野生稻优良基因资源的研究与应用进展

水稻转基因育种的研究进展与应用现状刘志宏1　田　媛2　陈红娜1　周志豪1　郑　洁2　杨晓怀1（1深圳市农业科技促进中心，广东深圳518000；2暨南大学食品科学与工程系，广东广州510632）摘要：随着生物技术发展的不断深入，我国水稻种业的发展也面临着全新的机遇和挑战。

目前，改善水稻品种质量的主要方法有分子标记技术、基因编辑技术和转基因技术。

其中，转基因水稻是利用生物技术手段将外源基因转入到目标水稻的基因组中，通过外源基因的表达，获得具有抗病、抗虫、抗除草剂等优良性状的水稻品种。

近年来，国内外在采用转基因技术进行水稻育种，提升水稻产量、改善水稻品质方面具有较多的研究进展。

在阐述转基因技术工作原理的基础上，概述国内外利用转基因技术在优质水稻育种方面的研究进展，进一步探究转基因技术在我国水稻育种领域的发展前景。

关键词：转基因育种；水稻；病虫害；除草剂Research Progress and Application Status of Rice Transgenic Breeding LIU Zhihong1，TIAN Yuan2，CHEN Hongna1，ZHOU Zhihao1，ZHENG Jie2，YANG Xiaohuai1（1Shenzhen Agricultural Technology Promotion Center，Shenzhen 518000，Guangdong；2Department of Food Science and Engineering，Jinan University，Guangzhou 510632）水稻（Oryza sativa L.）作为世界上重要的粮食作物之一，为世界超过1/3的人口提供了主粮，全球种植面积约1.4亿hm2[1]。

“十二五”以来，我国水稻产量连续稳定在2亿t以上[2]。

水稻作为我国的主要粮食作物，在我国粮食生产领域占据着十分重要的地位，水稻品种改良仍是保障种业持续发展和国家粮食安全的重点。

水稻基因组和遗传育种的研究进展水稻，作为世界上最为重要的粮食作物之一，一直以来都受到人们的重视。

为了提高水稻的产量和质量，科学家们不断探索水稻的基因组和遗传育种，取得了许多研究进展。

第一部分：水稻基因组的研究进展1.1高质量水稻基因组测序和注释2002年，国际水稻基因组组织(IRGSP)启动了水稻基因组测序工作，历时十年，于2012年公布了高质量水稻基因组序列。

该项目不仅提供了水稻基因组的底图，也为全球的水稻研究工作提供了重要的资源。

除了基因组测序，对基因组的注释也至关重要。

2018年，中国、日本、美国等国的科学家们联合发表了一篇名为“HostPathogen”(Waxman)，通过整合多种表达组学数据，对水稻基因组的注释进行了更新，共发现了14614个新的基因，有效地促进了水稻基因组研究的深入。

1.2水稻基因组结构和功能特点的研究水稻基因组大小为389Mb，包含大约4.29万个基因。

其中，基因密度比拟其他植物要大，基因的组织分布也呈现出显著的区分。

此外，水稻的基因序列中还含有许多支配了基因表达和基因功能的调控因子，如调控元件、非编码RNA等。

这些结构和特点的研究有助于更深层次的解析水稻的遗传机制。

第二部分：水稻遗传育种的研究进展2.1利用基因编辑技术改良水稻水稻主要遗传特征的研究为利用基因编辑技术改良水稻提供了核心思路。

近年来，科学家们通过CRISPR-Cas9等基因编辑技术，针对水稻各个方面的遗传特征进行了深入的研究。

其中具有代表性的成果有：（1）使水稻茎粗略化的“SNU-16”基因的敲除，使其茎干更粗壮，抗风能力更强；（2）针对水稻的“脱粒非白化”基因进行靶向基因编辑，在保持其他基因不变的情况下，成功实现了水稻产量的提升。

