天眼将开：杂交稻高产之谜被破解，400个高产基因“现形”

1974年，袁隆平培育出第一个杂交水稻强优组合南优2号。此后，杂交水稻成为人们最常听说的水稻品种。新华社2016年9月7日发布消息称，袁隆平领衔的超级杂交稻“种三产四”丰产工程10年来已累计增产稻谷超过60亿公斤。

一粒种子往往意味着大量财富，但其育种过程却无比艰难繁琐。

杂交水稻育种甚至是“盲目”的体力活。两个水稻品种杂交，有时候高产，有时候低产。其背后的原因，人们不得而知。虽然水稻基因组已经测序，虽然人们已经零星地找到了一些与高产相关的基因。为什么杂交水稻如此丰产，哪些基因赋予了它们超越亲本的巨大丰产能力？一直是未解之谜。

这种盲目使得育种专家们只能靠数量取胜，在大量杂交、大片种植的水稻田里，凭眼力、凭经验碰运气选育。但很多时候，在种下去之前，没人知道这个材料会不会高产。

这一局面可能很快改观。

国际学术刊物《自然》上发表的最新研究论文显示，中国科学家将水稻基因组中与高产相关的基因一网打尽。他们一下子找到了400多个关键基因位点，更重要的是，他们找到了这些基因能够高产的组合方案。

这意味着，人们第一次绘制出了杂交育种的育种“路线图”，接下来要做的就是按图索骥。这些信息极具商业价值。科学家们按照这张“地图”，可以最大程度地优化育种路线方案，指导种子公司快速、精准地育种，科学家们将获利颇丰。

而育种专家们也会像是开了天眼。通过对每一代育种材料的测序，看看它们是否含有这些关键的高产基因，含有多少个，是什么组合，育种专家们可以快速舍弃无效的育种材料，将注意力集中到有望超越其前辈的“明星”身上，并按图索骥地精准杂交，快速育种。只需要少量种植，挑选也更精准，育种时间也会从传统的8到10年，缩短为3到5年，甚至更短时间。

杂交育种可能从8~10年缩短到3~5年

国际学术刊物《自然》（Nature）9月8日凌晨1时在线发表的一项最新研究显示，研究人员揭开了杂交水稻高产的秘密——遍布在整个水稻基因组中，决定杂交水稻高产的主要基因位点被中国科学家率先找到。

著名水稻杂交育种学家、中国科学院院士谢华安评价称，这一工作“既是杂种优势理论的重大突破，又是指导育种的宝贵经验，可喜可贺！”

农业部副部长、中国农业科学院院长、中国科学院院士李家洋称，“这是我国在水稻基础理论和应用领域的又一重大成果，将对水稻研究和生产产生深远的促进作用！”

《自然》刊发的这篇论文标题为《水稻产量性状杂种优势的全基因组解析》(Genomic architecture of heterosis for yield traits in rice)，论文通讯作者为中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所国家基因研究中心研究员黄学辉和中心主任、中国科学院院士韩斌。

9月7日下午，韩斌告诉澎湃新闻（www.thepaper.cn），目前一共发现了400多个杂交水稻高产的基因位点。比这些基因更重要的是还发现了如何组合这些基因才能高产。正是多个基因优势互补，导致杂交水稻高产。不同的杂交水稻对应着不同的高产基因组合，一般是十多个高产基因。除了这些基因不同，这些水稻中的其他基因都基本一致。未来育种的方向就是要把想要的基因组合集中到一个品种中去，“组合方案决定了品种的高产能力” 。

韩斌表示，“这些基因的位置和组合方案，对高效设计育种有重要价值。传统杂交育种培育一个品种需要8~10年，现在可能缩短到3~5年。根据这一研究成果培育的杂交水稻已经在试验田中种植到第四代，目前还在继续实验中。”

韩斌表示，目前课题组还未对这些新发现的基因位点和基因组合方案申请专利保护。

在10074个植株的基因组中互相对比

以姚明的身高为例，韩斌解释了该研究的原理。

韩斌说，他很喜欢姚明，姚明除了篮球打得好，个子高，人聪明，讲话也幽默。如果想知道哪些基因跟姚明的身高有关（很可能不是单一的一个基因影响了姚明的身高，而是多个基因），仅仅对姚明基因测序还不够，对其家人进行基因测序也不够，还需要很多个跟姚明类似的家庭基因测序才可以。

黄学辉和其合作者中国水稻研究所的杨仕华共收集到1495份杂交稻品种。研究人员发现，这些杂交水稻可以被分为三个类型。从这三个类型中，研究人员分别选择了9个、6个和2个品种进行繁殖传代，共获得10074个子二代水稻植株材料，分别进行测序和分析。

一个特定的性状（比如株高、粒重），在10074个植株的基因组中互相对比，在万变中寻找不变。通过这样的基因组关联分析，在大数据中逐渐识别出前述产量相关的基因。

韩斌表示，除了水稻，这些基因位点，甚至基因组合的方案，对玉米等作物育种也有参考意义。未来，研究人员可以采用同样的方法寻找稻米香味、营养等相关基因。