Durchbruch bei chinesischem Hybridreis mit „Ein-Linien-Verfahren": Klonrate von über 90 % bei 18 Kombinationen

de.wedoany.com-Bericht: Bei der technologischen Entwicklung der Saatgutproduktion von Hybridreis nach dem „Ein-Linien-Verfahren" wurde ein wichtiger Meilenstein erreicht. Am 11. Oktober fand in der Hunan-Biotechnologie-Züchtungsbasis eine Vor-Ort-Begutachtungskonferenz zum apomiktischen Hybridreis (Hybridreis nach dem „Ein-Linien-Verfahren") statt. Wie auf der Konferenz bekannt gegeben wurde, könnte die künstliche Apomixis mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Validierung des „Ein-Linien-Verfahrens" an mehreren Sorten und in mehreren ökologischen Zonen sowie der begleitenden technologischen Forschung einen neuen technologischen Weg für die kontinuierliche Vermehrung hervorragender Hybridkombinationen von Reis eröffnen, die Produktionskosten und -risiken von Hybridreissaatgut senken und eine wichtige Stütze für die Sicherung der Ernährungssicherheit und die Förderung von Innovationen in der Saatgutwirtschaft bieten.

Von der Drei-Linien-Methode über die Zwei-Linien-Methode hat sich die Sortenvielfalt des chinesischen Hybridreises stetig weiterentwickelt und einen bedeutenden Beitrag zur Sicherung der nationalen Ernährungssicherheit geleistet. Die traditionelle Saatgutproduktion von Hybridreis ist jedoch mit relativ aufwendigen Arbeitsabläufen, hohem Investitionsaufwand und erhöhten Risiken verbunden, was die Verbreitung hervorragender Hybridreiskombinationen in größerem Umfang in gewissem Maße einschränkt. Wie die Heterosis von Reis fixiert werden kann, sodass hervorragende Hybridsorten sich über Saatgut kontinuierlich vermehren lassen, ist ein lang verfolgtes bedeutendes wissenschaftliches Ziel der Hybridreiszüchtung.

Im Jahr 1987 formulierte Yuan Longping, Akademiker der Chinesischen Akademie der Ingenieurwissenschaften, die große strategische Vision, Hybridreis von der „Drei-Linien-Methode" über die „Zwei-Linien-Methode" schließlich zur „Ein-Linien-Methode" zu entwickeln. Der Kern des „Ein-Linien-Verfahrens" besteht darin, die Heterosis zu fixieren, sodass hervorragende Hybridsorten sich über ihre eigenen Samen kontinuierlich vermehren können und das Prinzip „einmal gekreuzt, über Generationen nutzbar" verwirklicht wird. Die künstliche Apomixis ist ein Verfahren, bei dem durch die Neugestaltung des pflanzlichen Fortpflanzungsprozesses Klonsaatgut erzeugt wird, das in seiner genetischen Zusammensetzung weitgehend mit der Hybridsorte selbst übereinstimmt, und bietet einen neuen technologischen Weg zur Verwirklichung dieses strategischen Ziels. Sobald eine stabile industrielle Anwendung erreicht werden kann, könnte dieses Verfahren das Saatgutproduktionssystem von Hybridreis grundlegend vereinfachen, die Kosten und Risiken der Saatgutproduktion senken und den Übergang von Hybridreis zur Fixierung und kontinuierlichen Vermehrung hervorragender heterozygoter Genotypen vorantreiben.

Vor diesem Hintergrund hat das Yazhouwan-Labor die Federführung übernommen und gemeinsam mit leistungsstarken Teams wie dem Institut für Getreidewissenschaften der Chinesischen Akademie der Agrarwissenschaften, dem Chinesischen Reis Forschungsinstitut, der Hunan-Akademie der Agrarwissenschaften, der Anhui-Akademie der Agrarwissenschaften, der Yuan Longping High-Tech Agriculture Co., Ltd. und der Anhui Quanyin High-Tech Seed Industry Co., Ltd. eine gemeinsame Forschungsinitiative zu Schlüsselproblemen wie Klonierungseffizienz, Kornansatzfähigkeit, Eignung des genetischen Hintergrunds und Feldstabilität von Reis gestartet. Das Team verknüpfte Forschungen zur Fortpflanzungsregulation, Materialentwicklung, Mehrgenerationenvermehrung und Feldbewertung miteinander und erzielte bei der disruptiven originären Innovationsforschung zur Saatgutproduktionstechnologie von Hybridreis nach dem „Ein-Linien-Verfahren" eine Reihe von Fortschritten von der hocheffizienten Klonierung bis zur Anwendungsvalidierung an mehreren Sorten und in mehreren ökologischen Zonen.

