依靠国内自主繁殖的小麦品种，播种面积有所减少，但单产却大大提高
粮食育种技术丛书③
本报记者马爱萍
杂交小麦是世界上唯一尚未开发的主要粮食作物杂交种子产业。 它具有巨大的工业潜力。 预计每年创造30-50亿元的市场价值，每年国内市场可达到300.00亿元至500亿元，且每年可减少。 灌溉面积约为10亿立方米，减少了约10亿的经济投资。
赵农平，北京农林科学院研究员，北京杂交小麦工程技术研究中心主任
我国是世界上最大的小麦生产国和消费国。 中国农业科学院最近发布的一组数据显示，到2020年我国小麦播种面积将比2011年减少2700万亩，但产量将增加1300万吨。
“一降一增背后是科学技术的力量。” 中国农业科学院副院长，中国工程院院士万建民说。 育种一批具有国际领先水平的新小麦品种是一项重大的科研任务，而我国的所有小麦品种都在国内进行育种，这意味着它们不依赖进口。
“十三五”国家重点研究发展计划“七大农作物育种”重点专项，培育出适应性广，高产稳产的小麦新品种“鲁源502”和新的超强面筋，早熟和抗病小麦品种“集麦44”，前者是连续的。多年以来，它已被农业和农村事务部及省级列为主导品种，单产超过800公斤。每亩，共种植5738.5万亩。 后者获得了1500万元的品种转让收入，创下了全国纪录。
抗结sc的关键基因的克隆
在过去的五年中，我国主要农作物的基因组学研究取得了长足的发展，在深入研究基因组结构变异等基础研究领域取得了一系列前瞻性，领先性和原创性突破。 ，基因组进化规则和关键农艺性状的基因克隆。
在小麦领域，已经完成了在小麦染色体水平上绘制D基因组的精细图谱的工作。 克隆了小麦太谷核不育基因Ms2和抗赤霉病基因Fhb1和Fhb7，大大提高了小麦育种效率。
2019年6月10日，《自然遗传学》在线发表了南京农业大学马正强教授团队的研究论文。 该论文报道了小麦中一个极其重要的抗赤霉病基因Fhb1，为进一步揭示小麦抗赤霉病的分子机制奠定了重要基础。
小麦抗赤霉病基因Fhb1的克隆为抗赤霉病小麦的栽培提供了有价值的基因和分子标记。 中国科学家已经培育出了抗白叶枯病的37个小麦品系，这些品系已经免费分发给了全国58个育种单位。 其中，选择的6条生产线已进入预测试或区域测试，其中1条生产线已进入推广和应用阶段。 巨大的推广和应用潜力。
2020年4月，《科学》杂志发表了孔令让教授，山东农业大学农学院教授，山东现代农业产业技术体系小麦创新团队首席专家的在线研究成果。 他们克隆了小麦相关植物抗ly病的主要基因Elytrigia Fhb7的研究结果，揭示了其抗病性的分子机制。 携带该基因的种质材料已被许多单位用于小麦育种，显示出稳定的抗ab病能力。
研究结果有五项重大创新：克隆Fhb7抗头部枯萎病基因； 发现由Fhb7基因编码的酶具有排毒功能，可呕吐毒素。 为真核生物之间核基因组DNA的水平转移提供了功能性证据； 组装的长耳朵Elytrigia基因组； 发现Fhb7基因对整个镰刀菌病原体具有广谱抗性。
“通过一系列分子实验和高分辨率质谱分析，我们发现，Fhb7编码的蛋白质可以打开呕吐毒素的环氧基，并催化谷胱甘肽加合物的形成，从而产生排毒作用。稳定的耐药性和应用价值在小麦育种中具有抗病性。” 孔令让告诉记者，有白叶枯病的小麦会产生呕吐素，会严重污染食物和饲料，世界卫生组织将其确定为自然产生。 极度危险的食物污染物会导致人和动物中毒。 同时，呕吐毒素会在人和哺乳动物中积聚，并引起慢性副作用，例如免疫功能降低。
定向创建新小麦种质
基因组编辑技术是创造突破性种质资源并加快育种过程的有效手段。 目前，由CRISPR / Cas9系统介导的基因编辑技术已广泛用于作物功能基因组学研究和作物遗传育种改良。 但是，由于小麦是异六倍体，基因组较大，背景复杂，遗传转化效率较高。 低，仍然缺乏有效的小麦多基因编辑系统。
