依靠国内自育品种的小麦播种面积减少 但产量大幅度增加

杂交小麦是世界上唯一未开发的主要粮食作物杂交产业，具有巨大的产业潜力。预计每年可创造300-500亿元的市场价值，国内市场每年可达30-50亿元。每年可减少灌溉约10亿立方米，经济投资约10亿元。

中国是世界上最大的小麦生产国和消费国。中国农业科学院近日发布的一组数据显示，2020年我国小麦播种面积比2011年减少2700万亩，但产量却增加了1300万吨。

"一减一增的背后是科技的力量."中国农业科学院副院长、中国工程院院士万建民表示，“十三五”期间，中国农业科学院围绕整个小麦产业链开展了“科技储粮”的重大科研任务，新育成了一批具有国际领先水平的小麦新品种，我国所有小麦品种均为国内育成，意味着不依赖进口。

“十三五”国家重点研发计划“七种作物育种”已育成适应性广、产量高且稳定的小麦新品种“鲁源502”和强筋早熟抗病小麦新品种“麦基44”。前者多年来被列为农业和农村地区及省级的主导品种。亩产量超过800公斤，累计种植5738.5万亩；后者获得品种转让收入1500万元，创全国纪录。

抗赤霉病关键基因的克隆

五年来，我国主要农作物基因组学研究进展迅速，在基因组结构变异深入分析、基因组进化规律、关键农艺性状基因克隆等基础研究领域取得了一系列前瞻性、领先性、独创性的突破。

在小麦领域，绘制了小麦染色体水平的D基因组精细图谱；克隆了抗赤霉病的太谷核不育基因Ms2、Fhb1和Fhb7，大大提高了小麦的育种效率。

2019年6月10日，《自然遗传学》发表了南京农业大学教授马的研究论文。本文报道了小麦抗赤霉病的一个极其重要的基因Fhb1，为进一步揭示小麦抗赤霉病的分子机制奠定了重要基础。

克隆小麦抗赤霉病基因Fhb1，为选育抗赤霉病小麦提供了有价值的基因和分子标记。中国科学家培育了37个抗赤霉病小麦品系，并免费分发给全国58个育种单位。其中6条线已进入预试或区域试验，1条线已进入推广应用阶段，推广应用潜力巨大。

2020年4月，《科学》杂志发表了山东农业大学农学院教授、山东现代农业产业技术体系小麦创新团队首席专家孔令让的科研成果。他们从小麦近缘植物长穗偃麦草中克隆了抗赤霉病的主基因Fhb7，揭示了其抗病的分子机制；携带该基因的种质已被许多单位用于小麦育种，表现出稳定的抗赤霉病性。

本研究有五大创新：克隆Fhb7抗结痂基因；发现Fhb7基因编码的酶对呕吐毒素有解毒作用；它提供了真核生物基因组DNA水平转移的功能证据；长穗偃麦草基因组组装完成。发现Fhb7基因对整个镰刀菌具有广谱抗性。

“通过一系列的分子实验和高分辨率质谱分析，我们发现Fhb7编码的蛋白可以打开呕吐毒素的环氧基，催化其形成谷胱甘肽加合物，产生解毒作用，阐明和验证了其稳定的抗性以及在小麦抗病育种中的应用价值。”孔令让告诉记者，小麦患赤霉病会产生催吐剂毒素，严重污染食品和饲料。它已被

基因组编辑技术是创造突破性种质资源、加速育种进程的有效手段。目前，CRISPR/Cas9系统介导的基因编辑技术已广泛应用于作物功能基因组学研究和作物遗传育种改良。但由于小麦是异六倍体，基因组大，背景复杂，遗传转化效率相对较低，目前还缺乏高效的小麦多基因编辑系统。

为了解决这些问题，山东省农业科学院作物研究所小麦分子育种团队通过优化载体成分，开发了一套高效的小麦多基因多目标编辑技术体系。该团队2020年11月《植物生物技术杂志》发表的论文表明，他们已经系统优化了小麦基因编辑载体的元件，构建了小麦多基因编辑载体的3个核酶系统，可以针对A、B、D基因组上的8个位点。新的技术体系使得单基因和三个靶标的同时编辑效率达到100%，双基因和六个靶标的同时编辑效率达到96%，三基因和八个靶标的同时编辑效率达到37%。结果表明，我国小麦基因编辑效率已达到国际领先水平。

就在最近，中国科学家在小麦多基因编辑技术的育种研究上再次取得突破。根据中国农业科学院作物科学研究所科学家4月9日在《分子植物》网上发表的一篇研究论文，他们利用多基因编辑技术实现了冬小麦第一代中几个优良等位基因的聚合，成功获得了不引入外源基因的小麦新种质。

课题组成员夏介绍说，他们利用CRISPR/Cas9系统开发了一种高效、通用的多基因编辑技术。该团队以黄淮麦区大面积种植的小麦品种“郑麦7698”为受体材料，采用新技术同时编辑了15个基因组位点，分别获得2、3、4、5个基因编辑植株，最高编辑效率达到50%。在不引入外源基因的情况下，团队成功获得了具有多个优良等位基因的小麦新种质。

这种高效、通用的多基因编辑系统的建立，将有助于促进小麦分子生物学的研究和复杂性状形成的分析，定向创造新的小麦种质，加快育种进程，为开展小麦等多倍体作物的多基因聚合育种提供重要的技术支持。

为杂交小麦种子生产奠定基础

杂交小麦被认为是未来

但是，同为世界三大粮食作物之一的小麦，受基因组复杂性所限，曾在杂交育种上停滞不前。制种成本过高也大大制约着杂交小麦产业化推广。

“杂交小麦是世界上唯一尚未开发的主要粮食作物杂交种业，产业潜力巨大，预计每年可创造市场价值 300亿元—500亿元，国内市场每年可达30亿元—50亿元，每年可减少灌水约10亿立方米，减少经济投入约10亿元。”北京市农林科学院研究员、北京杂交小麦工程技术研究中心主任、首席专家赵昌平告诉记者。

“十三五”期间，北京杂交小麦基础研究取得重要进展：北京市农林科学院科学家在国际上首次克隆出第一个小麦温敏雄性不育主效基因TaTMS1，为中国杂交小麦体系构建提供了理论依据；审定杂交小麦品种6个，实现了核心主产麦区审定品种“零”突破和国外审定品种“零”突破。

“普通小麦属于严格的雌雄异花、自花授粉作物，寻找雄性不育遗传资源是实现小麦杂种优势利用的重要途径。基于小麦光温敏雄性不育现象的发现，我国的小麦科学家从我国独有的BS系列小麦光温敏雄性不育种质中，首次发现并克隆了第一个小麦温敏雄性不育主效基因TaTMS1，发现其启动子有1个关键碱基变异，引起TaSL1对TaTMS1启动子结合增强，能在低温下降低TaTMS1表达；破坏TaTMS1与花药叶绿体内层TaATP1氧化区域互作，可导致能量供给出现紊乱和活性氧物质大量产生，最终致使雄性不育。”北京市农林科学院杂交小麦中心副研究员张胜全说，小麦雄性不育基因的克隆为构建稳定、高效、规模化的杂交小麦制种技术奠定了基础，也为我国杂交小麦体系构建和成功利用不育系实现小麦杂种优势大面积应用提供了支撑。