中科院大豆分子设计育种实验室：打响大豆保卫战

■本报记者 彭科峰

东北大地物产富饶，也是我国大豆的主产区。作为中科院东北地理与农业生态研究所的一员，中科院大豆分子设计育种重点实验室也是我国大豆研究的主要力量。日前，《中国科学报》记者对这一实验室进行了采访。

“以重点实验室为平台，整合和集中优势资源开展大豆的分子设计育种理论与技术体系研究，不但能够提升科学院在我国农业基础研究领域的领先地位，而且能够为国家解决大豆危机提供科技支撑。”大豆分子育种实验室主任刘宝辉这样表示。

大豆品种设计育种的重要基地

对于大豆的研究，中科院东北地理与农业生态研究所已坚持多年。20 世纪80 年代，研究所已经开始从事大豆育种和基础理论研究，2008年成立了大豆分子育种重点实验室，2012 年进入院级重点实验室序列。大豆分子设计育种成为研究所“一二四”规划中的四个重点培育方向（大豆重要性状形成机理与分子育种）之一。

刘宝辉介绍，自成立以来，实验室承担了中国科学院战略性科技专项、国家“863”课题、国家重大转基因专项、国家自然基金重大研究计划重点培育项目、国家科技支撑计划、国家自然科学基金等多项科研项目。近五年，先后在著名国际刊物发表150篇研究论文，其中影响因子大于9的研究论文有6篇。在大豆光周期功能基因组学和大豆花器官改造研究领域处于国际领先水平，享有很高的知名度。

目前，实验室的四个研究重点主要包括大豆光周期调控开花的分子机理、大豆产量品质形成的功能基因组学、大豆抗逆的分子遗传机制、大豆抗逆的分子遗传机制。

“重点实验室已成为我国大豆品种设计育种基础理论和应用基础研究的一个新的重要基地。”刘宝辉说。

大豆是敏感的高温短日照作物，光周期反应是决定大豆生育期的重要指标。世界上，自北半球高纬度的北欧瑞典，至赤道地区，再到南半球阿根廷的广泛区域内都有大豆种植。这种广泛的适应性是由控制开花行为的大量主效基因和数量性状位点的遗传多样性造成的。东北是我国大豆主产区，适应于高纬度环境的大豆栽培种必须具有对光周期的不敏感性。“从全基因组水平揭示大豆光周期调控开花的基因网络和关键位点或分子元件，不仅为创制和分子设计适应于高纬度寒冷地区的超早熟大豆新品种具有重要科学意义，而且可为大豆产量和品质等重要农艺性状形成的基础研究奠定理论基础。”刘宝辉说。

实现向品种分子设计的实质性转变

目前，实验室主要围绕大豆产量、品质性状形成所涉及的关键科学问题，针对大豆种质资源遗传潜力发挥受到常规育种技术严重制约，重点开展大豆产量、品质重要数量性状形成的关键控制基因功能的鉴定分析，复杂农艺性状的基因调控网络解析，可验证的分子设计育种体系的建立研究，实现从大豆功能基因组学研究向品种分子设计的实质性转变，突破品种设计中的理论和技术瓶颈，探索真正意义上的利用基因来进行作物设计育种的理论和技术体系。

刘宝辉介绍，目前，国际上主流期刊有关大豆生育期基因的克隆及功能的主要研究论文均出自于他所在的重点实验室及合作者。实验室利用自己构建的野生大豆与栽培大豆、半野生大豆与栽培大豆、栽培大豆与栽培大豆三套永久作图群体，定位了包括生育期等9个大豆重要农艺性状的17个QTL，继第一个克隆了大豆生育期基因E4后，相继又图位克隆了E3、E2、E1基因，控制大豆开花的FT基因、抑制大豆开花的TFL1基因并通过正向和反向遗传学方法验证了它们的功能，深入系统地研究了E1、E3、E4与FT的关系，主要研究结果系列发表在世界植物学顶级和国际主流期刊上。“应该说，在大豆光周期调控开花分子机理的研究领域，我们实验室位于国际前列。”

对于实验室未来的规划，刘宝辉介绍，他们通过3~5年的努力，实现以下阶段性目标：第一，建立高水平的大豆新型定点转基因技术基因叠加转基因技术平台；第二，发掘和利用对实现大豆产量育种目标具有重要价值的关键基因和主要调控位点；第三，构建控制大豆株型、豆荚发育、豆粒形态大小、品质和抗逆等性状的基因-表型计算机模拟模型和相应数据库，实现模拟育种与常规育种的相互促进和验证；第四，审定两个大豆新品种（高光效），选育4~5个高产、优质、耐盐碱大豆组合。