针对这些问题，山东省农业科学院作物研究所小麦分子育种组通过向量元素的优化和修饰，开发了一种高效的小麦多基因多目标编辑技术系统。 该团队于2020年11月发表在《植物生物技术杂志》上的论文显示，他们已经系统地优化了小麦基因编辑载体元件，并为小麦多基因编辑载体构建了三个可以靶向A，B和D基因组8个位点的核酶系统。 新技术系统使小麦的单基因和三个靶点的同时编辑效率达到100％，双基因和六个靶点的同时编辑效率达到96％，三个基因和八个靶点的同时编辑效率达到37％ 。 这项研究结果表明，我国的小麦基因编辑效率已达到国际领先水平。
就在最近，中国科学家在小麦多基因编辑技术的育种研究中又取得了突破。 根据中国农业科学院4月9日的消息，该院作物科学研究所的科学家在线在《分子植物》上发表了一篇研究论文，称他们利用多基因编辑技术实现了多个优秀等位基因的聚集。第一代冬小麦的成功获得了新的无外源基因导入的小麦种质。
团队成员夏兰琴介绍说，他们使用CRISPR / Cas9系统开发了一种高效且通用的多基因编辑技术。 研究小组使用在黄淮麦区大面积种植的小麦品种“正麦7698”作为受体材料，并利用新技术同时编辑15个基因组位点，分别获得了2、3、4和5个基因编辑的植物。 。 ，最高编辑效率可以达到50％。 该团队无需引入外源基因，就成功地获得了一个聚合了多个优秀等位基因的新小麦种质。
建立这种高效，通用的多基因编辑系统将有助于促进小麦分子生物学研究的分析和复杂性状的形成，创造有针对性的新小麦种质，加快育种过程，并为小麦和其他多倍体作物发展。 多基因聚合育种提供了重要的技术支持。
为杂交小麦种子的生产奠定基础
杂种小麦被认为是未来全球小麦产量大幅增加的首选之一。 据预测，如果杂交小麦的推广和应用达到与杂交稻相同的水平，我国每年的小麦产量将增加约1200万吨（以中国1.2亿吨的小麦年总产量和10％计算）。增加产量），这将对确保国家粮食安全产生重大影响。 显着地。
但是，小麦还是世界三大主要粮食作物之一，但由于其基因组的复杂性而受到限制，并且在杂交育种中停滞不前。 种子生产的高成本也极大地限制了杂交小麦的产业化。
“杂交小麦是世界上唯一尚未发展的主要粮食作物杂交种子产业。它具有巨大的工业潜力。据估计，每年可创造30-50亿元的市场价值，国内市场可达到3个。每年减少500亿至500亿元人民币。减少灌溉约10亿立方米，减少经济投资约10亿元人民币。” 北京农林科学院研究员，北京杂种小麦工程技术研究中心主任，首席专家赵昌平对记者说。
在“十三五”期间，北京杂交小麦的基础研究取得了重要进展：北京农林科学院的科学家克隆了小麦第一个对温度敏感的雄性不育主要基因TaTMS1，这是世界上首次为中国的杂交小麦体系建设提供理论依据：已经认证了6个杂交小麦品种，在核心小麦主产区的认证品种实现了“零”突破，而认证小麦品种则获得了“零”突破。零”突破了国外认证品种。
“普通小麦是一种严格的雌雄异株，自花授粉的作物。寻找雄性不育的遗传资源是实现小麦杂种优势利用的重要途径。在发现小麦对光温敏感的雄性不育现象的基础上，中国人小麦科学家是独立的在一些BS系列小麦光热敏雄性不育种质中，首次发现并克隆了第一个小麦热敏雄性不育基因TaTMS1，发现其启动子具有关键性。碱基的变化导致TaSL1引发TaTMS1。增强的质子结合可以降低TaTMS1在低温下的表达；破坏TaTMS1和花药叶绿体内层中TaATP1氧化区之间的相互作用会导致能量供应和产生大量的活性氧，最终导致雄性不育。” 北京市农林杂交技术研究院小麦中心副研究员张胜全说，克隆小麦雄性不育基因为构建稳定，高效，大规模的杂交小麦种子生产技术奠定了基础，还用于中国杂种小麦体系的建设和不育系的成功利用，以实现巨大的小麦杂种优势。 区域应用程序提供支持。