解鎖花田裏的“基因密碼”

——純黃早熟甘藍型黃籽油菜育種記

【創新故事】

◎本報記者 俞慧友

春日的長沙，油菜花田宛如一片金色的海洋。

3月21日，記者來到農業農村部湖南油菜綜合科研試驗基地，湖南農業大學教授劉忠松及其團隊正在地裏忙碌着。

劉忠松左手輕輕握着一株油菜的花冠，右手用鑷子熟練地摘除花朵，拔除還未開花的花骨朵的花萼、花瓣和雄蕊，塗上花粉，裝上白色保護套，“去雄雜交”的一套流程順利完成。一開春，他們就開始了新一輪品種選育繁育，這是第一步。

團隊成員、博士楊柳告訴科技日報記者，油菜分白菜型、芥菜型和甘藍型三大物種。自然界中前兩者均存在黃籽植株的天然突變，但在甘藍型油菜中尚未發現這種現象。傳統的甘藍型油菜存在抗病性差、耐旱性弱等問題，且油菜籽顏色偏黑，導致菜油顏色也不理想。因此，黃籽性狀是油菜品質改良的重要目標之一。多年來，劉忠松帶領團隊專注於將其他油菜物種的優異性狀導入甘藍型油菜，希望培育出早熟高油的黃籽品種。

我國食用植物油自給率僅30%，其中油菜作為國產第一大油料作物，每年提供的優質食用油佔國產總量的近50%。充分利用南方6000餘萬畝冬閒田發展早熟高油的黃籽油菜，將為國家糧油安全提供重要支撐。

尋找決定種色的關鍵基因

在嶽麓山實驗室油菜品種創制中心，劉忠松辦公室外的走廊裏，懸掛着一幅油菜黃籽基因精細定位和圖位克隆圖。

2011年，在捷克舉行的第13屆國際油菜大會上，劉忠松首次向業界講述了這幅圖裏的成果。在基因測序技術尚不發達的年代，這項耗時10多年的研究成果引起了廣泛關注。它不僅在技術上取得突破，更打破了傳統的育種思維方式。

劉忠松的研究方向聚焦於芥甘種間雜交育種，即芥菜型黃籽油菜與甘藍型油菜的雜交育種。最初，他主要研究種子的性狀遺傳，但進展緩慢。直到一次出國做訪問學者的經歷，讓他的思維彷彿“重啓”。

1998年，他決定從分子層面尋找黃籽油菜種子呈黃色的關鍵基因。劉忠松告訴記者：“如果能在基因層面取得突破，黃籽油菜品種選育的‘主陣地’有望從田間轉移到實驗室，育種時間也將大大縮短。”

然而，當時基因組測序技術還不成熟，也沒有現成的油菜基因組序列可供參考。為了找到關鍵基因，團隊每年都要前往甘肅等地開展試驗，並通過手提肩扛的方式，將鑑定出的數千株黃籽油菜植株材料帶上列車，搬回實驗室進行基因分析。

沒有捷徑可走，他們就用圖位克隆，即藉助分子標記鎖定並克隆特定基因的傳統方法。經過無數次嘗試和驗證，不斷縮小基因所在區域的範圍，團隊最終克隆出黃籽調控基因TT8，並首次組裝出了芥菜型黃籽油菜全基因組。他們探明瞭TT8突變致使種皮不合成積累原花色素，導致種皮薄而透明、種子呈現黃色的分子機制。

“當時我們帶着6名研究生，花了兩個多月才‘釣’到關鍵基因。”劉忠松説。此後，團隊又鑑定出芥菜型油菜開花期調控關鍵基因SRR1和適應區域，為黃籽早熟油菜育種提供了理論指導。

構建育種“新底盤技術”

找到關鍵基因後，團隊的芥甘種間雜交研究變得順利起來。劉忠松深信，如果能在育種中同時控制這些基因，就能獲得穩定的黃籽遺傳性狀，這也將是油菜育種領域的重大突破。

團隊又開始了艱難的探索。他們利用夏季長日照單向性雜交、甘藍型油菜回交、雜種後代小孢子培養和強化性狀選擇等技術，從百餘個芥甘種間雜交後代中，精心篩選出3株珍貴的黃籽甘藍型植株。這3株植株，如同希望的火種，承載着團隊的期望。

劉忠松萌生了一個念頭，將基因定位克隆的成果應用於這3株油菜的進一步選育中。他創造性地提出了一套“新底盤技術”，其以“苗期黃籽基因型選擇+種子發育早期香草醛染色鑑定法”為核心。這一技術將油菜育種選擇週期從2代縮短到1代，選擇準確率高達100%，徹底告別了全球業界對種子顏色性狀的肉眼甄別時代。

通過目的基因在種間的穩定轉移，團隊培育出了具有穩定黃籽性狀的甘藍型黃籽油菜核心種質資源“黃矮早”，即黃籽、矮稈、早熟，填補了全球純黃且遺傳穩定的甘藍型油菜種源的空白，為黃籽甘藍型油菜育種提供了源頭支撐。

劉忠松團隊以“黃矮早”為親本，成功培育出黃籽早熟系列油菜新品種，其中4個品種被農業農村部和湖南省列為主推品種。這些品種結出的油菜籽含油量從原有品種的低於42%，提高到了近50%；產油量則從畝產60公斤左右提高到90公斤以上，讓油菜成功實現單產大幅提升。截至目前，這些品種累計推廣8268.5萬畝，促進農業增收超過189億元。此外，團隊研發的油菜播收機械及配套栽培技術，助力我國農業實現了黃籽油菜全程機械化高效生產，累計節本增效15.35億元。

劉忠松自豪地説：“我們的研究不僅提升了油菜的產量和含油量，更讓農民的收入大幅增加。”

豐富高油基因資源“儲備”

1月31日，劉忠松聯合國內外相關團隊，在《美國科學院院報》上發表了攻關20餘年取得的重大科研成果。該研究從分子水平揭示了黃籽油菜高油積累的“底層邏輯”，並闡明其起源於中國西南地區，為高油黃籽油菜育種提供了寶貴的基因資源“儲備”。

“這些有關基因的基礎研究成果來自我們對油菜的遺傳溯源。”劉忠松説。

團隊為培育出更多優良性狀的油菜品種，長期致力於油菜遺傳溯源研究，足跡遍佈全國油菜種植省份。通過對我國特有芥菜型黃籽地方品種“四川黃籽”的追蹤，團隊構建了全球首個黃籽油菜高質量基因組，並對全球38個國家和地區的480份種質進行基因組重測序。研究發現，芥菜起源於西亞，後經3條路徑向東傳播，演化出6個不同類羣。結合核基因組、胞質基因組分析及考古文獻，團隊重建了芥菜的起源和馴化歷史。

“遺傳溯源和基因技術結合，讓我們不斷鑑定出新基因，為不同用途芥菜的基因組設計育種提供基因資源和科學依據。”團隊成員、湖南農業大學教授康雷説，這有助提高育種效率、加速育種進程。

近年來，團隊不斷破譯基因新“密鑰”，在油菜品種選育上持續向“高油”目標突破。2024年，團隊新選育的短生育期、優質宜機收油菜品種“湘油228”，畝產油菜籽201.9公斤，產油量近100公斤，為南方三熟制地區油菜生產帶來新希望。

2025年中央一號文件提出，“深入推進糧油作物大面積單產提升行動”“挖掘油菜、花生擴種潛力”。劉忠松表示：“下一步，團隊將繼續攻關聚合優良基因難題，培育出超高油、適應性更廣的純黃油菜品種，助力油菜產業邁向‘高產高油高效早熟’的‘三高一早’時代！”