一粒種子可以改變世界，然而如何才能“多快好省”地培育出高產又優質的“黃金”種子？
中國科學院遺傳與發育生物學研究所李家洋課題組、中國科學院上海生命科學研究院韓斌課題組和中國農業科學院水稻研究所錢前課題組經過了20多年的密切合作、協同創新，給出了答案——這粒種子可以在“水稻高產優質性狀形成的分子機理及品種設計”項目中找到。
2018年伊始，這一李家洋團隊完成的項目被授予2017年度國家自然科學獎一等獎。
育種學家站在農業科技的最前沿。在水稻領域，為了突破產量瓶頸，育種學家提出了理想株型的概念。
“對水稻來說，高產往往帶來品質差、抗病蟲害能力低的問題，但有些性狀好的水稻卻常常不會太高產。‘秈稻的產量，粳稻的品質’，即培育出分蘗數適宜、莖稈強壯、穗大粒多的高產理想株型品種，同時又具有優良的食用品質,這就是我們團隊夢寐以求的‘理想型’水稻。”李家洋說。
而傳統的雜交育種方式周期長，育成一個新品種往往需要10年以上，并面臨著品種間遺傳多樣性狹窄、效率低等問題。遺傳學、分子生物學和基因組學的發展為育種學家用“魔術之手”變出“理想型”水稻帶來了希望。
在20年間，李家洋團隊采用了一種和轉基因技術不相同的育種路線——通過品種設計進行多基因復雜性狀的定向改良，達到高產優質的目標。
“轉基因技術是將外源基因轉到待改良的目標材料中，而品種設計育種中所需要的所有基因都是水稻基因，通過分子技術手段進行檢測，來決定哪些基因是我們需要的、哪些基因是不需要的。”韓斌說，這就像搭積木，他們有針對性地選擇需要的“積木”，更快更好地搭建出需要的“建筑”。
具體來看，李家洋團隊育種路線是這樣的：高效發掘利用水稻優異種質資源，搞清楚水稻產量和品質等復雜農藝性狀形成的分子基礎與調控網絡、繼而進行水稻分子設計育種，在此基礎上建立了分子設計育種的理論與技術體系。
這些理論和技術體系讓團隊走在了世界育種前列，并找到了一個理想株型形成的關鍵基因——IPA1。這項成果在水稻株型研究領域中引起震動，入選“2010年度中國科學十大進展”。
“此后，我們挖掘了多個有應用價值的IPA1優異等位變異，利用分子標記輔助選擇等方法，將理想株型基因導入優質秈稻和粳稻骨干親本，向國內水稻育種單位發放理想株型種質2000余份次。”錢前說。
夢想照進了現實。團隊實現了水稻質與量的“完美協調”后，終于育成了“理想型”水稻——“嘉優中科”系列水稻新品種。
這些品種具有株高適宜、分蘗適中、無效分蘗很少、莖稈粗壯、根系發達等明顯的理想株型特征，且熟期早，抗逆性強，增產效果顯著，萬畝示范平均產量比當地主栽品種增產20%以上，且適合機械化或直播等高效、輕簡的栽培方式。這既是水稻超高產和抗性提升的完美結合，又實現了水稻種植區域北移，在長江中下游地區有著廣闊的推廣前景。
“與發達國家相比，我國農業育種技術還有明顯差距。但是，我國在現代育種理論上已經走在世界前列，未來我們將繼續致力于育種實踐，要把這種先進育種理念變成更多產品，保障我國糧食安全。”李家洋說。
