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【国家奖】大豆优异种质挖掘、创新与利用 推动国产大豆产业发展

  1月8日上午,2018年度国家科学技术奖励大会在人民大会堂隆重举行。新万博代理放心邱丽娟研究员作为第一完成人,带领团队完成的“大豆优异种质挖掘、创新与利用”获得国家科技进步二等奖。

  众所周知,大豆是我国重要的植物油脂和蛋白质来源。上世纪九十年代,针对大豆生产上疫霉根腐病、灰斑病和干旱/盐碱等危害严重,大豆品种油分含量低,优异种质资源发掘滞后,高油、抗病新种质创制难度较大等问题,邱丽娟研究员联合东北农业大学、黑龙江省农业科学院佳木斯分院和绥化分院,以及内蒙古自治区呼伦贝尔市农业科学研究所等主产区优势单位,按照生物技术与传统技术相结合、优异种质挖掘与育种利用紧密衔接的思路,开展大豆优异种质挖掘、创新与利用攻关,历时20余年,在优异种质挖掘、抗逆、高油等重要性状QTL/基因发掘,抗病优质新种质创制,新品种培育和推广利用方面取得显著成效。

  立足资源研究 在传承中创新 在创新中传承

  我国是大豆起源国,国家种质资源库内保存3万多份大豆资源,数量位居世界首位,却不是研究和利用的强国。

  邱丽娟研究员看在眼里,急在心里。为了能高效发掘急需的优异资源,在构建大豆核心种质,与带领团队成员一起争分夺秒,比如去武汉取样品,晚上从北京坐火车出发,白天到达后顶着烈日取样品,晚上再坐车回京,早晨到达后就直奔办公室继续工作,在构建大豆核心种质期间,这种夕发朝至型是当时的工作常态。她说这样既可以省住宿费,又节省时间,何乐而不为。

  当时,如何用分子方法构建核心种质,没有可参考的方法,邱丽娟指导学生探索用不同方法对SSR标记进行筛选,提出了核心引物的概念,并首次将资源结构分析应用于资源分类,后来均被水稻、小麦等作物所参考和利用。由于用SSR标记鉴定资源的份数比较多,当时又没有简便快捷的方法,她就像个司令员一样,每天都带领实验室老师和学生分析数据、协调进度,既有鉴定、又有质量检查,带出了一支团结协作攻关的队伍。

  通过团队的不懈努力,邱丽娟研究员首次提出大豆核心种质构建的最佳取样策略,率先从库存种质资源中创建代表性强、遗传多样性丰富的核心种质和应用核心种质,不但使我国国家种质资源库中的大豆种质资源得到了系统的收集、储存、分类和部分特性鉴定,而且为美国、日本和巴西的大豆核心种质构建,以及国内外油菜、花生、绿豆等14种农作物的核心种质研究提供了借鉴。

  由于核心种质具有规模小,代表性强,遗传多样性丰富的特点,促进了资源高效精准鉴定。从中挖掘出的149份抗病、高油等优异种质,显著提高了优异资源评价和挖掘效率,为解决疫霉根腐病、灰斑病、盐碱等危害,提升含油量等育种提供了丰富亲本资源。

  开创分子标记辅助创制新种质新思路 解决品质和产量难以协同提高难题

  为解决高效发掘优异基因难的问题,邱丽娟研究员带领项目组协作攻关,从核心种质中选择代表性资源,进行了从头测序。她指导团队从不同角度对组装的序列进行检测,通过协作,构建了植物领域第一个泛基因组,全面揭示大豆基因组遗传变异特征,为基因发掘和分子育种提供了信息和工具,结果发表在国际高水平杂志Nature Biotechnology等。

  利用优异资源和核心种质,挖掘抗病、耐盐、高油等重要性状QTL/基因占国内外已发表相关性状QTL的65.1%。即包括72个贡献率大于15%的主效基因,还包括国际首个产量相关基因GmTfl1(国际合作)、新命名的抗疫霉根腐病新基因Rps10及图位克隆的耐盐关键基因GmSALT3,为分子标记辅助大豆新品种培育提供了必要信息。

  在耐盐基因发掘过程中,邱丽娟打破常规,将耐盐性当做质量性状进行鉴定,并拓展了集团分离分析方法,指导学生不仅构建了两个后代池,还构建了两个品种池,由于方法创新,仅筛选了100多个RAPD标记就鉴定出紧密连锁的标记,为耐盐基因GmSALT3克隆奠定了基础。

  她带领团队根据定位和克隆QTL开发实用分子标记,通过杂交聚合,构建变异广泛的大分离群体,创制聚合至少3个QTL的新种质8份。如首次耐疫霉根腐病的CH19、多抗的中品03-5373等,这些新种质已成为重要育种亲本。培育出抗灰斑病、蛋白质油分高达64.9%蒙豆36等优质高产品种,实现了品质和产量协同提高。

      促进品种更替 推动我国大豆应用基础研究步入国际行列

  解决大豆生产问题是根本目的。邱丽娟勤学好问,常说“知识到用时方恨少”。她不仅向前辈学习、还注重与同行的交流与协作,继承和发扬资源的鉴定与创新,加强发掘和创新资源的分发利用。通过创建的大豆种质资源表型和基因型等信息高效共享平台,为国内140个(次)单位提供核心种质和优异资源4万余份次,为克山1号、冀黄13等103个新品种提供了优异血缘,据不完全统计,仅49个品种的累计推广面积已达到 1.26亿亩,显示了巨大的应用潜力。

  在邱丽娟的带领下,项目组通过联合攻关和协同创新,育成优质抗病新品种17个。其中国审品种6个,区域试验对照品种7个,农业部推介生产主导品种6个。17个品种平均含油量21.55%,超过国家高油品种标准21.50%,其中12个高油品种平均含油量为22.35%,最高达23.57%,比普通品种高3-4个百分点,抗一种或几种病害,解决了优质和抗逆协调改良的难题,2006-2017年累计推广1.25亿亩,新增社会经济效益97.82亿元,在提高生产水平和实现农民增收中发挥了重要作用。



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