1974年，袁隆平培育出第一個(gè)雜交水稻強(qiáng)優(yōu)組合南優(yōu)2號(hào)。此后，雜交水稻成為人們最常聽(tīng)說(shuō)的水稻品種。新華社2016年9月7日發(fā)布消息稱，袁隆平領(lǐng)銜的超級(jí)雜交稻“種三產(chǎn)四”豐產(chǎn)工程10年來(lái)已累計(jì)增產(chǎn)稻谷超過(guò)60億公斤。

一粒種子往往意味著大量財(cái)富，但其育種過(guò)程卻無(wú)比艱難繁瑣。

雜交水稻育種甚至是“盲目”的體力活。兩個(gè)水稻品種雜交，有時(shí)候高產(chǎn)，有時(shí)候低產(chǎn)。其背后的原因，人們不得而知。雖然水稻基因組已經(jīng)測(cè)序，雖然人們已經(jīng)零星地找到了一些與高產(chǎn)相關(guān)的基因。為什么雜交水稻如此豐產(chǎn)，哪些基因賦予了它們超越親本的巨大豐產(chǎn)能力？一直是未解之謎。

這種盲目使得育種專家們只能靠數(shù)量取勝，在大量雜交、大片種植的水稻田里，憑眼力、憑經(jīng)驗(yàn)碰運(yùn)氣選育。但很多時(shí)候，在種下去之前，沒(méi)人知道這個(gè)材料會(huì)不會(huì)高產(chǎn)。

這一局面可能很快改觀。

國(guó)際學(xué)術(shù)刊物《自然》上發(fā)表的最新研究論文顯示，中國(guó)科學(xué)家將水稻基因組中與高產(chǎn)相關(guān)的基因一網(wǎng)打盡。他們一下子找到了400多個(gè)關(guān)鍵基因位點(diǎn)，更重要的是，他們找到了這些基因能夠高產(chǎn)的組合方案。

這意味著，人們第一次繪制出了雜交育種的育種“路線圖”，接下來(lái)要做的就是按圖索驥。這些信息極具商業(yè)價(jià)值。科學(xué)家們按照這張“地圖”，可以最大程度地優(yōu)化育種路線方案，指導(dǎo)種子公司快速、精準(zhǔn)地育種，科學(xué)家們將獲利頗豐。

而育種專家們也會(huì)像是開(kāi)了天眼。通過(guò)對(duì)每一代育種材料的測(cè)序，看看它們是否含有這些關(guān)鍵的高產(chǎn)基因，含有多少個(gè)，是什么組合，育種專家們可以快速舍棄無(wú)效的育種材料，將注意力集中到有望超越其前輩的“明星”身上，并按圖索驥地精準(zhǔn)雜交，快速育種。只需要少量種植，挑選也更精準(zhǔn)，育種時(shí)間也會(huì)從傳統(tǒng)的8到10年，縮短為3到5年，甚至更短時(shí)間。

雜交育種可能從8~10年縮短到3~5年

國(guó)際學(xué)術(shù)刊物《自然》（Nature）9月8日凌晨1時(shí)在線發(fā)表的一項(xiàng)最新研究顯示，研究人員揭開(kāi)了雜交水稻高產(chǎn)的秘密——遍布在整個(gè)水稻基因組中，決定雜交水稻高產(chǎn)的主要基因位點(diǎn)被中國(guó)科學(xué)家率先找到。

著名水稻雜交育種學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士謝華安評(píng)價(jià)稱，這一工作“既是雜種優(yōu)勢(shì)理論的重大突破，又是指導(dǎo)育種的寶貴經(jīng)驗(yàn)，可喜可賀！”

農(nóng)業(yè)部副部長(zhǎng)、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士李家洋稱，“這是我國(guó)在水稻基礎(chǔ)理論和應(yīng)用領(lǐng)域的又一重大成果，將對(duì)水稻研究和生產(chǎn)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的促進(jìn)作用！”

《自然》刊發(fā)的這篇論文標(biāo)題為《水稻產(chǎn)量性狀雜種優(yōu)勢(shì)的全基因組解析》(Genomic architecture of heterosis for yield traits in rice)，論文通訊作者為中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所國(guó)家基因研究中心研究員黃學(xué)輝和中心主任、中國(guó)科學(xué)院院士韓斌。

9月7日下午，韓斌告訴澎湃新聞（www.6773257.com），目前一共發(fā)現(xiàn)了400多個(gè)雜交水稻高產(chǎn)的基因位點(diǎn)。比這些基因更重要的是還發(fā)現(xiàn)了如何組合這些基因才能高產(chǎn)。正是多個(gè)基因優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，導(dǎo)致雜交水稻高產(chǎn)。不同的雜交水稻對(duì)應(yīng)著不同的高產(chǎn)基因組合，一般是十多個(gè)高產(chǎn)基因。除了這些基因不同，這些水稻中的其他基因都基本一致。未來(lái)育種的方向就是要把想要的基因組合集中到一個(gè)品種中去，“組合方案決定了品種的高產(chǎn)能力” 。

韓斌表示，“這些基因的位置和組合方案，對(duì)高效設(shè)計(jì)育種有重要價(jià)值。傳統(tǒng)雜交育種培育一個(gè)品種需要8~10年，現(xiàn)在可能縮短到3~5年。根據(jù)這一研究成果培育的雜交水稻已經(jīng)在試驗(yàn)田中種植到第四代，目前還在繼續(xù)實(shí)驗(yàn)中。”

韓斌表示，目前課題組還未對(duì)這些新發(fā)現(xiàn)的基因位點(diǎn)和基因組合方案申請(qǐng)專利保護(hù)。

在10074個(gè)植株的基因組中互相對(duì)比

以姚明的身高為例，韓斌解釋了該研究的原理。

韓斌說(shuō)，他很喜歡姚明，姚明除了籃球打得好，個(gè)子高，人聰明，講話也幽默。如果想知道哪些基因跟姚明的身高有關(guān)（很可能不是單一的一個(gè)基因影響了姚明的身高，而是多個(gè)基因），僅僅對(duì)姚明基因測(cè)序還不夠，對(duì)其家人進(jìn)行基因測(cè)序也不夠，還需要很多個(gè)跟姚明類似的家庭基因測(cè)序才可以。

黃學(xué)輝和其合作者中國(guó)水稻研究所的楊仕華共收集到1495份雜交稻品種。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些雜交水稻可以被分為三個(gè)類型。從這三個(gè)類型中，研究人員分別選擇了9個(gè)、6個(gè)和2個(gè)品種進(jìn)行繁殖傳代，共獲得10074個(gè)子二代水稻植株材料，分別進(jìn)行測(cè)序和分析。

一個(gè)特定的性狀（比如株高、粒重），在10074個(gè)植株的基因組中互相對(duì)比，在萬(wàn)變中尋找不變。通過(guò)這樣的基因組關(guān)聯(lián)分析，在大數(shù)據(jù)中逐漸識(shí)別出前述產(chǎn)量相關(guān)的基因。

韓斌表示，除了水稻，這些基因位點(diǎn)，甚至基因組合的方案，對(duì)玉米等作物育種也有參考意義。未來(lái)，研究人員可以采用同樣的方法尋找稻米香味、營(yíng)養(yǎng)等相關(guān)基因。