广州大学团队基因编辑大豆获突破，产量提升10-20%
广州大学团队基因编辑大豆获突破，产量提升10-20%
广州大学研究团队通过基因编辑技术成功优化大豆生物固氮能力，实现产量提升10-20%，蛋白含量增加1-2个百分点。这一突破性研究成果为解决我国大豆产量问题提供了新的思路和解决方案。
关跃峰于 2023 年夏天在福建洋中的试验田
广州大学关跃峰教授团队经过三年的田间试验，成功通过基因编辑技术优化了大豆的生物固氮能力。这项技术被形象地比喻为“育种界的5G”，不仅能够提高大豆产量和蛋白含量，还能减少化肥使用。
据研究团队介绍，基因编辑作物的应用完全遵照我国农业部2022年发布的《农业用基因编辑植物安全评价指南（试行）》规定。相比转基因作物，基因编辑作物能够大大简化获取生物安全证书的程序，在时间流程上可以缩短1-2年。
目前，课题组正在东北、黄淮等主栽区域的大豆品种中开展基因编辑育种，希望能够提高国内大豆品种的单产水平以及生物固氮的能力，减少农业化肥的使用。未来，该技术还可以应用于紫花苜蓿、花生等豆科作物。
来源：Nature Plants
提升大豆产量的重要性
我国每年消耗大豆总量约1.2亿吨，其中超过80%依赖进口。进口大豆主要用于榨油和饲料生产，而豆粕饲料是优质蛋白来源，对于肉蛋奶畜牧生产至关重要。中国耕地资源有限，仅占世界耕地的8%左右，因此需要通过进口粮食来弥补。大豆单位面积产量低，国内种植效益差，农民更倾向于种植玉米，导致大豆种植不足。提高大豆产量和品质的生物育种技术，有助于提高大豆单产水平和农民种植效益，提升大豆自给率。
“诺奖技术”在大豆增产中的应用
基因编辑技术于2012年问世，2020年相关学者获得诺贝尔奖。研究团队致力于开发大豆基因编辑育种技术，旨在实现“高产优质、高附加值、环境友好”的基因编辑大豆育种。具体到本次研究，他们聚焦于如何通过调控大豆结瘤固氮来提高大豆产量。
研究历程大致分为三个阶段：
- 针对大豆开发高效的基因编辑技术
- 筛选有价值的基因并开展基因编辑
- 评价不同基因编辑大豆的产量表现
研究团队发现，通过优化地下根瘤数量，成功提高了大豆的种子产量和蛋白质含量。这一成果在大豆育种中具有重要意义，因为通常增加产量会降低蛋白质含量，反之亦然。
日前，相关论文以《基因优化大豆结瘤提高产量和蛋白质含量》为题发表在Nature Plants（IF 18）上。福建农林大学钟祥斌副教授、王杰副教授为共同第一作者，广州大学关跃峰教授和孔凡江教授、中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛研究员为共同通讯作者。
相关论文（来源：Nature Plants）
下一步研究方向
研究团队表示，接下来将针对RIC基因编辑技术开展更大规模的育种应用，争取早日实现推广。同时，他们将挖掘增产效果更好的基因组合，让技术变得更加完善。此外，他们计划利用多重基因编辑技术，将优化结瘤RIC基因与其他高产优质基因编辑性状聚合在一起，力争创制产量更高、品质更好的“超级大豆”。
参考资料
- Zhong, X., Wang, J., Shi, X.et al. Genetically optimizing soybean nodulation improves yield and protein content. Nat. Plants 10, 736–742 (2024). https://doi.org/10.1038/s41477-024-01696-x