2.2水稻病虫害抗性的研究水稻的病虫害是影响水稻丰产的主要因素之一。

研究表明，水稻的病虫害抗性主要由多个基因共同作用而得。

因此，为了实现水稻病虫害抗性的提升，科学家们也探寻了许多新的遗传调控方法。

野生稻优良基因的发掘利用研究进展在稻属（Oryza Linnaeus）中，仅2个为栽培种，其余20余种均为野生稻，包括AA、BB、CC、BBCC、CCDD、EE、GG、FF、HHKK、HHJJ 10种染色体组[1]。

我国的野生稻资源较为丰富，其中云南地区就包含了中国仅有的3种野生稻，即药用野生稻（O.officinalis Wall）、疣粒野生稻（O.meyeriana Bail）和普通野生稻（O.rufipogon Griff）[2]。

野生稻由于长期在野生状态下生长，经过抵御病虫害的侵袭和不良环境的自然选择，蕴含了大量的优良基因，是一个天然的基因宝库[3]。

但栽培稻由于长期经人为的选育和驯化，许多有利基因被定向选择而过滤掉，致使其具有传狭窄性和单一性，大大降低了抵抗病虫害侵袭和忍受各种逆境的能力。

解决此问题的有效方法，就是从野生稻中发掘栽培稻已丢失的优良基因，并应用于栽培稻的遗传育种，以拓宽其遗传基础。

现已从野生稻中发掘出抗病虫、耐旱、耐寒、高产及其他许多有用基因[4]。

对这些优良基因进行分子标记定位，有助于及时发掘并充分利用野生品种资源，为栽培稻育种做出贡献。

目前迅速发展的分子生物技术促进了这一领域的研究，现对多年来野生稻中优异基因的发掘和分子标记定位，以及这些基因在栽培稻中的转移利用作一综述。

1野生稻抗虫基因发掘及定位自20世纪70年代起，许多国家相继开展了水稻稻飞虱抗性基因的发掘工作，其中发现的部分抗性基因来自野生稻。

目前已经有10多个抗稻飞虱基因从5种不同的野生稻资源中找到并鉴定。

在澳洲野生稻（Oryza australiensis）中，发掘的抗褐飞虱有Bph10和Bph18。

其中Bph10是由Ishii et al[5]鉴定出的，是1对显性的抗虫基因，且被定位在第12号染色体上，与RG457相距3.68 cM。

研究表明：Bph10抗褐飞虱生物型1、2、3。

Bph18由Jena et al[6]鉴定出，被定位在第12号染色体上S15552和RM463之间。

水稻gg基因组
水稻gg基因组是指来源于疣粒野生稻的基因组，该基因组在新种质利用方面具有重要意义。

据报道，中国科学院在野生稻基因组利用方面取得了重大进展，新种质被全国100多家单位利用，育成水稻新品种91个，累计推广种植面积2921.2万亩。

此外，研究团队还开发了一系列基于 Cas9-NG 的各种水稻基因组定点编辑工具，成功用于水稻单基因敲除、多基因敲除、单碱基编辑以及靶基因转录激活调控，这对于水稻基因功能解析和分子精准育种具有重要促进作用，将加速实现水稻缺陷型基因的修饰矫正，有利于缩短水稻育种进程和延长现有优良品种的应用周期。

总的来说，水稻gg基因组对于水稻育种和基因研究具有重要意义，有望推动水稻产业的发展。

植物遗传资源学报 2024，25 （4 ）：495-508DOI：10.13430/ki.jpgr.20231029001 Journal of Plant Genetic Resources我国水稻种质资源创新研究与利用进展杨德卫1，张海峰2，余文权3（1福建省农业科学院水稻研究所，福州 350019；2福建省农业科学院资源环境与土壤肥料研究所，福州 350000；3福建省农业科学院茶叶研究所，福州 350000）摘要：农业种质资源主要包括农作物、畜禽、农业微生物和药用植物等种质资源。

截止到2023年，我国保存的作物种质资源有超过54万份，其中有8万多份是水稻种质资源，如何对这么庞大的水稻种质资源进行精确评价与利用，这将对今后水稻种质创新与育种具有重要意义。

