20世纪30年代,外患日亟,粮食短缺,人民生活困苦,广西农业科学院的前身广西农事试验场应时而生。90年来,广西农业科学院始终与党和国家的发展同向同行,致力于推动全区农业重大应用研究和高新技术研究的发展。
21世纪初,农业生物技术的发展方兴未艾,研究方向正从“结构基因组”向“功能基因组”转变,开展基因结构与功能的双重研究,获取新基因并拥有新基因的知识产权成为农业科研的新趋势,广西农业科学院顺势而为,申请设立了广西作物遗传改良生物技术重点开放实验室。2001年8月,广西编制委员会批复,同意我院成立广西作物遗传改良生物技术重点开放实验室,为相当县(处)级内设机构。
一、承院扶持,实验室资质跃升
广西作物遗传改良生物技术重点开放实验室主要开展作物遗传改良生物技术(转基因技术、分子克隆、分子标记、组织和细胞培养、作物化学调控、作物生理生化等)研究,以及化学调控及其相关的知识创新、合作研究等。
为提高实验室设备的利用率,充分发挥重点实验室的作用,2002年6月,广西农业科学院出台《关于使用“广西作物遗传改良生物技术重点开放实验室”的决定》(桂农科[2002]40号),决定指出:鼓励我院科技人员和研究生充分利用重点实验室开展科研工作,特别是优先支持利用重点实验室开展基因标记分离和克隆、分子育种、转基因和其他高新技术课题的研究;鼓励我院科技人员以重点实验室名义或联合重点实验室申请生物技术相关的研究课题。
2002年10月,广西农业科学院以广西作物遗传改良生物技术重点开放实验室为建设载体申请建立的博士后科研工作站获国家人事部批准成立,2003年9月第一位博士后进站开展研究工作。
2002年12月,广西壮族自治区科学技术厅认定广西作物遗传改良生物技术重点开放实验室为第一批“广西科技创新金源单位”。
2004年8月,广西作物遗传改良生物技术重点开放实验室入选首批“广西作物学科人才小高地”建设单位。
2005年1月,广西壮族自治区科学技术厅组织专家评审,认定广西作物遗传改良生物技术重点开放实验室为首批自治区重点实验室。
二、育博培才,锻造科研菁英
广西作物遗传改良生物技术重点开放实验室(下称“重点实验室”)充分发挥博士后科研工作站建设载体的作用,二十四年来共吸收国内外30多位博士后进站开展研究工作(其中有7名博士后来自古巴、印度和孟加拉国等国家)。多名出站的博士后已成为广西大学、广西民族大学、广西师范大学等院校博士生导师、教授以及相应学科的学术带头人。此外,外籍博士的加入,带来了学科前沿的研究方法与研究技术,也带来了各自国家较好的科研理念和思维,促进了重点实验室学术交流。他们在开展博士后科研工作的同时,还协助培养我院年轻科学技术骨干与研究生,为我院的人才培养做出了很大的贡献,很好的促进了相关学科建设和发展。
《关于使用“广西作物遗传改良生物技术重点开放实验室”的决定》的政策鼓励、重点实验室先进的仪器设备及高水平的管理吸引一批又一批的科研人员申请入室开展实验,进行学历提升。成立二十四年来,重点实验室累计为我院培养硕士150多人,博士约50人。同时,重点实验室本着开放、共享的理念,向全区开放,为有志于投身作物遗传改良研究的科研人员提供设备先进完善、科研学术氛围浓厚,科研水平高的科研场所,每年申请入室进行实验的院内外科研人员达120多人次。
三、携产学研,合作共促发展
重点实验室注重与外单位的合作,长期与区内外20余所高校、科研院所及企业保持合作,共同开展研究、联合申报项目。
1. 联合共建研究平台
2022年5月,由广西农业科学院牵头,重点实验室百香果研究室与广西勤德科技有限公司联合共建成立广西百香果产业技术研究院;药用植物功能物质代谢与分子育种研究室与桂林吉福思罗汉果生物技术股份有限公司联合共建成立广西罗汉果产业技术研究院。2023年7月,重点实验室与广西勤德科技股份有限公司、广西易多收生物有限公司联合申报成立“农业农村部百香果生物学与遗传育种重点实验室”。
2. 联合申报项目
