马铃薯、罗非鱼育种周期“年转月” 基因技术破解农业育种难题

显微镜下，科研人员正精准地操作着基因“剪刀”；另一边，计算机屏幕上，细胞如何应对高温的精细“作战图”尽收眼底。

近日，西部（重庆）科学城种质创制大科学中心（以下简称种创中心）捷报频传。一方面，科研团队首次发现了马铃薯细胞应对高温的“内部通讯图”，为培育更耐热品种提供了精确导航。另一方面，科研人员发现了基因编辑的“新靶点”，让鱼类育种效率倍增。

▲西部（重庆）科学城种质创制大科学中心。曾诚 摄

这一植一渔的新突破，展现了种创中心在解决农业“卡脖子”问题上的创新实力，为保障粮食安全和推动现代农业发展提供了新的理论和技术。

PART 01

首次看清植物细胞如何“战高温”

马铃薯是全球重要的粮食作物，但有个“怕热”的毛病，现在高温已成为制约其产量和品质的主要因素。

以往，科学家研究植物耐热性，通常是将整个组织或器官作为研究对象。这就像是通过观察整个城市的用电量来推测每家每户的用电习惯，难以区分不同类型细胞在应对高温时的具体分工与协作机制。

▲各类细胞群与细胞分化过程中的差异表达模式。受访单位 供图

种创中心马铃薯团队的吕典秋教授带队选择了另一个研究方向。他们利用单细胞转录组测序技术，对超过77,000个马铃薯叶片细胞进行个体体检，精确识别出了21个细胞簇，归属为6种主要细胞类型。

研究最关键的发现是明确了表皮细胞是应对热胁迫的关键“前线部队”。这些位于叶片表面的细胞在高温下表现出最活跃的基因表达变化，调动了大量防御机制。这种单细胞层面的研究，意味着科学家现在可以像查看高清卫星地图一样，观察植物在逆境中每个“社区”（细胞类型）的实时反应，而不再是模糊的“城市全景”。

通过构建热应激响应共表达网络，研究团队鉴定出12个核心调控因子，并实验验证了转录因子StPIF4的重要作用——它通过增强活性氧清除能力，显著提高了马铃薯的耐热性。

▲StPIF4增强马铃薯在热胁迫下的耐热性。受访单位 供图

这项研究成果已于近期发表在《Plant Biotechnology Journal》上，为培育耐高温马铃薯新品种提供了精确的分子靶点和全新策略。

过去育种家需要经过多年田间试验筛选耐热材料，而现在可以通过检测这些关键基因的表达情况，在实验室早期阶段就预测材料的耐热性能，大幅缩短了育种周期。

PART 02

基因编辑新思路让鱼类育种提速增效

在种创中心的另一实验室，王德寿教授团队则在基因编辑技术上玩出了“新花样”，瞄准的是如何提升鱼类育种效率的难题。

传统的基因编辑技术（CRISPR/Cas9）常被比喻为“基因剪刀”，就是通过剪切基因的编码区，从而达到“敲除”某个特定基因、研究其功能或创制新种质的目的。但这种方法有时会“剪是剪了”却没有达到效果，好比想剪断一根绳子却只剪开了一点毛边，绳子还能用。

▲王德寿教授团队另辟蹊径，巧妙地将“剪刀”瞄准了基因进行剪接、加工的关键连接点——剪接位点。受访单位 供图

王德寿教授团队另辟蹊径，不再只盯着基因的主体内容（编码区），而是巧妙地将“剪刀”瞄准了基因进行剪接、加工的关键连接点——剪接位点。这个位点就像文章段落间的衔接指令，一旦被破坏，整个基因的“阅读”就会出错，导致其功能几乎百分之百丧失。

不同以往，科学家们现在有可能在短短一代时间内就获得性状明显的突变体，无需再等待多代选育，将育种周期从“年”为单位缩短到“月”为单位，极大地加速了良种选育和基因功能研究的进程。在罗非鱼的相关实验中，这种新策略使有效突变率和表型率在子一代时就大幅度提高，30%的个体获得了接近纯合突变的表型。

▲王德寿教授团队。受访单位 供图

这两项研究虽然对象不同，一是植物，一是鱼类；一重解析，一重创制，但都体现了现代种质创制的核心方向：精准、高效和可预测性。记者了解到，以上两项科研成果均得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目支持，是西部（重庆）科学城“立足产业痛点、攻坚核心技术”的生动实践。

种创中心作为这些研究的承载平台，始终聚焦种质创制关键技术研发，搭建起从基础研究到产业应用的完整平台，正展现出种业芯片的创新活力。该种创中心相关负责人表示，未来将持续推动科研成果转化，为种植户和养殖户带来实实在在的效益，为我国农业种质资源创新和产业可持续发展提供有力支撑。