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  播撒创新“良种” ——记烟草抗病毒病分子标记开发及“K326”抗TMV、CMV、PVY聚合育种

作者:本刊记者 赵男  来源: 《中国烟草》2020年第3期 总第666期 第48-49页 2020-02-01
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一排排烟株中间留下项目组集体攻关的身影 /青州所 供图

烟叶是烟草行业发展的基础,品种又是烟叶生产的基础。因此,育良种成为稳定烟叶生产、提高烟叶质量的重要途径。

结合现代烟草农业发展需求和卷烟工业企业原料保障的需要,2010年,行业启动了烟草基因组计划重大专项,并以此带动引领烟草育种理论、路径、技术的全面升级。作为烟草基因组计划重大专项一支生力军,中国烟草总公司青州烟草研究所将抗病毒病品种选育作为分子育种研究的主攻方向,不断培育烟草优良品种。2013年,青州所开始承担行业烟草基因组计划重大专项 “烟草抗CMV和赤星病连锁分子标记开发及‘NC82’‘K326’品种抗性改良”及科技重点项目“烤烟抗主要病毒病(TMV、CMV、PVY)基础材料创制及育种利用”。

数年如一日,创新不停,攻坚克难,项目组开发抗性分子标记,创新育种技术,开展分子标记辅助聚合育种,创新优质兼抗病毒病育种新材料,并改良主栽品种“K326”的病毒病抗性,培育出兼抗三种病毒病的烤烟新品种“中烟300”,“烟草抗病毒病分子标记开发及‘K326’抗TMV、CMV、PVY聚合育种”项目荣获2019年中国烟草总公司科学技术进步奖二等奖。

利用分子标记技术

病毒病,是烟草中危害最大的一类病害,也被称为植物“癌症”。

“据不完全统计,2014年~2018年,病毒病造成的烟叶产值损失高达15.1亿元。此外,为防治病毒病病害的发生,还耗费了大量的人力物力。”青州所所长王元英粗算了一笔账,目前烟叶种植过程中,防治病毒病每亩投入的人工成本、药剂成本等大概需要70元,按照全国种植面积1300万亩计算,每年的病毒病防治费用大概9.1亿元。

虽然行业先后开展了大量种质资源鉴定工作,初步筛选出一批抗病毒病种质资源,但是针对烟草主要病毒病,仍然缺乏系统精准鉴定,多数种质遗传基础不明确,功能基因发掘力度不够,制约了烟草抗病育种进程。

聚焦现代烟草农业发展需求,青州所多年来致力于培育抗多种病毒病的优良品种,为保障烟叶生产提供更经济有效的方式。

“K326”作为我国主栽烤烟品种之一,因烟叶品质优良受到工业企业认可,但在生产环节,烤烟品种“K326”却有突出缺陷,易感染TMV、CMV、PVY三种病毒病。

如何定向精准改良“K326”的病毒病抗性,且保证其他性状,尤其是品质性状不变,成为青州所项目组探索课题。

随着分子生物学技术的不断发展,分子标记辅助育种技术、全基因组选择技术、基因定点编辑技术等先后得到应用。

“与传统育种相比,分子标记辅助育种,可以利用与目标性状紧密连锁的DNA分子标记,对目标性状进行精准选择改良。”青州所研究员杨爱国介绍说,这项技术在一定程度上解决了传统育种受环境影响大、存在选择盲目性等问题,可以实现快速、定向、高效的品种遗传改良。

定向改良“K326”抗性

以攻克“K326”生产过程中的主要病毒病、培育优质多抗烤烟新品种为目标,从顶层设计到整体谋划,从基础材料到理论支撑,从技术体系到品种培育,项目组满怀信心,逐一启动一系列创新研究。

事实上,实践中的复杂性超出了项目组成员的设想,如何实现复杂数量性状的高效分子标记辅助改良,以及如何在保证品质性状不变的前提下实现三种病毒病抗性聚合改良,成为摆在大家面前的两大技术难题。

本项目中,三种主要病毒病的抗性遗传机制各不相同。其中CMV抗性、TMV抗性、PVY抗性分别属于多基因、显性单基因和隐性单基因遗传调控,这三种抗性遗传机制基本上涵盖了作物性状遗传的主要方式。

问题既定,方向渐明。几经思考,几经探讨,项目组逐步明确了“解题思路”,“我们针对三种不同的遗传方式,采取不同策略分别开发分子标记。”

攻坚克难,群策群力。项目组不仅有包括研究员5人、副研究员9人在内的25人科研团队作为“智慧输出”,更有不畏艰苦、求真务实的科研作风。他们奔着科研目标,在实验室“挑灯夜战”,在田间地头“流连忘返”。

朝踏晨露,夕送晚霞,一到烟叶生产季节,项目组成员分赴各大烟区,在一块块烟田、一排排烟株中,坚毅的身影来回穿梭,观察、取样、实验测定、分析研讨,黝黑的肤色为他们擦亮了科研创新的底色。王元英告诉记者,“据不完全统计,项目实施过程中,累计进行病毒病抗性评价的烟草植株就超过了20万株。”

日拱一卒无有尽。在集体攻关的努力下,项目组构建了烟草密度最高的遗传图谱,利用开发的分子标记对目标性状进行了选择,获得了携带N基因的免疫TMV的材料、携带eIF4E免疫PVY的材料,以及携带两个主效抗性位点的CMV高抗材料,进而搭建起不同抗性位点分子标记辅助聚合育种体系,培育出兼抗三种病毒病的烤烟新品种。

育成新品种“中烟300”

“以改良‘K326’的病毒病抗性为育种目标,以‘K326’为轮回亲本,三个病毒病抗源为供体亲本,经过杂交、复交,连续多代回交,利用与病毒病抗性紧密连锁的分子标记辅助选择,结合常规育种定向改良,育成烤烟新品种。”2018年12月,通过全国烟草品种审定委员会审定,新品种命名为“中烟300”。

每一粒小小的种子,都承载着创新的使命,播撒着增收的希望。杨爱国告诉记者,“2019年,我们在全国12个烤烟主栽区29个试验点开展了示范种植,截至目前种植总面积达21600亩左右。”

从云南玉溪到湖南湘西,从福建南平到重庆万州,从贵州余庆到四川西昌,随着试验种植面积扩大,良种已播撒进愈来愈广阔的烟区。盛夏时节,一块块试验田里,改良后的“K326”田间长势强、表现整齐,绿野田畴处处洋溢着旺盛的生命力。

“与‘K326’相比,‘中烟300’的植物学性状、农艺性状、经济性状无明显差异,且显著改良了其病毒病抗性,实现了预期目标。”许多烟技员这样评价。

良种是保障烟叶质量的基础。不少工业企业也反馈:“‘中烟300’的烤后烟叶总体质量风格、感官评吸质量与对照‘K326’无明显差异,具有较好的工业可用性和较高的使用价值。”

既把创新良种播撒在无垠沃野,也把科研成果书写在广袤大地。

通过不懈努力,项目开发的分子标记成果已逐步应用于行业内主要烟草科研单位的分子标记辅助育种,为加快烟草抗病毒病育种进程提供了重要支撑。同时,其构建的分子育种技术体系,实现了从资源鉴定、基因挖掘、标记开发、材料创制、抗性聚合到品种审定的全贯通,为烟草及其他作物定向改良提供了“教科书式”的范本。

(栏目责编/张雨时 zhangys89@126.com)

编辑:李东军

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