重点实验室葡萄分子设计育种研究室与西北农林科技大学、上海交通大学等合作开展葡萄霜霉病抗性育种和绿色防控相关的研究,挖掘了多个抗病基因,开发了霜霉菌孢子自动识别算法和霜霉病智慧预警模型。药用植物功能物质代谢与分子育种研究室跟中国医学科学院药用植物研究所、中国农业科学院油料作物研究所联合申报国家自然科学区域联合基金项目,国家重点研究计划项目,项目经费共计267万元。优质杂交水稻分子设计育种研究室和生物育种创新研究室联合,连续两期获海南省种业实验室与中国种子集团有限公司联合“揭榜挂帅”项目支持,共获资助项目经费179万元。荔枝龙眼分子育种研究室与华南农业大学园艺学院、灵山县农业科学研究所多次合作,获国家重点研发计划项目、广西自然科学基金重点项目、广东省重点领域研发计划项目等共计161万元项目经费支持等。
四、科技引领,助力乡村振兴
科技赋能,为乡村振兴战略全面推进注入强劲动力。科技人员深入田间地头,围绕品种选育、病虫害防治,科学施肥等内容进行现场教学,帮助农民掌握先进种植技术,提高作物产量和品质,进而带动农民种植收益的增长;通过物联网、大数据技术搭建智慧农业平台,实现农作物生长环境实时监测与精准灌溉、防控,大幅提升生产效率;有针对性地培育新品种,深受农户欢迎,种植推广面积逐步增加,为品种栽培结构的优化调整提供了科技支撑等,全面激活乡村发展潜能,绘就乡村振兴新图景。
重点实验室百香果研究室,深入贯彻落实党中央全面推进乡村振兴战略部署,以科技创新为支撑,以百香果产业种植为抓手,以天峨县六排镇令当村和东兴市江平镇黄竹村为载体,引导和支持发展乡村特色产业,切实带领群众增收致富,树立了产业助力乡村振兴的典型:在桂北地区成功将河池市天峨县六排镇令当村从贫困村建设成为高海拔山区百香果种植示范窗口,奏响致富乐章,2021年村民显著增收,实现销售收入86万元;在桂南地区帮助东兴市江平镇黄竹村从连年亏损到取得产业发展的空前成功,2021年50亩地百香果销售收入超过100万元。百香果研究室用心用情用力帮扶,得到群众的广泛认可和高度评价的同时,也逐步探索出一套可复制、可推广的百香果产业发展模式。
重点实验室葡萄分子设计育种研究室联合多个科研单位,围绕葡萄霜霉病抗性遗传改良与绿色防控领域开展协同攻关。基于分子遗传学理论,通过图位克隆、转基因、基因编辑等技术手段,成功挖掘多个抗性基因,解析其抗病分子机制。同时,依托人工智能与计算机视觉技术,构建高精度葡萄霜霉菌孢子全自动识别算法,实现病原菌的快速、精准鉴定。在此基础上,团队研发的葡萄霜霉病智慧预警与绿色综合防控技术体系的建立,基于气象数据、病原菌动态监测及作物生长模型的多源信息融合病害预警模型,开发 "葡萄通" 全过程管理 APP,通过该APP能够使农户对葡萄霜霉病发病风险进行动态预警与最佳喷药窗口期的精准预测,减少杀菌剂的喷施次数,显著提升葡萄霜霉病早期预警能力与绿色防控水平,对推动葡萄产业可持续发展具有重要的理论价值和实践意义。
荔枝龙眼分子育种研究室围绕荔枝、龙眼熟期育种和品种区域推广中的关键环节,开展前瞻性基础和应用研究工作,利用分子生物技术创制特早熟、特晚熟等优质荔枝、龙眼新品种,并加快新品种推广进程。如研究室创制的荔枝新品种“黄金荔”、“朝霞”、“元宝荔”、“亲人荔”和“紫霞”等为我国荔枝品种栽培结构的优化调整提供了品种支撑,其中“亲人荔”作为晚熟优质品种目前已经推广了5万多亩,受到广大果农欢迎。团队还加强与企业合作,与广西农垦新光农场有限公司签订“荔枝产业科技合作协议”,合作建成一个高标准的荔枝新品种推广示范基地,促进加快荔枝新品种推广进程。此外,团队依托广西荔枝龙眼创新团队副首席专家岗位,进一步加强产学研合作,依托创制的新品种和配套栽培技术对广大果农开展技术培训,与曲樟乡签订“荔枝产业发展合作协议”,把文章写在八桂大地上。
五、潜心研究,创新成果斐然
重点实验室主要围绕特色水果(百香果、葡萄、荔枝、龙眼等)遗传改良、优势作物(水稻)分子育种、中草药(罗汉果等)资源创新利用三个研究方向,对我区重要优势及特色农作物的品质、产量及抗性开展作物种质资源收集与创新利用、重要基因挖掘与利用、分子标记辅助育种及植物抗病虫分子机理等方面的研究,二十四年来,科研进展喜人,创新成果颇丰。
