【杂交育种可一步成功】用传统的育种方法，选育一个新的核不育杂交种需要6—8年。现在，这个时间被科学家们缩短到了1—2年。

近日，《分子植物》在线发表了中国农业科学院作物科学研究所“作物分子育种技术和应用创新团队”和“玉米遗传改良与新品种选育创新团队”的最新研究成果。该研究利用基因编辑研发出“一步法”创制核不育系及其保持系的技术，为第三代作物杂交育种技术提供了高效的技术方案。

研发团队。中国农科院供图

历史：从依靠运气到精准设计

人类栽培农作物的历史有8000到1万年。在人类农业肇始之时，选择哪些种子加以栽培和驯化，有古人的智慧，但更多依靠运气。“一步法”课题组成员、中国农科院作物科学研究所研究员谢传晓介绍，“人类最初选育作物品种的方法，可以称之为优选法，即在长势良好的植株上选择品相最好的种子留种，然后驯化与选择，使得它更符合人类的需求。时间是检验古人工作的‘试金石’，经过8000年的积累，把野生物种驯化与选择成农作物，支撑了人类文明的生存与繁衍。”

人类农耕史上绝大部分的时间里，都是依靠这种方法“优选”作物。一直到1865年前后，经典遗传学说建立，人类才真正开始认识与掌握性状遗传的规律。谢传晓介绍，“经典遗传学说建立后，科学家们开始根据遗传学的规律来设计育种模式。例如，根据显性和隐形基因的遗传规律，科学家们选择杂交的亲本、预测品种的表现，并设计杂交育种的过程等。”

1900年前后，随着物理、化学等基础学科的发展，育种方式也迎来了新变化，谢传晓说，“那时候，科学家们利用物理射线、化学试剂等作为诱变剂，诱发物种的基因突变，从中选择好的突变个体加以培育，再加上后来发现的生物学诱变剂，这种方式就是一起合称为诱变育种”。

当代：杂交选育改变育种模式

以袁隆平为代表的科学家们，成功实现杂交水稻技术的突破，使得作物育种进入了一个新的时代。谢传晓介绍，“水稻是自交授粉的作物，雌雄同花，一般在开花之时都是自花授粉，不能杂交。但是，因为有不育系，才使得杂交成为可能。”杂交水稻技术的突破在于，它使用不育系水稻来组配杂交种，使自交物种的水稻实现可控杂交，从而实现了水稻的杂种优势利用。

不育系杂交打开了育种的新世界。至今为止，大部分杂交作物都在使用这一技术。同时，在过去数十年中，这一技术也在不断更新。谢传晓说，“大概经历了三代，第一代使用的是三系杂交技术，即不育系、保持系、恢复系，不育系是杂交种的母本，用保持系来繁殖不育系，用恢复系即父本来恢复杂交种的育性。这一技术对农业发展的贡献极大，曾创造过许多单品种推广数亿亩的奇迹。但这一方法也有缺点，配套复杂，操作要求高，育种时间长等。所以，后来出现了第二代技术，即“两系法”，用不育系和保持系杂交育种，使保持系兼具恢复系的功能。目前水稻杂交，主要还是这种技术。这种技术是利用核基因对环境的敏感性来繁殖不育系、保持系与杂交种制种，方法简单，没有上一代恢保关系限制的重要缺陷，但同时这种敏感性也使得育性不稳定，对天气与气候有依赖性，难以控制，有些靠天吃饭的意思。如果老天不配合，容易引起农业生产事故。”

创制的保持系与不育系开花期农艺性状（A）及其结实籽粒发光特征（B，C和D）。中国农科院供图

第三代杂交技术改进了第二代技术的缺点。谢传晓说，“利用一个稳定的核不育基因，再用生物技术建造一个保持系基因，这种方式更加稳定可控，但同时也需要很长时间来培育，即育种周期仍旧过长，一个新品种的育成，往往需要6-8年”。

未来：基因编辑实现育种突破

此次中国农科院作科所做出的突破，是把第三代技术的两步操作流程，合并为一步。谢传晓说，“我们利用基因编辑技术对玉米育性基因的功能结构域进行了定点定向删除，从而创制了核不育系，并利用基因编辑技术精确性使之与保持系技术兼容，从而创制出操控型核不育保持系。新技术本质上还是第三代技术。通过基因编辑技术的精巧性，极大地缩短了培育时间。用这种方法，一到两年即可获得一个第三代杂交种新品种”。

那么，未来的育种技术又会是怎样的呢？谢传晓介绍，“随着基因编辑技术的发展，我们已经可以在物种本身的基因上进行编辑，去芜存菁，在基因层面设计和控制育种的过程，从而用更快的时间获得我们想要的品种。在未来，科学家们甚至可以自己设计基因，比如设计一个我们想要的基因组，然后把它加入到物种原有的基因序列中，这样就能更加精准且快速地育成更好的品种”。