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解锁油菜花里的“基因密码”
发布时间:2025-03-24
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春日的长沙,油菜花田宛如一片金色的海洋。科学家左手轻轻握着一株油菜的花冠,右手用镊子熟练地摘除花朵,拔除还未开花的花骨朵的花萼、花瓣和雄蕊,涂上花粉,装上白色保护套,“去雄杂交”的一套流程顺利完成。一开春,他们就开始了新一轮品种选育繁育,这是第一步。
  油菜分白菜型、芥菜型和甘蓝型三大物种。自然界中前两者均存在黄籽植株的天然突变,但在甘蓝型油菜中尚未发现这种现象。传统的甘蓝型油菜存在抗病性差、耐旱性弱等问题,且油菜籽颜色偏黑,导致菜油颜色也不理想。因此,黄籽性状是油菜品质改良的重要目标之一。多年来,刘忠松带领团队专注于将其他油菜物种的优异性状导入甘蓝型油菜,希望培育出早熟高油的黄籽品种。
  我国食用植物油自给率仅30%,其中油菜作为国产第一大油料作物,每年提供的优质食用油占国产总量的近50%。充分利用南方6000余万亩冬闲田发展早熟高油的黄籽油菜,将为国家粮油安全提供重要支撑。
  科学家决定寻找决定种色的关键基因,他的研究方向聚焦于芥甘种间杂交育种,即芥菜型黄籽油菜与甘蓝型油菜的杂交育种。最初,他主要研究种子的性状遗传,但进展缓慢。直到一次出国做访问学者的经历,让他的思维仿佛“重启”。
  1998年,他决定从分子层面寻找黄籽油菜种子呈黄色的关键基因。如果能在基因层面取得突破,黄籽油菜品种选育的‘主阵地’有望从田间转移到实验室,育种时间也将大大缩短。
  当时基因组测序技术还不成熟,也没有现成的油菜基因组序列可供参考。为了找到关键基因,团队每年都要前往甘肃等地开展试验,并通过手提肩扛的方式,将鉴定出的数千株黄籽油菜植株材料带上列车,搬回实验室进行基因分析。 没有捷径可走,他们就用图位克隆,即借助分子标记锁定并克隆特定基因的传统方法。经过无数次尝试和验证,不断缩小基因所在区域的范围,团队最终克隆出黄籽调控基因TT8,并首次组装出了芥菜型黄籽油菜全基因组。他们探明了TT8突变致使种皮不合成积累原花色素,导致种皮薄而透明、种子呈现黄色的分子机制。
  当时科学家带着6名研究生,花了两个多月才‘钓’到关键基因。此后,团队又鉴定出芥菜型油菜开花期调控关键基因SRR1和适应区域,为黄籽早熟油菜育种提供了理论指导。
   找到关键基因后,团队的芥甘种间杂交研究变得顺利起来。如果能在育种中同时控制这些基因,就能获得稳定的黄籽遗传性状,这也将是油菜育种领域的重大突破。科学家利用夏季长日照单向性杂交、甘蓝型油菜回交、杂种后代小孢子培养和强化性状选择等技术,从百余个芥甘种间杂交后代中,精心筛选出3株珍贵的黄籽甘蓝型植株。这3株植株,如同希望的火种,承载着团队的期望。
  科学家将基因定位克隆的成果应用于这3株油菜的进一步选育中。他创造性地提出了一套“新底盘技术”,其以“苗期黄籽基因型选择+种子发育早期香草醛染色鉴定法”为核心。这一技术将油菜育种选择周期从2代缩短到1代,选择准确率高达100%,彻底告别了全球业界对种子颜色性状的肉眼甄别时代。
  通过目的基因在种间的稳定转移,他们培育出了具有稳定黄籽性状的甘蓝型黄籽油菜核心种质资源“黄矮早”,即黄籽、矮秆、早熟,填补了全球纯黄且遗传稳定的甘蓝型油菜种源的空白,为黄籽甘蓝型油菜育种提供了源头支撑。
  近年来,团队不断破译基因新“密钥”,在油菜品种选育上持续向“高油”目标突破。2024年,团队新选育的短生育期、优质宜机收油菜品种“湘油228”,亩产油菜籽201.9公斤,产油量近100公斤,为南方三熟制地区油菜生产带来新希望。