沈广宁是山东省果树研究所副所长,也是山东省现代农业产业技术体系果品体系首席专家。
“所谓的分子技术辅助育种,是在基因层面找到控制板栗高产相关性状的基因组,并将性状分离,以此为参照,在众多杂交品种中有针对性地进行选择培育。”沈广宁说。
当前板栗的新品种研发,主要朝着丰产、高质方向发展,而要达到这些目标,就需要新品种携带枝干矮化、树枝分散、果实饱满等性状。板栗对于日常管理要求不高,但在新品种研发上,却有着相当高的难度。
王金平是沈广宁的板栗创新团队中的一员,主要负责分子技术辅助育种工作,他介绍,选育过程中,最大的挑战是时间:一颗杂交的种子从被种下到盛果期,就要五六年时间,观察形状的稳定性还需要三四年时间,品种审定并通过,又要花去三年光景。一个新品种诞生就要用掉近20年的时间,这几乎是一位科研人员一半的职业时光。而这还是在一切顺利的情况下。杂交种子的性状完全被观察需要等到其进入盛果期,若是它没有携带所需要的性状,等待成熟的五六年时间便“打了水漂”。
不确定性因素过多导致了传统的杂交育种方式效率低下,而分子技术辅助育种正好弥补了这部分短板。加入板栗创新团队之前,王金平主要从事小麦分子育种工作。分子育种技术在粮食领域已经趋于成熟,但在果树和园艺植物领域,受制于生长期过长等因素,应用范围较小,仍属于刚起步阶段。
准备开展工作的王金平发现,板栗领域竟没有一套完整的基因图谱可供参考。完整的基因序列是分子育种的基础,没有现成图谱,就需要从头进行测序。基因测序需要在第三方机构进行,在2018年,按二代基因测序技术计算,整个板栗基因完成测序预计至少需要100万元。
彼时正是整个团队“青黄不接”的阶段,没有专门资金去支持工作。王金平找到沈广宁,在他帮助下申请到一个省重点研发开放课题项目,拿到了9万元科研经费,又从找到项目的其他成员那里,从各自课题资金里拿出一点,最终攒了15万元。
拿着筹来的资金,王金平开始了这个看似不可能完成的任务。幸运的是,在这个时间点上,第三代基因测序技术得到了推广,成本也低了不少,王金平找到之前和自己合作过的测序机构,软磨硬泡,用一个相对较低的价格,对板栗基因进行了测序。后续的片段组装工作,王金平选择自己进行,虽然过程困难,需要自己从零开始学习操作,但能省下不少成本。
就这样拼拼凑凑,整个团队用了15万元,攻克了一项百万元的课题。在完成度上,板栗创新团队完成的板栗基因图谱在全国排在前列。截至目前,国内开展的板栗基因课题,都以这份基因图谱作为标准参照。
随着“绿水青山就是金山银山”的理念深入人心,板栗这个山区干果品种的生态效用逐渐显现,自2022年,沈广宁的板栗创新团队也有了更充足的科研经费。获得了完整基因图谱,加上资源圃里收集到的300多个板栗品种,王金平的分子育种工作也进入了快车道。通过不同品种间的基因对比,王金平已经分离出了影响板栗早、中、晚熟的基因组,在未来影响产量、口感、风味等基因的神秘面纱都将被一一揭开。更高产优质的板栗新品种也会同雨后春笋一般涌出。
谈起对于板栗未来的发展,王金平说:“在最困难的阶段,沈所长告诉我们要学会‘忍耐’。小麦在‘绿色革命’之前,并不是人们的主要粮食作物;红薯在近些年攻克了品种退化问题,在口感品质上得到提升才实现了产业快速增长。虽然板栗的研究经历了前期的低谷,但现如今基础的准备已经打好,方向已经明确,我也有理由相信,在将来的某一天,当关键技术实现突破,板栗也会迎来属于自己的‘绿色革命’。”