本文梳理了我国水稻种质资源收集、评价与精确鉴定、水稻新品系创制、水稻杂种优势利用、水稻种质创制新技术、新方法以及水稻优异基因资源的挖掘与利用等方面的进展，并归纳形成了水稻种质资源创制与利用的新模式。

最后，本文就当前水稻核心种质构建、种质资源鉴定与挖掘以及种质资源共享共赢机制等方面的问题进行了探讨，并就如何加强专用型核心种资的构建、种质资源的精确鉴定、种质资源的创新研究、种质资源的共享机制以及种质资源的合作交流进行了分析与展望，以期为进一步深入开展水稻种质资源鉴定评价与创新利用提供一定的参考和帮助。

关键词：水稻；种质资源；创新；利用；基因Progress on Innovative Research and Utilization of RiceGermplasm Resources in ChinaYANG Dewei1，ZHANG Haifeng2，YU Wenquan3（1Rice Research Institute， Fujian Academy of Agricultural Sciences， Fuzhou 350019；2Institute of Resources， Environment and Soil Fertilizer， Fujian Academy of Agricultural Sciences， Fuzhou 350000；3Tea Research Institute，Fujian Academy of Agricultural Sciences， Fuzhou 350000）Abstract：Agricultural germplasm resources mainly include crops，livestock and poultry，agricultural microorganisms and medicinal plants. There are 134，000 crop germplasm resources preserved in China， among which 74，000 are rice germplasm resources. How to accurately evaluate and utilize such huge rice germplasm resources is of great significance in rice germplasm innovation and breeding. In this paper，we reviewed the progress in collection，evaluation and accurate identification of rice germplasm resources，creation of new strains of rice，utilization of heterosis of rice，new techniques and methods of rice germplasm creation，and exploration and utilization of excellent genetic resources of rice，and summarized a new model of rice germplasm resource creation and utilization. Finally，this article discussed the current problems of rice core germplasm construction， germplasm resources identification and mining， and germplasm resources sharing and win-win mechanism. At the same time，we analyzed and prospeced how to strengthen the construction of specialized core seed resources， the accurate identification of germplasm resources， the innovative research of germplasm resources，the sharing mechanism of germplasm resources and the cooperation and exchange of收稿日期：2023-10-29 修回日期：2023-12-06 网络出版日期：2023-12-19URL： https：///10.13430/ki.jpgr.20231029001第一作者研究方向为水稻优异基因挖掘与利用，E-mail：***************通信作者：余文权，研究方向为茶树资源利用与茶文化，E-mail：****************基金项目：福建省农业高质量发展超越“5511”协同创新工程（XTCXGC2021019）；院平台提升建设项目（CXPT20230003）；院东西部合作项目（DKBF-2024-12）Foundation projects：Fujian Agricultural High-quality Development Beyond the "5511" Collaborative Innovation Project （XTCXGC2021019）；Institute Platform Upgrading Project （CXPT20230003）； The College's East and West Cooperation Project （DKBF-2024-12）植物遗传资源学报25 卷germplasm resources， in order to provide some reference and help for further development of the identification，evaluation and innovative utilization of rice germplasm resources.Key words：rice；germplasm resources；innovate；utilization；gene农业种质资源又称遗传资源、基因资源，是指一切对人类具有实际或潜在利用价值的遗传材料［1］。

陈志雄, 王兰, 吴锦文, 等. 丁氏稻种资源有利基因挖掘与创新研究进展[J]. 华南农业大学学报, 2023, 44(5): 649-658.CHEN Zhixiong, WANG Lan, WU Jinwen, et al. Research progress in favorable gene mining and innovation of Ting’s rice germplasm[J]. Journal of South China Agricultural University, 2023, 44(5): 649-658.特约综述丁氏稻种资源有利基因挖掘与创新研究进展陈志雄 ，王　兰，吴锦文，刘向东(广东省植物分子育种重点实验室/亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室/岭南现代农业科学与技术广东省实验室/华南农业大学 农学院, 广东 广州 510642)摘要: 稻种资源是水稻生物育种的重要物质基础。

