基礎研究是科技創(chuàng)新的源頭，事關國家核心創(chuàng)新能力和國際戰(zhàn)略地位。
近日，中國農業(yè)科學院生物技術研究所所長李新海在接受《中國科學報》采訪時說，針對我國農業(yè)生物育種原始創(chuàng)新不足，種源對外依存度高，部分種源被國外壟斷的狀況，加強農業(yè)生物基礎研究是打好種業(yè)翻身仗的基礎和關鍵。
農作物基因組研究處于國際領先地位
李新海介紹，在國家科技計劃項目的長期布局和支持下，我國科學家在作物種業(yè)基礎研究領域取得了重大進展，突破了一系列重要科學問題和關鍵技術，部分研究領域已處于世界引領地位，實現(xiàn)了從基礎研究到應用研究的全鏈條創(chuàng)新，為保障國家糧食安全做出了突出貢獻。
首先，農作物基因組研究處于國際領先地位。我國自1998年參與國際水稻基因組測序計劃以來，在作物基因組學研究領域的實力不斷增強，并呈現(xiàn)出從參與到領導、從研究非主要作物到主要作物、從研究地區(qū)性作物到全球性作物的態(tài)勢，已處于國際領先地位。
李新海介紹，隨著測序技術的發(fā)展，我國已經實現(xiàn)對重要農作物，如水稻、小麥、玉米、大豆、油菜、棉花、蔬菜等作物基因組的測序或重測序，深入闡析基因組變異、染色體重組、基因組選擇與馴化機制。
其次，作物演化與性狀形成機理研究取得一系列重大突破。我國科學家已解析種質資源多樣性演化機制、雜種優(yōu)勢形成機理、作物根際固氮和光合作用機制、作物與微生物互作機制、重要育種性狀形成的遺傳調控網絡，克隆了一批調控株型、品質、氮高效利用、抗旱、耐低溫、耐鹽堿、抗病、新型抗除草劑等具有重大育種價值的新基因。
再次，前沿理論指導育種技術革新取得初步成效。隨著基因編輯、合成生物、人工智能、大數(shù)據(jù)、傳感器等前沿交叉領域與傳統(tǒng)育種技術相融合，新一代育種技術正在向智能化、精準化發(fā)展。
聚焦作物種業(yè)重大科學問題和前沿關鍵技術
李新海說，中國農科院近年來堅持前沿基礎研究驅動農業(yè)產業(yè)發(fā)展的目標導向，聚焦作物種業(yè)重大科學問題解析和前沿關鍵技術創(chuàng)新，在作物高光效生物學基礎、人工高效固氮機理、作物育種遺傳改良規(guī)律、表觀遺傳與環(huán)境適應性等方面取得系列進展。
基因組研究在挖掘作物優(yōu)良種質與優(yōu)良性狀方面成果突出，保障糧食豐產的基因資源自主可控。例如，圍繞水稻和玉米的理想株型調控機理開展原創(chuàng)性研究，克隆數(shù)十個與水稻株高、分蘗、籽粒大小、根系發(fā)育、株型建成等相關的關鍵基因，明確了現(xiàn)代玉米育種過程中耐密株型的選擇規(guī)律及其基因組選擇與遺傳改良規(guī)律，挖掘出一批調控耐密株型、株高、開花、防御反應、光信號傳導和營養(yǎng)吸收利用相關的基因，創(chuàng)制一批育種新材料。
代謝組研究在提升農作物品質與安全方面發(fā)揮重要作用，為種業(yè)高質量發(fā)展提供關鍵支撐。植物次級代謝產物既具健康功效，也與食物的味道和營養(yǎng)密切相關。例如，獲得了控制番茄果實中營養(yǎng)物質和抗營養(yǎng)物質的3500多個信號位點和9萬多個eQTL 位點，發(fā)現(xiàn)了102個代謝物信號熱點區(qū)域，揭示番茄次生代謝產物與風味的關聯(lián)，繪制出品質改良行動路線圖。
表觀組研究開創(chuàng)第二層次調控作物產量和環(huán)境適應性研究，為實現(xiàn)作物增產與耐逆提供了新策略，擴展作物種業(yè)基礎研究的廣度和深度。例如，建立了DNA腺嘌呤和RNA甲基化表觀遺傳技術體系；開發(fā)出“單細胞分離和鑒定”技術體系。
合成生物學推動高光效和生物固氮等重大科學問題研究，提出新的解決路徑，驅動從“0”到“1”的源頭創(chuàng)新。例如，在作物高光效的生物學基礎研究方面，對比C3、C4植物葉片結構，揭示C4解剖學結構和生化途徑進化的遺傳調控網絡，模擬C4植物高光效回路的特點，設計并優(yōu)化了6條新的光合作用通路，創(chuàng)制了一批具有類C4結構、光合效率提升的水稻材料。通過提高光合效率來增加產量潛力，將開啟第三次綠色革命。該研究目前處于國際領先地位。
微生態(tài)研究聚焦作物與微生物互作及與環(huán)境的交互適應，在促進種業(yè)可持續(xù)發(fā)展上發(fā)揮重要作用。例如，為應對生物脅迫與非生物脅迫對作物生產的影響，對病害、鹽害等逆境脅迫機理開展研究。
前沿技術與理論創(chuàng)新促進育種關鍵技術突破，提升育種水平，保障種業(yè)自主創(chuàng)新發(fā)展。例如，重點針對水稻、玉米等主要農作物開展育性、雜種優(yōu)勢的研究，發(fā)現(xiàn)水稻“自私”基因，破解了自私基因在促進新物種形成中的分子機制，探討了毒性-解毒分子機制在水稻雜種不育上的普遍性，創(chuàng)制出廣親和的水稻新種質，實現(xiàn)秈粳交雜種優(yōu)勢的有效利用。建立了可固定雜種優(yōu)勢的水稻無融合生殖體系，實現(xiàn)了雜交稻無融合生殖“從0到1”的突破。
面向作物生物育種重大理論瓶頸問題
李新海指出，“十四五”期間，中國農科院將聚焦作物生物育種面臨的重大理論瓶頸問題，重點突破作物高光效和生物固氮的生物學基礎、優(yōu)異種質資源演化規(guī)律、重要性狀協(xié)同調控機理、構筑作物智慧育種的遺傳理論體系。
他說，十四五期間，將重點突破作物高光效和生物固氮的生物學基礎研究；重點開展作物重要性狀形成與環(huán)境適應性機理研究；闡明作物雜種優(yōu)勢形成的生物學基礎；系統(tǒng)研究作物優(yōu)異種質形成與演化規(guī)律；推進作物設計育種技術基礎創(chuàng)新。
