1 油菜高含油量聚合育種技術

1.1 成果介紹

首次探明油菜種子含油量主要受母體基因型調(diào)控，鑒定出含油量調(diào)控的 5 種不同途徑及其 4 個高油資源和 6 個新功能基因。建立了目前數(shù)量最大、基因型變異最廣泛的含油量研究群體。通過獨特的遺傳學實驗首次證明母體基因型對種子含油量影響效應值最大，達 86%。鑒定出含油量調(diào)控的 5 種不同途徑、含油量達 50% 以上的 4 個高油資源和 6 個有自主知識產(chǎn)權的新功能基因，為高油聚合育種提供了新思路、新基因和優(yōu)異親本。

發(fā)掘出高含油量 QTLs 新位點 12 個，其中 2 個對含油量的貢獻值是已有報道中最大的。將關聯(lián)分析與連鎖分析相結(jié)合進行油菜含油量 QTL 定位和關聯(lián) / 連鎖標記篩選，共鑒定出高油 QTLs 位點 27 個，其中 12 個為新位點，2 個對含油量變異貢獻率超過 20%，相對含油量的貢獻值達 3.5 個百分點，是目前已報道的含油量 QTLs 中貢獻值最大的。由于位點對性狀的貢獻值大、標記離有效位點近，后代輔助育種鑒定效果更為顯著。

明確了含油量與產(chǎn)量構(gòu)成性狀間相關性不明顯，鑒定出產(chǎn)量 QTLs 新位點 14 個、抗裂角和抗倒伏主效位點 5 個。利用關聯(lián)群體和分離群體，明確了含油量與產(chǎn)量構(gòu)成性狀間相關性不明顯；鑒定出產(chǎn)量 QTLs 21 個，其中 14 個屬于新位點；發(fā)掘出抗裂角、抗倒伏 QTLs 14 個，其中 5 個屬于主效位點。為同時聚合高含油量、高產(chǎn)、抗裂角、抗倒伏等性狀提供了理論指導和技術支撐。

建立了高效的多目標性狀聚合育種技術，創(chuàng)制了含油量創(chuàng)世界最高紀錄的特高油品系，育成了國際上首個同時聚合高含油量、高產(chǎn)、抗裂角、抗倒伏、抗菌核病、雙低等性狀的品種。建立了以親本定向選配與聚合雜交、分子標記輔助選擇、小孢子培養(yǎng)快速純合與穩(wěn)定技術等為核心內(nèi)容的多目標性狀聚合育種技術體系，使育種周期宿短了 2～3 年。創(chuàng)制了含油量達 64.8% 的特高油品系 YN171，刷新了油菜含油量世界最高紀錄。創(chuàng)制了高含油量、雙低、高產(chǎn)、多抗、廣適油菜新品種 5 個，其中中雙 11 號是世界上首個集高含油量(49.04%)、強抗裂角、高抗倒伏、抗菌核病為一體的雙低油菜品種。

本技術為高含油量、高產(chǎn)和多抗聚合育種提供了理論指導和技術支撐，推動了全國油菜高含油量品種的推廣應用。國產(chǎn)菜籽的含油量顯著提高，提升了我國油菜產(chǎn)業(yè)的國際競爭力，使我國油菜含油量研究和高油育種后來者居上，躍居了國際領先行列。發(fā)表 SCI 論文 15 篇，引用累計 129 次，單篇最高 29 次；獲授權國家發(fā)明專利 11 項；獲新品種權 1 項，通過國家審定品種 5 個，2008 年以來，在長江流域 11 省(市)累計推廣 330萬hm2以上，累計新增經(jīng)濟效益近 50 億元；中雙 11 號還被 32 家單位作為親本利用。先后獲得湖北省技術發(fā)明一等獎(2013 年)和國家技術發(fā)明二等獎(2014 年)。

