《科学通报》2025年7月上旬刊(“作物杂种优势与生物育种专辑”| 文章速递

在全球人口增长与气候变化等多重因素的影响下, 粮食安全问题日益严峻, 作物杂种优势研究和生物育种技术的融合成为推动现代农业可持续发展的重要途径之一. 作物杂种优势利用由来已久, 在提高作物产量、品质和抗性等方面发挥了巨大作用, 作物杂种优势遗传机理解析、新型杂交育种技术开发、杂种优势新模式探索, 以及杂种优势利用作物种类扩展等方面的研究持续加速. 基因编辑、单倍体技术、全基因组选择和合成生物学等前沿生物技术, 通过与人工智能、大数据等深度融合, 显著提升了作物杂种优势潜力的挖掘与利用效率,使作物能够在更短时间内实现更高效的遗传改良和环境适应性优化. “生物育种+杂种优势”的耦合, 正在重塑现代农业育种新范式, 推动作物育种迈向精准化、智能化和可设计模式,为种业新质生产力发展提供新动能, 为构建高产高效、绿色韧性、自主可控的现代种业体系提供科技支撑.

作物杂种优势与生物育种专辑

编者按

发展种业新质生产力, 提高作物产量, 保障国家粮食安全

万向元

评述

作物种业科技创新思路重塑: 形势与展望

魏珣, 吴锁伟, 万向元

本文基于“第一届全国作物杂种优势与生物育种学术大会”上专家的大会报告, 从我国种业科技创新的历史、现状和未来等角度出发, 提出了一系列新观点、新思路、新策略, 对我国种业振兴和农业强国建设具有重要参考价值.

魏珣, 李紫文, 祝蕾, 董振营, 张娟, 田甜, 吴锁伟, 龙艳, 安学丽, 万向元

基于“第一届全国作物杂种优势与生物育种学术大会”报告, 综述了作物杂种优势机理解析及利用技术的发展历史,作物雄性不育机制研究进展, 以及调控重要性状的关键基因; 总结了现代生物技术的育种应用, 以及发展种业新质生产力的路径, 并提出作物育种的未来研究方向.

作物生殖隔离基因及分子遗传调控机制

张晶, 李永光, 谢振威, 赵志刚, 王超龙, 余晓文, 万建民

生殖隔离既是物种形成和维持的关键机制, 也是作物远缘杂交育种和杂种优势利用的主要障碍. 本文系统梳理了水稻、玉米和小麦中典型生殖隔离现象的遗传基础与分子机理, 探讨了生殖隔离在作物遗传改良中的潜在应用,为作物育种理论研究和应用实践提供了参考.

植物花药和花粉发育及其关键生物学事件调控机制

侯全璨, 牛菁华, 易仑, 王云杉, 吴锁伟, 安学丽, 万向元

本文以拟南芥、水稻、玉米为例, 详细介绍植物花药和花粉发育全过程特征, 系统综述调控雄蕊原基形成、花药壁发育、减数分裂、花粉壁形成、萌发孔发生、花粉有丝分裂及花药开裂等关键生物学事件的基因和调控机制,为基于雄性不育技术的生产应用提供理论依据.

丁先龙, 贺建波, 杨守萍, 盖钧镒

大豆具有可资利用的杂种优势. 我国已建立了一套完善的“大豆-昆虫-环境”三位一体的杂交种制种技术体系, 可使高异交率不育系异交率达90%以上, 利用“三系”(不育系、保持系和恢复系)杂交种生产体系已审定40余个杂种大豆品种, 杂交大豆正在向产业化迈进.

张春宝, 杨向东, 陈澍燕, 李红菊

杂种优势利用是突破大豆产量瓶颈, 实现大豆大幅增产的重要途径之一. 本文从杂交大豆优势潜力挖掘及提升模式、新型不育系创制与应用策略、亲本异交率提升方法及杂交制种技术体系优化等方面, 提出大豆杂种优势利用发展路径, 为加速我国杂交大豆产业化进程提供了系统的攻关思路.

