. 遗传变异的解析（Characterization）

     

    • 饱和诱变• ：预测突变对蛋白功能的影响
    • 比较基因组学• ：整合基因组、转录组、蛋白组、代谢组数据
    • 非编码区解析• ：高通量、精准表型采集技术

    3. 遗传变异的利用（Utilization）

    • 快速基因聚合• ：环境控制加速世代进程（一年4-6代）
    • AI表型预测• ：通过无融合生殖固定杂种优势
    • 从头驯化

       

      图4. 实现水稻2035遗传变异的创制、解析和利用三大核心要素。该示意图展示了作物育种的三个核心要素——遗传变异的创制、解析和利用，并简要概述了相关的技术方法。

       

       

       

       

      关键性状研究方向

      • 产量• ：营养品质多样化，低重金属积累，延长种子储藏期
      • 生物胁迫• ：全生育期耐旱、耐盐碱、耐高低温
      • 养分效率• ：引入C4光合特性
      • 轻简栽培

         

         

         

         

        结论

        

        欢迎加入生信AI育种交流群，一群已满，请添加小编微信拉你加入二群，请备注“姓名-单位”，方便交流~~~