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MP评论|中国热科院携手全球12家单位,共启甘蔗全基因组设计育种时代

近日,中国热带农业科学院热带生物技术研究所热带作物生物育种全国重点实验室联合中国热带农业科学院热带生物技术研究所、中国农业科学院深圳农业基因组研究所、广西大学、福建农林大学、 云南省农业科学院、澳大利亚昆士兰大学、泰国国家组学中心、广东省科学院南繁种业研究所、广西农业科学院、中国科学院微生物研究所、中国科学院华南植物园和巴西圣保罗甘蔗技术中心,在植物科学领域的国际权威期刊Molecular Plant发表了重要评论文章“International Research Initiative on Genomics-guided Sugarcane Breeding”,正式提出并发布甘蔗全基因组设计育种全球倡议。


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应对能源可持续性、粮食安全以及环境保护等全球性挑战,需要依靠创新的农业解决方案。现代甘蔗(Saccharum hybrid)是助力能源、粮食与环境的重要作物,同时也是高价值经济作物,仅在巴西,每年就能创造430亿美元的经济产值。


尽管甘蔗在全球农业和生物能源领域具有重要地位,但传统育种方式面临严峻挑战。因为甘蔗的育种周期长、基因组高度多倍化且复杂,同时易感病害,使得培育高产、抗逆的优良品质进展缓慢,阻碍了甘蔗育种产业的发展。



突破甘蔗育种瓶颈:基因组学助力培育高产抗逆新品种


近年来,基因组学的突破为甘蔗育种带来了前所未有的机遇。通过整合基因组测序、标记辅助选择(MAS)以及基因编辑技术,有望加速培育出高产、高糖、抗病且适应环境胁迫的新品种。


然而,充分利用基因组学推动甘蔗改良,仍面临基因组复杂性高、遗传转化效率低等挑战。开发适用于多倍体物种的生物信息分析工具,并整合AI技术对复杂基因组的数据进行解析,精准预测优良亲本组合以及遗传特征,将为加速甘蔗育种进程提供关键支撑。


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图1 甘蔗全基因组设计育种发起的国家和地区


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图2 甘蔗育种过程中的难点与前沿技术




全球协作:成功的关键



全球甘蔗研究共同体在育种、基因组学和生物信息学领域积累了深厚的专业知识。自上世纪90年代末以来,科研人员在破解复杂的甘蔗基因组方面取得了重大突破,并成功组装多个关键品种的高质量染色体水平基因组。这一基因组学进展极大推动了甘蔗育种进程,助力育种培育出如POJ2878、RB、SP、CTC、CP和YZ081609等高产、抗逆性强的优良品种。


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图3 甘蔗生物育种的主要技术和改良位点


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图4 甘蔗基因组学研究发展史



未来十年甘蔗基因组育种路线图及预期成果


由中国热带农业科学院联合国内外知名科研单位发起的甘蔗全基因组设计育种全球倡议,旨在通过基因组学赋能与国际协同合作,推动甘蔗育种模式的跨时代变革。该倡议围绕十年三阶段路线图展开:第一阶段(1-3年)聚焦基因组资源构建,与生物信息学工具的开发,包括组建全球协调委员会,开发多倍体基因组组装算法及性状预测软件。第二阶段(4-6年)推进智能杂交育种系统(MAS、快速育种)与基因组选择模型,并利用病毒载体、脂质体、纳米颗粒、切段嫁接(CDB)、基因枪和农杆菌介导的转化等多种转基因系统,为品种开发的平行进展提供支持。第三阶段(7-10年)则主要进行改良品种的田间测试、完善和推广,评估项目成果、优化育种工具和策略,并实现高产、抗逆性甘蔗品种的全球落地。


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图5 未来10年甘蔗生物育种路线图





参考文献:

Zhang X, et al. International research initiative on genomics-guided sugarcane breeding. Mol Plant. 2025.

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