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严建兵团队综述

花匠小妙招
2024-11-23 00:02

人类现今赖以生存的作物由野生植物驯化而来，这是一个漫长、持续的复杂过程。现存约40万个植物物种，被认为完全驯化的只有约250种，提供全球70%卡路里供给的只有15种。未来农业亟需高产、稳产、绿色、优质、多样化的新型作物品种支撑其可持续发展。从头驯化野生植物是作物品种培育的新方向，尚只在少数物种中初步实现。具备优异性状的野生种质，功能明确的驯化基因和精准高效的遗传操作手段是从头驯化的3个必要技术条件。这些技术目前还存在局限性，应用仍处于初步阶段。因此，探讨从头驯化的可行路径和发展前景有助于拓宽作物品种设计空间，加速作物品种培育进程，保障农业可持续发展。

2023年9月4日，华中农业大学严建兵课题组在《遗传》杂志上发表题为“从头驯化：作物品种设计与培育的新方向”的综述文章。该综述总结了作物驯化和遗传改良历程，阐明了培育作物新品种、丰富作物多样性的紧迫性。强调了野生植物丰富的遗传多样性对于提升作物品种设计空间的重要价值，提出育种策略革新是加速作物育种的关键。探讨了通过从头驯化快速培育新型作物品种的可行性和发展前景。

该综述主要包括4个部分内容：

（1）未来农业亟需新型作物品种。作物品种改良是促进世界粮食总产量持续增长的重要动力。人口压力和气候变化给农业生产带来了前所未有的挑战，未来农业可持续发展需要变革生产方式，亟需与之配适的新型作物品种。

（2）野生植物是作物品种创新的重要资源。世界粮食生产依赖少数农作物的少数高产品种，极易受气候变化或植物病虫害爆发影响而造成减产甚至绝收。其应对方式之一是提升作物多样性。现有作物群体在驯化改良过程中遗传多样性下降的同时富集了大量有害变异，遗传改良空间严重受限。野生植物具备丰富的遗传变异，是拓展作物品种创新空间的重要资源。

（3）从头驯化是利用野生植物的新育种策略。早在20世纪，利用野生植物提升育种潜力的策略就被提出。但是杂交和重组障碍、基因组匮乏、功能基因组解析不足以及遗传操作困难等因素阻碍了对野生植物优异基因资源的利用。从头驯化是一种新育种策略，创新性地将野生植物直接作为育种底盘，通过重新设计和直接导入驯化基因快速创制新作物（如图所示）。

（4）从头驯化的进展和展望。从头驯化尚且只在野生番茄、马铃薯、水稻以及半驯化的灯笼果等少数物种被初步应用。基于此提出从头驯化的技术路线，并指出未来的发展方向将集中在具备优异野生种质的筛选、驯化基因的功能解析和精准高效基因操控技术的开发等方面。