[中國科學報]開啟芝麻育種“寶庫”
發(fā)布時間: 2017-05-11
來源:《中國科學報》2017年04月26日
作者:張晴丹
“芝麻大點的小事”常用來形容微不足道的事情,，芝麻因“小”并不受關注,。在我國種植業(yè)結(jié)構(gòu)中，芝麻作為小作物也常被人忽視,。然而,，小小芝麻卻是“舌尖上的中國”里無比重要的存在，由芝麻加工的食品就有600多種,；我國同時也是芝麻的生產(chǎn)和消費大國,。
近日，由中國農(nóng)業(yè)科學院油料作物研究所研究員張秀榮主持完成的“芝麻種質(zhì)基因庫的構(gòu)建,、發(fā)掘與育種應用”科研成果榮獲2016年度湖北省科技進步獎一等獎,。可以說,，小芝麻做出了大成績,。
經(jīng)過30多年的科研“長跑”,，這項成果實現(xiàn)了芝麻全基因組精準發(fā)掘和分子育種技術重大突破，為我國芝麻育種和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了戰(zhàn)略資源,，標志著我國在芝麻研究領域躍居國際領先行列,。
供不應求：發(fā)展空間巨大
在我們的日常生活中，芝麻隨處可見,，有著諸多“妙用”,，既可以榨油，也可以用來制作美味的菜肴和糕點,，比如芝麻小磨香油,、芝麻醬、芝麻餅,、芝麻酥等,。我國食用芝麻歷史悠久，已有2000多年的歷史,。
由于自身的特性,，芝麻的主產(chǎn)地分布在我國江淮和黃淮流域等，比如河南,、湖北,、安徽、江西,、河北,、湖南,、四川等省,。
芝麻是我國主要的油料作物之一，“我國芝麻單產(chǎn)和總產(chǎn)量均居世界最高,，而且品質(zhì)最好,。”張秀榮在接受《中國科學報》記者采訪時表示。
因飲食習慣和人口眾多,，近年來,，國內(nèi)市場對芝麻的需求量也逐漸旺盛起來。2016年,，我國芝麻的總消費量已達到140萬噸,，但總產(chǎn)量只有60萬噸左右，其余缺口需要依靠進口,，進口量已突破80萬噸,。
張秀榮表示，目前我國芝麻平均畝產(chǎn)80公斤左右,，遠遠高于世界平均水平,。我國雖是芝麻主要生產(chǎn)國,，但總體產(chǎn)量偏低、發(fā)展空間巨大,，這其中的關鍵點就是優(yōu)異品種的選育,。
產(chǎn)業(yè)要發(fā)展，品種要先行,。張秀榮帶著這個理念,，開始了長達30多年的科研“長跑”，從育種入手,，逐漸打開了“寶庫”之門,。
從零開始：創(chuàng)造科研奇跡
從上世紀70年代開始，我國就已經(jīng)開始了芝麻的雜交育種研究,，逐漸培育了一批新品種,，比如“中芝7號”，產(chǎn)量,、品質(zhì)和抗性都得到了改善,。
不過，一些隨之而來的問題也困擾著科研人員,。
種質(zhì)資源是我國不可替代的戰(zhàn)略資源,，作物育種成效很大程度上取決于掌握、發(fā)掘和利用種質(zhì)資源的程度,。
“芝麻是我國優(yōu)勢特色油料,，但因芝麻種質(zhì)數(shù)量少、農(nóng)藝性狀鑒定粗放,、基因組信息不清,、缺乏功能標記，導致育種可用親本種質(zhì)匱乏,、育種技術落后,、效率低，成為制約我國芝麻耐濕抗病高油高產(chǎn)品種選育和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大瓶頸,。”張秀榮說,。
要想邁過這道坎，收集到足夠齊全的種質(zhì)資源是十分重要的一步,。為此,，張秀榮帶領著團隊在全國各地開始收集各種芝麻種質(zhì)，他們的足跡遍布全國30多個省區(qū)市,。不僅如此,，他們還通過多種途徑從國外收集和引進種質(zhì)資源。
雖然過程十分困難,，張秀榮仍然帶領著團隊堅定不移地走下去,。最終他們廣泛收集整理覆蓋全國30個省區(qū)市和世界五大洲芝麻種質(zhì)7910份,，編目300645條，精準鑒定耐濕抗病品質(zhì)55435項次,，發(fā)掘出優(yōu)異種質(zhì)452份,，構(gòu)建了全球數(shù)量最多、覆蓋范圍最廣,、信息量最大的芝麻種質(zhì)庫,，創(chuàng)建了首個芝麻核心種質(zhì)
