韩方普研究组揭秘合成异源四倍体小麦育种新技术

韩方普研究组揭秘合成异源四倍体小麦育种新技术

中国科学院遗传与发育生物学研究所韩方普研究组近期在Plant Biotechnology Journal上发表综述文章，系统介绍了合成异源四倍体小麦育种技术的应用进展。这一技术通过染色体工程手段，将野生基因资源引入小麦，培育出具有更强抗病性和更高产量的新品种，为未来的粮食安全和农业发展带来了新的希望。

合成异源四倍体小麦育种技术是基于染色体工程的创新育种方法。通过人工操作染色体的数量和结构，定向改变植物的遗传特性。其重要应用体现在人工合成新物种、将异源有利基因导入栽培种以及改良作物性状等方面。韩方普研究组长期从事小麦远缘杂交与染色体工程育种研究，并取得了显著成果。研究人员成功创制了小黑麦及黑麦附加系，并克隆了育种上广泛应用的1B/1R易位系上的条锈病基因Yr9，以及具有广谱条锈病抗性并且适用于育种的新抗性基因。通过长期努力，利用二倍体长穗偃麦草的野生基因，育成中抗赤霉病的小麦新品种“中科166”（7D染色体易位系）和“中科1878”（6D染色体易位系），已在生产上大面积推广并被国内多家育种单位用于亲本进行杂交育种。此外，利用小麦-中间偃麦草的端体附加系育成含有高抗条锈病基因育成了新品系“中科15”（6B染色体的随体插入中间草外源染色体片段）及“中科78”（大片段易位系）。

近年来，CRISPR/Cas技术在基因组编辑领域取得了突破性进展，成为植物染色体工程中的关键工具。通过CRISPR/Cas，研究人员能够精准地进行染色体重排，包括染色体倒位、易位等大规模结构变异。这些变异不仅能改变基因的位置，还能够调控基因的表达模式，为作物的遗传改良提供了前所未有的机会。利用CRISPR/Cas等技术，作物基因组的定向改造和大规模结构变异的实现成为可能，推动了植物育种研究进入了一个全新的时代。

该研究成果以“Past Innovations and Future Possibilities in Plant Chromosome Engineering”为题于2024年12月2日发表于Plant Biotechnology Journal（DOI:10.1111/pbi.14530），韩方普研究组刘阳副研究员、刘倩博士、博士研究生易从杨和刘畅博士为文章共同第一作者。韩方普研究员为通讯作者。该研究得到生物育种重大项目和国家自然科学基金委重大项目的资助。