发掘玉米品质优良基因分子育种如同魔术

文|于雷 中国林业科学研究院 编辑|杨阳

发掘玉米品质优良基因分子育种如同魔术

文|于雷 中国林业科学研究院 编辑|杨阳

项目成果：玉米重要营养品质优良基因发掘与分子育种应用

承担单位：中国农业大学农学与生物技术学院等

亚瑟·C·克拉克说：“任何足够先进的技术都等同于魔术。”在农作物育种领域，达到分子水平的育种技术绝对可以称之为“魔术”。

在今年1月9日举办的2016年度国家科学技术奖励大会上，由中国农业大学农学与生物技术学院教授、中国作物学会玉米专业委员会主任李建生领衔的科研团队研发的“玉米重要营养品质优良基因发掘与分子育种应用”项目荣获2016年度国家科技进步奖二等奖。

通过全基因组关联分析，找到了74个与油份和脂肪酸有关的候选基因，包括之前鉴定的与玉米油份代谢有关的3个关键基因。

品质改良 玉米品种的“供给侧”改革

玉米是我国最重要的主粮农作物之一。据国家统计局公布的2016年粮食生产数据显示，玉米播种面积36759.7千公顷、总产量21955.4万吨，分别占谷物播种面积的38.95%、总产量的38.85%。从面积或产量来看，玉米是当之无愧的三大主粮（小麦、水稻、玉米）之首。

在玉米种植面积、产量华丽数字的背后，是玉米在市场的尴尬境地。据布瑞克统计，目前国储库里仍有接近2.4亿吨的玉米库存，今年实行新的玉米收购政策后，玉米的收购价格一度低迷。

李建生曾表示：“当前我国玉米出现的过剩是阶段性的、暂时的，但从长远来看，玉米仍是刚性需求。3斤玉米换1斤动物性产品，考虑人口增长和生活水平因素，我国对玉米的消费需求仍将保持增长的趋势。”

长期以来，人们注重粮食产量，忽视粮食营养品质。近年来，越来越多的国人对食品的需求从“吃饱”转向“吃好”。注重粮食的品质，也成为国际趋势，联合国粮农组织（FAO）的战略口号也从“粮食安全”转变成“粮食和营养安全”。今年中央一号文件大力推进农业供给侧结构性改革，玉米品质的“供给侧”改革刻不容缓。

玉米不只是“填饱肚子”的粮食，其深层次、多方向利用价值有待开发，玉米的重要营养品质急需提高。玉米籽粒中的维生素A 原、维生素E 和油份是对人类健康和动物生长发育有益的重要品质性状。玉米油富含不饱和脂肪酸，可作健康食用油、高能饲料原料，但从年人均消耗来看，美国2.3公斤，中国仅为0.4公斤。

“玉米重要营养品质优良基因发掘与分子育种应用”项目科研团队在发掘玉米重要营养品质优良基因上迈出了重要的一步。他们首次发现了控制玉米维生素E高含量主效QTL基因ZmVTE4,开发了提高维生素E含量的功能标记，筛选出高维生素的甜玉米新品种5个；首次克隆了控制维生素A的crtRB1优良等位基因，开发了6个功能标记；发现了74个影响总油分和脂肪酸组分及比例的基因，验证了LACS等五个基因的功能，开发了相应的功能标记。

分子育种 玉米育种技术走出国门

分子育种是育种技术中的“魔术”。常规育种手段定向改良一个农艺性状,往往要回交6代才能得到理想植株,一般需5到6年。利用分子育种技术,通过早期的基因型选择,大大缩短育种时间,也可有效降低田间测试材料的数量,节省很多人力、物力、财力。相比传统经验育种,分子育种具有准确的方向性,在一定程度上实现了“精确育种”。

玉米起源于美洲大陆，在哥伦布发现美洲后逐步走向全世界。大约500年前，玉米通过陆路或海上丝绸之路传入中国。作为外来品种的玉米，先进的育种长期被国际上的大型种子公司垄断。“玉米重要营养品质优良基因发掘与分子育种应用”项目科研团队发现了高维生素A原优良等位基因分布的遗传规律，提高了国际生物强化项目的育种效率，开创了我国玉米分子育种技术对外输出的先例；挖掘了维生素E优良等位基因及功能标记，开辟了玉米品质育种的新方向；挖掘了油份优良等位基因，开启了玉米油份分子育种的先例。

不仅在玉米分子育种技术上有突破，“玉米重要营养品质优良基因发掘与分子育种应用”项目科研团队在学术理论上也进行了创新。他们首次提出“优良等位基因累加是人工选择高油玉米的成因”的学术观点，发表原创性论文37篇，包括SCI引用论文32篇，其中《Nature genetics》论文2篇，总引用813次，他引610次；获得发明专利4项，品种权1项，培育了9个营养品质优良的玉米新品种和1个新品系。

创造效益 推广种植带动农民增收

“科学的唯一目的是减轻人类生存的艰辛。”“玉米重要营养品质优良基因发掘与分子育种应用”项目带来的不仅先进的科学技术，还有显著的社会效益。

项目的科研团队注重科技成果的转化，将基础研究、技术发明与育种实践紧密结合，达到国际领先水平，创造出令人瞩目的社会效益。项目科研团队开发的分子标记在国内外育种单位展开应用，培育优质玉米新品种8 个，其中国审品种4 个。培育甜玉米新品种累计推广354.14万亩，农民累计新增产值28.33亿元，企业累计新增利润4424.4万元。

科研团队的带头人李建生表示：“未来十年，我希望基础研究力度更大一些，应用研究也更多一些，加强高新技术的研究，并向种子企业转移，带动种业技术升级，全面提升产业竞争力。”

专家简介

李建生中国农业大学教授。主持科技部863项目玉米分子育种课题，支撑计划玉米育种课题，国家自然科学基因重大项目。在《Nature genetics》、《Molecular Breeding》等学术期刊发表SCI论文80余篇。参加编写玉米遗传育种专著4本。培育玉米新品种10个，其中国审品种4个。先后获得省部级以上奖励5项，其中国家科技国家发明二等奖1项，教育部科技发明一等奖1项。