優質高產的水稻、耐鹽堿的小麥、高蛋白的大豆，糧食作物品種不僅高產，還擁有很多優良特性。無肌間刺的異育銀鯽，吃魚時再也不用擔心被小刺卡住；在黃河三角洲鹽堿地試種的番茄品種，別有一番風味……這些品種或品系，都來源于2019年11月中國科學院啟動的A類先導專項“種子精準設計與創造”（以下簡稱“種子專項”）。針對我國新時期糧食安全、生態安全及農業供給側結構性改革的重大戰略需求，院內22家單位聯合院外8家單位開展協同攻關。

“六年來，種子專項在新理論、新技術、新產品三個維度取得了多項突破——挖掘了一批高產優質、氮高效利用、抗逆抗病等關鍵基因與調控網絡，實現了基因組精準編輯、四倍體野生稻快速從頭馴化等核心技術創新，創制了37個先導型新品種，切實發揮了戰略性先導科技專項在種子創新方面的引領作用。”中國科學院院士、種子專項首席科學家李家洋介紹。

“搶占種業科技制高點，不僅在于擁有一批具有競爭力的當家品種，更在于是否能構建起自主的、引領性的種業科學體系與創新生態，為世界糧食安全和農業可持續發展貢獻‘中國方案’。”中國科學院可持續發展科技研究局局長薛強闡述種子專項的戰略意義。

以“精準設計”找尋“破局之道”

李家洋介紹，種子專項分為四個項目，“種子精準設計的分子基礎”挖掘出一批關鍵基因，揭示復雜性狀形成的調控機制，建立精準設計的“核心元件庫”；“種子精準設計的變革技術”在關鍵核心技術上實現突破；“設計型新品種創造”著重研發“一增兩減”（增加產量、提高品質，減少化肥農藥使用，減少自然災害損失）品種；“精準設計育種研究平臺”為上述工作提供支撐。

依靠有限的自然資源，怎樣生產更多的糧食？產量提升過度依賴化肥投入，困局怎樣破解？怎樣通過選育新品種，找到克服白粉病、赤霉病等病害的策略？

中國科學院院士、植物研究所研究員種康介紹兩項突破——讓水稻“減肥”不減產，給小麥裝上“免疫盾牌”。

長期以來，育種的首要目標是高產，這導致一些重要基因資源的丟失，以致主栽水稻品種的肥料利用效率普遍較低。

從52個國家（地區）的110份早期水稻農家種中，中國科學院遺傳與發育生物學研究所（以下簡稱“遺傳所”）研究員儲成才團隊鑒定到一個關鍵基因OsTCP19，通過調節水稻分蘗提高氮肥的利用效率。研究組將這一“丟失”的基因重新引入現代水稻品種，在氮肥減少20%至30%的情況下，攜帶該基因的水稻分蘗數更多，產量保持穩定。

白粉病是一種由真菌引起的病害。近年來，在小麥和大麥中發現一類新型抗病蛋白串聯激酶，可使小麥表現出對多種真菌病害的抗性。遺傳所研究員劉志勇團隊從小麥地方品種“葫蘆頭”中克隆到編碼串聯激酶的廣譜抗白粉病基因Pm24。研究人員將Pm24基因分子模塊導入到多個高產小麥底盤品種，創制的新種質已發放給國內多家單位進行抗病育種。

當前，抗赤霉病的小麥資源有限。遺傳所研究員韓方普團隊將目光鎖定發現的新型赤霉病抗病模塊（主效基因非當前已知的抗赤霉病基因）。“把小麥的‘遠親’二倍體長穗偃麥草中具有優異赤霉病抗性的染色體片段導入主栽小麥品種，我們培育出兼具赤霉病抗性和優良農藝性狀的小麥新品系‘中科’系列。‘中科166’的推廣面積已近150萬畝。”種康院士介紹。

“工欲善其事，必先利其器”

如果說基因是生命的代碼，那么中國科學家不僅需要拿到打開代碼的“鑰匙”，還要成為優秀的“程序員”。

病原菌侵染植物需要利用植物自身的“感病基因”。感病基因突變通常能夠賦予植物廣譜持久的抗病性，因其往往具有重要的生理功能，突變大多給植物生長發育帶來多種負面效應。

早在2014年，中國科學院的研究人員就定向突變小麥的感病基因MLO，獲得對白粉病具有廣譜持久抗性的材料，卻也出現早衰、植株變矮、產量下降等現象。

怎樣實現“魚與熊掌兼得”？研究發現，將小麥感病基因MLO位點附近的一個304Kb片段刪除，就可以使小麥表現出對致病菌的抗性，同時植株的生長發育和產量正常。然而，小麥是六倍體作物，對六個等位基因同時實現基因突變絕非易事。