1.2 應用前景

本技術選育的中雙 11 號已被國內(nèi) 30 多個單位作為優(yōu)良育種親本，并被多個基礎研究單位作為轉(zhuǎn)基因受體等重要的研究材料。本技術創(chuàng)制的 5 個高含油量品種具有強的競爭優(yōu)勢，在我國油菜主產(chǎn)區(qū)長江流域得到了大面積的推廣應用，累計推廣超過 330萬hm2，種子銷售產(chǎn)值、菜油新增產(chǎn)值、省工節(jié)支累計創(chuàng)社會經(jīng)濟效益 50 億元以上。

優(yōu)化了油菜高油雜交種親本選配技術。即以細胞質(zhì)正效應高油材料為母本，擴大雙親遺傳距離以改良雜交種的分枝數(shù)、抗病性等與遺傳距離表現(xiàn)正相關的性狀，同步改良雙親中與遺傳距離表現(xiàn)負相關的性狀如含油量等以提高雜交種的中親值。創(chuàng)制出中油雜19和中油雜200共2個高油、高產(chǎn)、多抗、雙低油菜雜交種，產(chǎn)油量分別比對照增加12.8%和21.6%，中油雜19是目前我國冬油菜中含油量最高、第一個達50%的品種，并配套建立了規(guī)模化、機械化、標準化的化學誘導雄性不育雜交制種技術，目前已大面積推廣應用，推廣面積達130萬hm2以上。

2 油菜抗裂角品種選育技術

2.1 成果介紹

首次探明油菜裂角抗性主要受隱性多基因控制，組配或選育抗裂角的油菜雜交組合需要親本都具有中抗裂角的特性。發(fā)掘出抗裂角QTL新位點7個，其中1個受蘿卜質(zhì)恢復系特有的單基因控制，另外全基因組關聯(lián)分析鑒定三個穩(wěn)定效應抗裂角的貢獻值達到57%，最大效應位點位于A9，達到38%，是已有報道中最大的，鑒定出其中兩個主效應的抗裂角基因和特異的分子標記。

建立了高效的抗裂角分子聚合育種技術體系，將抗裂角系數(shù)為0的完全不抗親本，通過3個抗裂角位點地分子聚合導入，抗裂角性指數(shù)提高到0.7以上，達到中高抗的水平。創(chuàng)制了中高抗油菜雜交品系2個，育成了高含油量、雙低、高產(chǎn)、多抗、廣適油菜新品種(雜交種)3個。

2.2 對行業(yè)領域影響

為多基因控制的抗裂角這種復雜性狀，分子標記聚合育種提供了理論指導和技術支撐(新理論、優(yōu)異親本、新基因和標記)。育成的抗裂角雜交品種適宜聯(lián)合收獲，減少了機收損失率，提高油菜角果成熟抗裂角性，也延長了收獲時間。育成的抗裂角品系和品種為世界油菜研究提供了優(yōu)良的育種親本和寶貴的研究材料。推動了我國油菜抗裂角品種的推廣應用，國產(chǎn)油菜的抗裂角性顯著提高，提升了我國油菜產(chǎn)業(yè)的機收率。

2.3 應用前景

鑒定出4個抗裂角位點，對其中2個基因克隆，找到了抗裂角基因特異型分子標記，申報了相關發(fā)明專利。鑒定的抗裂角基因主要應用于油菜抗裂角的改良，不僅通過分子聚合的方法提高，也可以通過基因編輯等方式改造目標基因提高油菜的抗裂角性。創(chuàng)制的3個抗裂角、廣適應性、高產(chǎn)品種具有強的競爭優(yōu)勢，在我國油菜主產(chǎn)區(qū)長江流域得到了大面積的推廣應用。

3 油菜基因組編輯技術

3.1 成果介紹

采用優(yōu)化驅(qū)動sgRNA和Cas9蛋白啟動子，建立了油菜穩(wěn)定的基因編輯敲除體系，突變效率可以達到90%左右。建立非變性聚丙烯胺凝膠電泳高通量檢測突變體方法，結(jié)合Sanger測序和二代測序技術，高通量鑒定編輯突變體基因型。采用油菜基因編輯技術，可以創(chuàng)建油菜抗裂角、高油酸等資源。建立了油菜單堿基編輯技術，突變效率超過20%，可以創(chuàng)制半矮化、抗除草劑等優(yōu)異資源。建立了無轉(zhuǎn)基因過程DNA-free編輯技術體系，擴展了基因編輯技術應用范圍。

