现代分子生物学技术迅速发展,由于转基因品种存在争议和限制,现在水稻育种仍然采用的是传统育种方法。所以目前水稻中的研究一般集中在先用分子生物学技术包括高通量测序和转基因等等将控制水稻性状的各种基因的基因功能以及分子机制研究清楚,然后在利用传统分子育种手段将控制这个性状的优势基因利用杂交方法集中到一个水稻品种上。其实相当于现在提倡的精准农业,以数据科学,分子原理机制为基础做杂交育种,毕竟几乎所有的水稻农艺性状都是由基因控制调控的。
以今年获得国家自然科学一等奖的李家洋院士、韩斌院士、钱前,王永红和黄学辉的课题“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”为例,要想获得理想的水稻品种,必然需要具备多种优势基因。该课题通过水稻全基因组关联分析GWAS方法,对上千中不同遗传背景的代表性水稻种质资源和地方品种的水稻进行了系统分析,确认了解水稻的每个性状相对应的有哪些基因控制,然后开展水稻分子设计育种,充分利用丰富多样各种的水稻遗传资源。组合多个品种间的优良基因,培育高产、优质、耐逆、抗病的新品种,将水稻的分子育种设计与实际种植生产结合到一起。比如根据现有优势基因资源设计的理想型籼-粳杂交超级稻品种。在该组合中,将含有DEP1、Ghd7、GS3等基因分别调控穗型、粒型、光周期、氮高效等性状的优良基因,而父本携带IPA1、Gn1a、Ghd8、Hd1、Dro1等优良基因。将两个品种杂交就得到F1代为籼-粳水稻品种多种优良性状品质,目前该课题完成的一些品种已经完成推广种植。
目前水稻研究还是以分子生物学研究技术为基础,研究控制各种生物过程都有哪些基因参与及各个基因在其中的作用,只有将这些过程研究明白,你在选择已有的水稻品种进行杂交的时候你才可以确定选择具备哪个品种,确定需要该品种的哪些基因,使各个品种之间相互弥补基因上短板。比如2017年在science发表的上海生科院何祖华团队揭示水稻广谱与持久抗稻瘟病的研究和Cell发表的四川农业大学陈学伟教授的水稻稻瘟病的广谱抗性机制,都是研究各种基因蛋白质参与的各种农业性状的分子过程。
因为水稻基本上只有中日韩和东南亚大规模种植,所以研究也是以这些国家为主,其中中日的研究相对系统领先。