“芝麻種質(zhì)庫建立以后，能夠為我國的育種提供優(yōu)異基因資源,。”張秀榮表示,，在芝麻種質(zhì)庫的基礎上，團隊開始對芝麻基因組進行測序,，尋找其中規(guī)律,，加以深化利用。
芝麻作為小作物,，相關研究基礎非常薄弱,，“我們的各項工作幾乎都是從零開始。”張秀榮說,。從2012年到2014年,，團隊攻堅克難，率先完成了芝麻全基因組測序,，探明了基因組結(jié)構(gòu),，注釋基因27148個，繪制了全球首張精細物理圖譜,，并構(gòu)建了首個芝麻基因信息庫,，破解了芝麻的遺傳密碼，引領芝麻種質(zhì)由表型鑒定向基因組信息研究的跨越,。
不僅如此,，張秀榮還將他們的研究結(jié)果向全世界公開,，大規(guī)模重測序獲得540萬個SNP變異位點,，創(chuàng)建芝麻基因組、變異組和功能基因組3個共享大數(shù)據(jù)網(wǎng)站,，公開數(shù)據(jù)量819.3G,，搭建了基因信息應用平臺。
除此之外,，團隊還發(fā)掘出一批重要農(nóng)藝性狀主效QTL和新基因,，實現(xiàn)了芝麻全基因組精準發(fā)掘和分子育種技術重大突破。他們開發(fā)全基因組SSR標記7200個,，構(gòu)建了首張高密度遺傳圖譜,，首次發(fā)現(xiàn)SiPPO,、SiNST1和LTP1基因調(diào)控含油量的新機制，發(fā)掘出耐濕抗病高油高產(chǎn)主效QTL 77個,、新基因46個,，突破了芝麻分子育種的技術瓶頸。
這些成就為芝麻研究提供了關鍵材料和優(yōu)異基因資源,，促進我國芝麻的育種研究和基礎性研究取得突破,，為我國育種和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了戰(zhàn)略資源，為全球的芝麻分子生物學研究和功能基因挖掘奠定了重要的基礎,。
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多年來，項目組育成的耐濕抗病高油高產(chǎn)17個新品種,，在江淮和黃淮主產(chǎn)區(qū)累計應用7625.2萬畝,，覆蓋兩大產(chǎn)區(qū)65%，創(chuàng)社會經(jīng)濟效益93.3億元,。
盡管芝麻育種研究已經(jīng)收獲了好成績,，但張秀榮仍不停下腳步，她將帶領著團隊繼續(xù)加強芝麻種質(zhì)資源的收集,，在原始創(chuàng)新上有所突破,，瞄準產(chǎn)業(yè)需求，運用現(xiàn)代新技術,，挖掘出芝麻更多的“潛力”,。
“我們想根據(jù)實際生產(chǎn)需求，解決一些個性化問題,，實現(xiàn)定向育種,。”張秀榮說。
此外,，河南,、安徽和湖北等江淮地區(qū)是我國芝麻主產(chǎn)區(qū)，芝麻生長季節(jié)正逢雨季,，雨量大而集中,，漬澇害問題一直存在。而在山西,、陜西和內(nèi)蒙古等西北地區(qū),，吉林等東北地區(qū)，江南秋播地區(qū),，干旱問題則比較嚴重,。“這都需要我們從育種上有重大突破，能夠培育出抗?jié)承?、抗旱性的?yōu)良品種,。”張秀榮表示,。
在定向育種方面，團隊還瞄準了我國鹽堿地資源,。面對土地資源越來越緊缺的現(xiàn)狀,，培育出抗鹽堿品種，充分把鹽堿地利用起來,，是團隊研究的重點,。
此外，張秀榮還在挖掘芝麻其他的特性和作用,。芝麻營養(yǎng)十分豐富,，其特有的抗氧化成份芝麻素具有治療癌癥及心血管疾病等功效。芝麻除了油用,，還能在醫(yī)藥,、工業(yè)生產(chǎn)等方面“大展拳腳”，用途十分廣泛,。
“最近,，我們正在研究不同花色的芝麻，開發(fā)觀賞芝麻,，發(fā)展觀賞農(nóng)業(yè),，這也是比較有特色的地方。”張秀榮介紹,。
“未來我希望和全國同行一起,，經(jīng)過‘十三五’的努力，取得更多重大突破,。”張秀榮說,。
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