我国保存的稻种资源数量超过9万份，丁氏稻种资源(Ting’s rice germplasm)是极具特色的一类，主要包括丁颖在20世纪20—30年代广泛收集的7 000多份各地的栽培稻、卢永根在20世纪90年代组织收集的2 000份野生稻资源以及所创制的新型四倍体水稻新种质等。

本文总结了近20多年来丁氏稻种资源的研究进展，并提出了今后研究应重点解决的问题，为水稻育种更好地利用该资源提供参考。

关键词: 水稻；稻种资源；育性；生物育种中图分类号: S511；S334 文献标志码: A 文章编号: 1001-411X(2023)05-0649-10Research progress in favorable gene mining and innovationof Ting’s rice germplasmCHEN Zhixiong , WANG Lan, WU Jinwen, LIU Xiangdong(Guangdong Provincial Key Laboratory of Plant Molecular Breeding/State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Subtropical Agro-Bioresources/Guangdong Laboratory for Lingnan Modern Agriculture/College of Agriculture,South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)Abstract: Rice germplasm provides an important fundation for biological breeding. The total number of rice germplasm preserved in China exceeds 90 000, among which Ding’s rice germplasm is a unique category. The Ding’s rice germplasm mainly included over 7 000 cultivated rice varieties collected by DING Ying in various regions from 1920s to 1930s, 2 000 wild rice lines collected by LU Yonggen in the 1990s, the newly-devolped neo-tetraploid rice germplasm, and so on. This article summarized the research progress of Ding’s rice germplasm in the past 20 years and proposed the key subjects in future research, with the aim of providing a reference for better utilization of this germplasm in rice breeding.Key words: Oryza sativa L.; Rice germplasm; Fertility; Biological breeding水稻Oryza sativa L.是重要的粮食作物之一，预计到2030年水稻产量需增加40%才能适应人口增长的需求[1]。

水稻基因组测序的研究意义及进展2002年4月5日，以中国梯田为封面的国际著名权威刊物——美国《科学》杂志以封面文章的形式发表了中国科学家《水稻（籼稻）基因组的工作框架序列图》这一科学专论。

这本以严谨求实著称的杂志“破天荒”地拿出了多达14页的篇幅来刊登中国科学家在水稻基因组研究方面所取得的功效，还专门为这篇论文配发了社论和4篇全世界最优秀的科学家撰写的评论。

在《科学》杂志的社论中，全世界最优秀的科学家们用如此的文句来描述中国科学家们测定出的水稻基因组序列：“这是一篇开创性的论文”，是“对科学与人类的里程碑性的奉献”，“永久改变了咱们对植物学的研究”。

“水稻基因组序列的发表具有重要的意义，将对人类的健康与生存产生全世界性的影响。

”“这一冲破性的研究将给中国人民带来庞大的利益，不仅对解决未来中国食物自给能力带来革命性的提高，并将帮忙全世界解决食物问题”。

2002年11月21日，另一国际权威刊物《自然》杂志也以封面配图及论文《水稻基因第四号染色体序列及分析》的形式，报导了中国科学家独立完成的“国际水稻基因组计划”第四号染色体精准测序任务，《自然》杂志审稿人称：“如稻四号染色体测序论文是紧接着水稻基因组草图完成后水稻基因组测序项目的又一个里程碑性的事件”。

一、水稻基因组研究的目的及意义据了解，天天世界上有24000人死于饥饿或死因与饥饿有关，还有8亿人食不果腹，解密水稻基因无疑打开了农业高产和优产的大门。

国际水稻基因组测序计划始于1998年，由日本、美国、中国和法国等11个国家和地域发起和参与，是继人类基因组研究后的又一个重大国际合作基因组计划。

该计划的目的是通过测定水稻基因组序列，最后绘制出全数基因图，以便最终弄清每一个基因的功能，揭露珠稻遗传信息奥秘，培育抗虫、抗病、抗自然灾害的高产优质水稻，为解决人类粮食问题做奉献。

为实现这一目标，中科院日前启动了知识创新工程重大项目“水稻基因组测序和重要农艺性状功能基因组研究”。