3.2 對行業(yè)領域影響

為油菜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)多抗種質(zhì)資源創(chuàng)建提供了技術支撐。建立的基因編輯技術體系，可以快速改良目標性狀，大大縮短育種周期?？蓜?chuàng)建出抗裂角、抗除草劑和半矮化等優(yōu)異資源，為油菜研究提供優(yōu)異的遺傳資源。推動了油菜基礎研究水平，為開展油菜功能基因研究提供了技術平臺，可以提升我國油菜基礎研究的國際競爭力。

3.3 應用前景

建立的基因編輯技術體系，已被多個基礎研究單位引進，提升我國基因編輯研究水平。創(chuàng)建的抗裂角、抗除草劑和半矮化資源可以提高油菜機械化育種水平，提高生產(chǎn)效益。建立的油菜基因編輯技術體系，推動了油菜重要性狀基因功能解析，加速了油菜分子育種水平。油菜基因編輯體系可以快速改良當前生產(chǎn)上有部分缺點的主推品種，更好服務農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。創(chuàng)建的新型基因編輯技術，可以克服遺傳轉(zhuǎn)化限制，為實現(xiàn)不同材料的基因組編輯奠定基礎。

4 油菜高效耐漬性改良育種技術

4.1 成果介紹

確定了油菜漬害影響關鍵時期，率先開展種質(zhì)資源耐漬性精準鑒定。對油菜發(fā)芽期、苗期和花期開展模擬漬害脅迫，明確了發(fā)芽期和幼苗期對漬害最為敏感。制定了我國第一個油菜耐漬性鑒定農(nóng)業(yè)行業(yè)標準，對來自世界各地的1035份資源開展了精準鑒定，發(fā)掘了12份強耐漬性資源。

探明了耐漬性遺傳機理，創(chuàng)建了高效育種技術體系。首次發(fā)現(xiàn)油菜耐漬性由2對完全顯性主基因+加性-顯性多基因控制，主基因為顯性效應，遺傳力較高，品種間一般配合力和特殊配合力差異極顯著。通過GWAS分析和QTL精細定位，發(fā)掘了11個QTL位點，貢獻率6.5%-17.9%，開發(fā)了分子標記BnGMS130-350。建立了耐漬性早期快速鑒定+分子標記輔助選擇、小孢子高效培養(yǎng)和高密度豐產(chǎn)性狀選擇的育種技術體系。

4.2 應用前景

該技術體系建立以來，西南大學、江蘇省農(nóng)科院多個育種團隊多個育種團隊引進使用，共計培育了7個強耐漬高產(chǎn)國審新品種，實現(xiàn)耐漬性與單產(chǎn)同步提高。其中陽光2009、中雙10號等實現(xiàn)了耐漬和產(chǎn)量的突破，被國家和主產(chǎn)省列為主導品種，推廣面積居全國前十。新品種應用面積480萬hm2，“油菜耐漬性遺傳機理與新品種選育應用”獲得湖北省科技進步一等獎。

5 花生高含油量育種技術

5.1 技術背景

我國花生的55%用于榨油，提高花生品種的含油量、產(chǎn)量和單位面積產(chǎn)油量是增加花生油供給能力的重要途徑。培育和種植高油高產(chǎn)的油用型品種是我國花生科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主導方向。然而，長期以來我國生產(chǎn)上應用的花生品種含油量普遍較低，大果高產(chǎn)品種的含油量更低，優(yōu)良高油種質(zhì)缺乏、分子育種技術研發(fā)滯后、高油與高產(chǎn)協(xié)同改良難度大已成為限制高油育種突破的主要原因。

