基因组计划助更多乡土草“长”出新品种

本文转自：科技日报

五年内欲完成50—100种中国乡土草种基因组组装与注释

基因组计划助更多乡土草“长”出新品种

牧民驾驶收割机收获牧草。

◎本报记者 马爱平

我国是草原和草业大国，草地面积近40亿亩。我国草产业正蓄势待发，已从传统草地畜牧业逐步演变为综合性产业。然而，我国在草种业创新方面却面临着诸多挑战，新品种培育难以突破，尤其是乡土草种基因信息匮乏，严重制约了草业新品种培育进程。

记者从西南科技大学获悉，日前中国乡土草基因组计划正式启动。“中国乡土草基因组计划启动恰逢其时。解析乡土草种基因遗传背景和生物学机制，将为草种资源创新利用提供科学支撑，既面向国家重大需求，符合国家战略定位，又能为我国草业发展注入创新动力，推动我国草学研究跨越式发展。”中国乡土草基因组计划顾问、中国工程院院士刘旭表示。

乡土草对生态环境具有良好的适应性

“乡土草是与环境相互作用、协同进化的产物，与其生长的生态环境有良好的适应性，常具有耐干旱、耐寒、耐盐碱、防沙固土能力强等优异特性。”国家林草局草原管理司二级巡视员王卓然表示。

节水抗旱的乡土草已成为大规模国土绿化不可或缺的一部分，其中羊草、野牛草、苔草、披碱草就是典型的代表性品种。

王卓然介绍，羊草具有耐寒耐旱、耐瘠薄等优良特性，是兼具饲用和生态价值的多年生乡土草种，其根茎的穿透侵占能力极强，横走根茎与须根交错可形成强大密集的根网结构，能够盘结固持土壤，是一种很好的水土保持植物。羊草最佳适生区占我国陆地面积的18％，中国羊草适生区占全球羊草适生区分布总面积的38.34％。

“野牛草具有极强的抗旱能力，在年降水量300毫米以上地区不需人工浇水可自然成坪，被称为‘雨养型’草种，是北京地区草坪建植当之无愧的‘当家草种’。”王卓然说。

加快乡土草新品种培育是服务国家战略重大需求

我国有9700种草类植物，饲草植物有6700余种，收集保存9万余份，但开发利用严重不足，优良牧草草种70%和草坪草草种90%以上都依赖进口。加快乡土草资源开发，加快草类植物新品种培育是服务国家战略的重大需求。

近年来，已有多家科研单位在乡土草育种方面取得突破。在内蒙古自治区草种业技术创新中心，科研人员创制的一批苜蓿、羊草、偃麦草、野大麦等抗逆、高产、优质新种质材料应时萌动，长势良好，这些新材料将为草种遗传改良与新品种选育提供种质基础。

“中心通过基因工程手段，对羊草不利性状进行遗传改良，创制出具有高生物量、高种子产量、低木质素等特征的新种质，为羊草‘三低’（抽穗率低、结实率低、发芽率低）问题提供了有效的解决途径。以‘公农1号’等优良苜蓿品种为底盘资源，中心进行了苜蓿高效遗传转化与基因编辑技术体系开发，解决了当前紫花苜蓿基因编辑效率低、成本高等技术难题，创制了大叶、多叶、抗旱的苜蓿新种质。”内蒙古自治区草种业技术创新中心秘书长苑峰介绍，通过这些研究，可以加快草种业育种进程，实现优良草品种的定向培育。

2022年5月，国内草种业领域的10余家高校、科研院所和企业共同组建了“内蒙古草种业技术创新联合体”。创新联合体通过实施种业“揭榜挂帅”项目，在全国范围内收集了300余份冰草资源，18种720份草木樨资源，在内蒙古收集了100余份扁蓿豆资源，发掘了苜蓿、羊草、冰草、扁蓿豆、草木樨状黄芪、新麦草等的相关优异基因，并创制了一批优异种质材料。

山西草原生态保护修复研发中心组织科研人员在全省范围内开展采样分析，根据不同地形、气候、生物等因素，开发出五大类草种生态包，精准对应亚高山草甸、盐碱滩地、低湿草地、矿山创面和道路边坡生态修复。

启动实施中国乡土草基因组计划迫在眉睫

“我国草种质资源虽然丰富，但种质资源创新与利用研究起步较晚，研发较滞后。大部分多年生乡土草种具有高重复度、高杂合度和高倍性等特点，导致其基因组信息缺乏，严重阻碍了草新品种培育。”中国乡土草基因组计划首席科学家、西南科技大学农业科学技术研究院院长白史且说。

为此，启动实施中国乡土草基因组计划至关重要，迫在眉睫。

“草种业作为国家战略性和基础性产业，是国家生态安全和食物安全的重要保障。我国草种质资源丰富，但挖掘利用不足，创新利用水平低，亟须在国家级草种质资源保存体系建设基础上，加快乡土草基因组学等基础研究，不断提高草种业科技创新水平，实现科技自立自强。”中国乡土草基因组计划顾问、中国科学院院士曹晓风表示。

王卓然认为，中国乡土草基因组计划的启动有望解决草种业发展滞后问题，提升草种质资源的鉴定能力和科技水平，助力我国草原保护修复和草业高质量发展。

中国乡土草基因组计划短期目标是计划五年内完成50—100种中国乡土草种基因组组装与注释，完成3000份乡土草种质资源分子身份证构建；长期目标是计划十年内完成100—200种中国乡土草种基因组组装与注释，完成6000份乡土草种质资源分子身份证构建。

“本计划将搭建一个良好的公共共享平台，为我国乡土草保护与利用、新品种选育提供更加精准的指导，将大大加速草种业技术创新和新品种培育进程。”白史且指出，该计划将重点针对我国具有重大经济价值的乡土草进行全基因组测序和后基因组学研究，为草种质资源保护、挖掘、创新和利用提供基础支撑，全面推动草学研究跨入基因组学时代，服务种业科技自立自强，引领草业行业发展。

“国家林草局已制定相关工作方案，加强草种质资源调查保存利用，推进科技攻关和促进草种繁育产业发展。”王卓然表示。

“希望乡土草基因组计划发起单位齐心协力，发挥各自优势，做好乡土草复杂基因组解析等工作，促进我国草种业健康发展。”曹晓风说。

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乡土草之家再“添丁”

日前，农业农村部公布了2023年全国草品种审定委员会审定通过的草品种目录，由兰州大学草地农业科技学院张吉宇教授主持选育的强旱生乡土草“腾格里”牛枝子新品种名列其中。

“腾格里”牛枝子新品种具有强旱生特性，根系发达，耐干旱、瘠薄，抗风沙，再生力强，适宜北方降雨量100—400毫米干旱、半干旱地区，可用于荒漠草原、退化草地生态修复和人工草地建植。

目前，张吉宇团队围绕“腾格里”牛枝子新品种建立了50余亩原种扩繁田，配套建立了高产种子生产技术体系，以及与“腾格里”无芒隐子草组合的“豆禾”混播技术体系。该品种及相关技术体系已经在荒漠生态修复、矿山修复项目中推广利用，展现了良好的抗逆性和广阔的推广空间，获得相关成果转化2项。