问题——如何在更复杂气候与更高饲草需求背景下,实现紫花苜蓿“既要高产、又要稳产、还要广适”的育种目标,一直是饲草产业的关键课题。
紫花苜蓿被称为“牧草之王”,在我国草食畜牧业提质增效、饲草料结构优化以及盐碱地等边际土地利用中占据重要地位。
但在实际育种中,提升抗逆性、扩大适应范围往往伴随产量或品质的权衡;与此同时,苜蓿遗传背景复杂,传统选育周期长、效率受限,使得“精准定位关键基因、解释性状形成机制”成为突破口。
原因——紫花苜蓿具有同源四倍体特性,同一基因常以四个拷贝共同存在。
该结构一方面为性状改良提供了更丰富的遗传“备份”和组合空间,使其能在干旱、寒冷等多种环境下保持较强的生命力;另一方面也带来育种上的隐性难题:当某些有害变异被其他正常拷贝“遮盖”时,个体表型未必显现异常,这些变异可能在群体中长期累积并被固化,一旦进入自交或遗传背景变窄的选育环节,就容易集中暴露,表现为明显的近交衰退,进而影响繁育效率与新品种稳定性。
影响——针对上述难题,中国农业科学院北京畜牧兽医研究所饲草育种与栽培科技创新团队以“中苜4号”紫花苜蓿为研究材料,并整合苜蓿属7个种、13份材料的基因组信息,构建了苜蓿属遗传变异的全景图谱。
在此基础上,研究进一步揭示:在苜蓿属基因组中,存在大量“四拷贝核心基因”,它们在维持物种适应性、增强环境耐受方面具有重要作用,是苜蓿能够广泛分布并具备较强生态韧性的遗传基础。
但研究也指出,这类核心基因对遗传改良具有“双刃剑”效应——提升适应性的同时,也可能让有害变异在多拷贝体系中被掩盖并长期积累,从而在自交过程中出现严重近交衰退。
该发现为解释苜蓿育种中常见的“看似强健、后代却不稳定”等现象提供了机制层面的依据。
对策——从育种实践看,这一成果的价值在于为“如何用好多拷贝、避开多拷贝陷阱”提供了可操作的方向:其一,育种策略需更加重视核心基因区域的有害变异识别与筛除,通过构建更精细的变异数据库和分子标记体系,提高早期选择的准确性;其二,在保持群体遗传多样性的同时,有必要优化杂交组合与选配方案,避免过度收窄遗传基础导致隐性有害变异集中表达;其三,面向盐碱、干旱、寒冷等不同生态区的需求差异,可在广适性基础上实施分区定向改良,实现“稳产适应”与“单点突破”的协同;其四,结合基因组资源与表型数据的系统整合,有望推动苜蓿育种由经验筛选向机制驱动、数据支撑的精准育种转变,缩短育种周期、提升品种稳定性。
前景——在饲草供给侧结构性调整持续推进的背景下,优质苜蓿对提升奶牛、肉牛、肉羊等草食畜牧业生产效率具有基础性作用。
随着极端天气事件增多、耕地与水资源约束加剧,饲草品种的抗逆、稳产和适配性将成为产业竞争力的重要组成部分。
此次对四拷贝核心基因作用机制的解析,有望为下一步建立“广适高产”苜蓿的分子设计路径提供依据,并为其他多倍体作物或牧草的遗传改良提供启示。
相关研究成果发表在《自然通讯》上,体现了我国在饲草基础研究与育种前沿交叉领域的持续推进。
科技创新是现代农业发展的核心驱动力。
从基因层面揭示紫花苜蓿适应性与产量平衡的调控机制,不仅为培育广适高产新品种提供了科学依据,也为保障国家饲草供给安全、推动草牧业高质量发展提供了技术支撑。
这项研究成果充分体现了我国在牧草遗传育种领域的科研实力,标志着我国在破解同源多倍体作物育种难题方面迈出了坚实步伐,为端牢"中国饭碗"、丰富"中国粮仓"注入了新的科技动能。