遺傳所研究員高彩霞團隊和微生物研究所邱金龍團隊合作，自主研發的多重基因組編輯技術發揮了關鍵作用。采用這項技術，對MLO的六個等位基因進行精準操控，僅2個多月就成功在多個小麥主栽品種中獲得具有廣譜白粉病抗性的小麥新種質。2024年，該小麥新種質拿到我國首個口糧作物基因編輯生產應用安全證書。

人類將野生植物馴化為作物經歷了上萬年。李家洋院士團隊首次提出并實踐的“異源四倍體野生稻快速從頭馴化”新策略，可將馴化時間縮短至數年，開辟了全新的育種路徑。

在自然界中，仍存在大量優異野生植物未被人類使用。以水稻為例，目前廣泛種植的是二倍體栽培稻，稻屬還有25種野生植物，起源于南美洲的異源四倍體野生稻具有生物量大、環境適應能力強等優勢，同時也具有非馴化特征，無法進行農業生產。

種質資源篩選、野生稻高效遺傳轉化、基因組組裝注釋……研究團隊攻克了重重難關，成功創制了落粒性降低、芒長變短、株高降低、粒長變長、莖稈變粗、抽穗時間不同程度縮短的各種基因編輯源四倍體野生稻材料，首次證明了從頭馴化策略培育新型作物的可行性，為糧食安全提供戰略性技術儲備。

延展創新的廣度與深度

“目標清、可考核、用得上、有影響、推得開、留得下”，這是種子專項的十八字要求，強調把理論探索、關鍵技術、產業應用融合為一體，培育出真正面向產業需求的突破性新品種。

種質資源遺傳變異不清、整合數據平臺缺位，限制了大豆精準設計育種的發展。遺傳所田志喜研究員團隊應用數學圖論方法，創新基因組分析方法，構建首個植物（大豆）圖形結構泛基因組圖譜。開發了多維組學數據庫SoyOmics。在此基礎上，研究團隊精準聚合優良性狀，成功培育出“科豆”“東生”系列等10個高產高營養大豆新品種。

在水產設計育種領域，中國科學院水生生物研究所桂建芳院士團隊首次提出“雙三倍體”概念，創建了基于生殖方式轉換導致基因組重構產生優勢克隆系的設計育種技術體系。同時研究團隊還將“非減數融合”生殖與基因編輯相結合，創建育性可控設計育種技術體系，創制出既“無肌間刺”又不育的可用于養殖的異育銀鯽。

東北稻區，李家洋院士團隊研發的“中科發5號”在鹽堿地畝產突破600公斤。南方雙季稻區，“中科發早粳1號”實現我國雙季早粳稻品種零的突破，通過提高早稻米的品質和商業價值，帶動農民增收。

未來育種競逐的賽道在哪里？種子專項“品種重新設計與快速馴化”課題負責人、遺傳所研究員許操總結出三個“賽跑”：與氣候變化和農業災害賽跑；與資源消耗速度和農業生產成本提升賽跑；與人工智能等新技術帶來的生產方式變革賽跑。

種子專項設置了智能育種方向——智能品種，能主動響應環境變化優化分配資源；智能培育，采用人工智能、大數據等與先進生物技術深度融合的方式快速培育品種。

李家洋表示，育種研究要從“五個新”發力，即新現象、新機制、新載體、新技術、新方法體系。特別是“新載體”，一些生命現象只存在于獨特的物種中，這些獨特物種應當作為關鍵研究載體得到高度重視，這是中國基礎科學研究走出自主發展道路的重要切入點。此外，復雜性狀模塊耦合機制——即高產、高效、抗病、優質等優良性狀如何融合，物種擁有廣泛環境適應性的內在機制原理，以及遺傳轉化技術對受體基因型依賴的問題等，其深層機制尚不明晰，均是未來育種研究的重要方向。

來源：農民日報（https://szb.farmer.com.cn/nmrb/html/2026/20260126/20260126_6/nmrb_20260126_13216_6_2015537209306877964.html）