5.2 技術要點

選擇高油位點差異大的高含油量材料做父、母本，可以選用和栽培種親和的高含油量野生種、栽野雜交后代和推廣的高含油量栽培種品種作為親本。采用遠緣雜交、亞種間雜交配制組合，擴大雜交組合的遺傳基礎；采用人工雜交，對雜交后代采用系譜法選擇；雜交后代采用高油、大果、高出仁率分子標記和近紅外跟蹤檢測含油量技術；兼顧選擇抗旱、耐瘠、抗病性強的雜交后代，以提升高油酸品種的抗病抗逆性、適應性、穩(wěn)產(chǎn)性，保證高油、高產(chǎn)性狀的穩(wěn)定。

5.3 應用前景

利用本技術體系培育出含油量在55%以上的高油品種中花5號、中花7號、中花8號、中花16等。發(fā)掘出含油量高達63.59%的高油野生資源，創(chuàng)制出優(yōu)良65.44%高油資源87-77并在全國利用，培育花生新品種32個。發(fā)掘出的高含油量、大果、高出仁率分子標記得到全國育種單位的廣泛利用。

6 高油酸花生雜交系譜法高效育種技術

6.1 技術背景

利用國內(nèi)引進和培育出的一批高油酸品種和優(yōu)良材料為親本，通過雜交和系譜法選擇，培育出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)抗病抗逆的高油酸花生新品種，對于推動花生產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展意義重大。

6.2 技術要點

選擇綜合性狀好的雜交組合親本(其中至少1個是高油酸)；人工授粉，獲得F1種子；F1種子播種自交后獲得F2種子；對F2單粒種子進行油酸含量測定(單粒近紅外法)，淘汰油酸含量70%以下的種子，油酸含量70%以上的種子繼續(xù)種植；F2植株自交獲得F3，F(xiàn)3按單株收獲，田間淘汰農(nóng)藝性狀不好的單株，入選單株用近紅外檢測，保留油酸含量75%的單株繼續(xù)種植；F3自交獲得F4種子，繼續(xù)進行油酸含量的篩選，保留油酸78%以上的單株；F4單株種植，自交獲得F5株行，優(yōu)良株行混收成株系；F6世代進行初級產(chǎn)量、F7進行產(chǎn)量品比，優(yōu)良品系提交區(qū)域試驗和品種審定。

6.3 應用前景

利用本技術體系培育出5個高油酸花生新品種：中花24、中花26、中花215、中花413、中花415等。在Unituy近紅外儀上建立的單?；ㄉ退?、亞油酸、棕櫚酸檢測模型已得到國內(nèi)花生育種和種子生產(chǎn)單位的認可和使用。技術核心是單粒近紅外測定油酸含量，早在F2代開始就可基本確定F2單粒種子的油酸含量和基因型，獲得隱性純合的高油酸單粒種子，從而減少80%的雜交后代田間種植量和田間選擇工作量。

7 花生高油酸回交與分子標記輔助選擇育種技術

7.1 技術背景

在保留現(xiàn)有普通油酸花生品種優(yōu)良性狀的基礎上，通過回交結(jié)合分子標記輔助選擇技術，快速將其轉(zhuǎn)育成高油酸品種，加速高油酸品種選育和推廣。技術要點：以現(xiàn)有品種為輪回親本(基因型AAbb或AABB)，以高油酸材料或品種(基因型aabb)為高油酸基因供體親本，通過連續(xù)的1代雜交、4代回交、1代自交，結(jié)合1年2次人工雜交，可在3年內(nèi)完成整個回交流程，成功將高油酸基因(aabb)導入現(xiàn)有品種，培育出改良高油酸推廣品種，保持現(xiàn)有品種其他優(yōu)良性狀基本不變。

7.2 應用前景

已培育出中花16、中花21、泉花551、徐花13等優(yōu)良品種的高油酸品系，進行農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量、抗性、品質(zhì)等指標比較，選擇出與輪回親本最為接近的高油酸品系，并參加區(qū)域試驗。利用回交和分子標記輔助選擇技術能最大限度地保留現(xiàn)有推廣品種在產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性和適應機械化生產(chǎn)上的優(yōu)勢，同時改良和優(yōu)化個別的不良性狀(如油酸含量)，這一育種思路為其它性狀的改良提供參考，具有較大應用前景。