孙志忠, 陈思扬, 彭克帆, 何强, 段美娟, 袁定阳

杂种优势作为现代作物育种的核心理论, 其分子机制解析与育种应用是研究热点. 本文从遗传基础、分子机理及育种应用三方面系统综述了水稻杂种优势领域的最新进展, 提出多环境位点挖掘、优势群精细划分等策略, 为深化杂种优势机制认知及精准育种实践提供参考.

赵昌平, 汪德州, 张风廷, 孙辉, 付锦州, 房兆峰, 左静红, 郝小聪, 唐益苗

本文系统梳理了杂交小麦的发展脉络, 重点呈现我国在光温敏雄性不育种质创制、育性调控机制解析及高效制种体系构建等方面的最新进展. 突出介绍了“京麦”系列杂交小麦在增产、抗逆与推广中的应用成效, 并展望多技术融合推动杂交小麦产业化的未来方向.

余钧明, 周蔚, 邵高能, 胡培松

前期研究克隆并解析了大量参与水稻重要农艺性状形成的基因, 然而缺乏系统的报道. 本文全面梳理总结了水稻产量、品质及抗逆等方面最为关键基因的克隆研究进展, 以及探究育种的应用潜力, 这不仅加深了我们对重要农艺性状调控基因的理解, 也为定向精准高效水稻新种质创制及新品种培育提供重要支撑.

彭文婷, 李庆, 代明球

本文全面综述了近年来作物抗旱关键调控因子及改良策略, 介绍了作物干旱响应和调控机制, 总结了多组学在挖掘抗旱基因中的应用, 讨论了抗旱基因在产量平衡和复合逆境胁迫下的作用, 介绍了植物生长调节剂及根际微生物提高作物抗旱性的应用研究, 为作物抗旱改良提供新策略.

尤佳琦, 王茂军, 张献龙

作为重要经济作物, 棉花纤维品质备受关注. 华中农业大学棉花遗传改良团队聚焦主栽棉种——异源四倍体陆地棉, 深入剖析其在转录、表观修饰及三维结构等多层面的“亚基因组不对称性”, 提出了利用亚基因组“加性效应”改良纤维品质的新策略.

论文

基因编辑创制玉米温敏型不育系及其杂交制种应用评估

侯留迪, 时点石, 高照旭, 朱金洁, 刘昌林, 谢传晓, 祁显涛

本研究利用CRISPR/Cas9技术编辑玉米ZmTms5基因, 创制出11个温敏核不育系突变体. 这些材料在28℃高温下表现雄性不育, 25℃低温恢复育性. 经全国14个生态区验证, 该不育系表型稳定, 并确定了适宜繁种和制种的区域.该成果建立了基于温度调控的“一系两用”玉米杂交种生产体系, 为杂交玉米高效制种提供了新方案.

杨扬, 田红丽, 易红梅, 王璐, 范亚明, 常诗惠, 王凤格, 宋伟, 赵久然

“完全分子标记法”能通过分析玉米单交种的DNA指纹, 快速推断其杂种优势模式, 为追溯玉米品种遗传背景提供了简便有效的技术手段. 此方法不仅有助于精准推广栽培品种和评估遗传多样性, 还对保障国家粮食安全具有重要意义.

GhWRKY33-like调控棉花抗黄萎病的分子机制研究

陈艳丽, 于妍, 周昊丹, 李佳宁, 王乾坤, 赵岩, 靳冬, 段红英, 刘理森, 葛晓阳, 李付广

棉花黄萎病严重威胁棉花生产. 本研究从陆地棉中克隆到受大丽轮枝菌诱导的GhWRKY33-like转录因子, 其过表达显著增强棉花抗病性. DAP-Seq分析发现, GhWRKY33-like通过直接结合磺肽素受体基因GhPSKR2的启动子抑制其表达, 从而正调控抗病性. 该研究为棉花抗病育种提供了重要分子靶点和育种材料.

转载、投稿请留言

| 关注科学通报 | 了解科学前沿