百香果方面:(1)完成百香果栽培种 Passiflora edulis 的全基因组测序,并完成Hi-C辅助基因组组装和转录组辅助注释工作。(2)首次鉴定了由Alternaria alternata (Fr.) Keissl引起的百香果褐斑病;首次报道根霉菌Rhizopus stolonifer对百香果花器官的感染;首次发现烟草疫霉对广西百香果果实疫病的影响,并初步揭示百香果响应疫病菌的侵染机制。(3)首次报道百香果皮提取物能够改善三黄肉鸡抗氧化状态、抗炎活性和肠道功能。(4)2个品种获得国家植物新品种保护授权——“钦果9号”和“令当1号”,其中“钦果9号”目前全国推广面积超过50万亩,已经成为我国种植面积最大的百香果品种。累计完成杂交组合43组,筛选百香果优良株系55份,其中申请百香果植物新品种权保护15个。
荔枝方面:(1)首次揭示荔枝成花早晚和易难性状的靶标基因,开发鉴定该性状的原创性分子标记ZW1和ZW2,自主开发出鉴定荔枝成花早晚和易难性状的分子标记,并获得国家授权发明专利。(2)创建荔枝熟期分子标记辅助育种技术体系,实现F1代童期第三年开花坐果进行初选,有效解决了荔枝实生后代童期长、育种进程慢和效率低的难题。(3)利用分子标记辅助杂交育种体系,选育“黄金荔”、“元宝荔”、“朝霞”、“紫霞”、“朝阳”“亲人荔”6个荔枝新品种。
水稻方面:(1)挖掘并鉴定了水稻紫叶基因 plr4、水稻抗稻褐飞虱基因 Bph28(t)、水稻株高基因dt3等多个重要功能基因。(2)建立基于甜菜红素的颜色筛选标记的高效水稻基因编辑体系,创制水稻生育期、产量及抗逆等复杂性状相关的水稻新种资质10多份。(3)建立了华南稻区优质籼稻稻米品质改良的分子育种模型,并成功应用于杂交水稻的优质化分子设计育种,研究成果发表于中科院一区SCI期刊《Rice》。(4)利用花药培养双单倍体育种技术培育1个籼粳交强优势水稻恢复系桂R2150,具有高产、耐热、抗倒伏等优良性状。(5)在品种选育方面,培育优质杂交水稻三系不育系5个、通过广西区级审定水稻品种10个。
甜菜红素标记筛选的水稻遗传转化和基因编辑技术体系
葡萄方面:(1)在国际上率先完成了葡萄霜霉菌全基因组测序工作,首次阐明了专性寄生的葡萄霜霉菌在卵菌中的进化地位。(2)定位了葡萄霜霉病、炭疽病和灰霉病等多个病害的抗性QTL,克隆了多个抗病相关基因,揭示MrRPV1各个结构域的功能及其介导的霜霉病抗性分子机制。(3)首次发现辣椒炭疽病菌可致葡萄炭疽病。(4)发现圆叶葡萄果皮上聚集大量不同于欧亚种酿酒葡萄果皮的微生物群落,为深入了解微生物对圆叶葡萄抗病性、风味多样性和酿酒品质的影响提供了参考依据。(5)克隆了多个葡萄霜霉菌的效应蛋白,明确了它们在促进霜霉菌侵染过程中的毒力作用和寄主体内的互作靶标,揭示了它们对寄主免疫的影响和致病机理。
罗汉果方面:(1)收集罗汉果种质资源500多份,覆盖了其地理分布的80%地区,构建了一个由140份种质组成的罗汉果核心种质库。(2)构建了一个高质量罗汉果基因组,组装质量提升了约50倍,完成350份种质资源基因组重测序,获得1个偏性表达性别基因SgLF,拟南芥遗传转化表明该基因明显延迟开花。(3)建立了罗汉果甜苷同分异构体的检测方法,建构了罗汉果代谢物库,可鉴定1640个代谢物,不同来源罗汉果分成3个聚类群,为高甜苷代谢基础分析及化学指纹奠定基础。(4)采用蛋白质组定性定量分析,鉴定到15854条肽段和5485个蛋白,确定罗汉果丝氨酸蛋白酶与麻感相关。
薪火赓续绽芳华,分子育种绘新篇,站在广西农业科学院建院90周年的新起点上,重点实验室将紧抓科研改革机遇,锚定前沿技术攻关,深化产学研协同创新,以更高标准、更优成果推动作物遗传改良事业的发展,为农业科技进步与乡村振兴注入强劲动能。
重点实验室 吴兴剑供稿/供图
一审一校:杨柳