Qian Qian, Akademiker der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, erläuterte, dass das Team erstmals das Parthenogenese-Gen ToPAR aus dem Löwenzahn in Reis eingeführt und mit der Technologie zur Modifizierung der Meiose kombiniert habe. In einigen Reismaterialien sei eine Klonrate von 100 % und eine Kornansatzrate von 93,54 % innerhalb derselben Linie erreicht worden, wodurch sowohl die hocheffiziente Klonierung als auch die normale Kornansatzfähigkeit von Reis gewährleistet worden seien. Auf dieser Grundlage habe das Team mit dem Material L3, das auf der Grundlage von Jiafengyou 3 entwickelt wurde, eine kontinuierliche Verfolgungsvalidierung über fünf Generationen abgeschlossen, was eine wichtige Grundlage für die Weitergabe der genetischen Zusammensetzung hervorragender Hybridkombinationen über Generationen hinweg liefere.

Um den Anwendungsbereich dieser Technologie zu prüfen, validierte das Team 20 repräsentative Hybridreiskombinationen aus China, Südasien und Südostasien, darunter Drei-Linien-Indica-Typen, Drei-Linien-Indica-Japonica-Typen und Zwei-Linien-Indica-Typen, und erhielt jeweils entsprechende apomiktische Materialien, wobei bei 18 Kombinationen die Klonrate 90 % überstieg.

In diesem Jahr hat das Team darüber hinaus in den Biotechnologie-Züchtungszonen von Peking, Hefei, Changsha, Hangzhou und Sanya Feldversuche in der Hauptsaison in mehreren ökologischen Zonen des Landes angelegt. Unter verschiedenen ökologischen Bedingungen, die vom nördlichen Reisanbaugebiet über das Reisanbaugebiet am mittleren und unteren Jangtse bis zum tropischen Reisanbaugebiet Südchinas reichen, setzte das Team apomiktische Materialien ein, untersuchte die Materialleistung unter verschiedenen Breitengraden, Licht- und Temperaturbedingungen sowie Reisanbau-Ökosystemen und erweiterte die Technologiebewertung von einzelnen Materialien auf mehrere genetische Hintergründe und mehrere ökologische Zonen.

Die Ergebnisse zeigen, dass sich die künstliche Apomixis von „einzelne Materialien können Klonvermehrung erreichen" in Richtung „verschiedene hervorragende Kombinationen können transformiert werden, verschiedene ökologische Zonen können validiert werden" entwickelt. Künftig ist zu erwarten, dass über viele Jahre produktionsvalidierte ausgereifte Hybridsorten direkt in kontinuierlich vermehrbare „Ein-Linien"-Materialien umgewandelt werden können, wodurch der Zeitraum bis zum Eintritt der Technologie in die Industrie erheblich verkürzt und die Effizienz der Aufwertung ausgereifter Hybridsorten zum „Ein-Linien-Verfahren" erhöht wird.

Auf der Begutachtungskonferenz demonstrierte das Team Pflanzverfahren mit einem, zwei und drei Setzlingen pro Pflanzstelle und kombinierte molekulare Züchtung mit Anbausteuerung, um begleitende Maßnahmen zur Verbesserung der Populationsstabilität zu erforschen. Unter den gezeigten Anbaubedingungen zeigten die betreffenden Materialien ein gutes Populationswachstum und gute agronomische Eigenschaften.

Li Jiayang, Direktor des Yazhouwan-Labors und Akademiker der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, erklärte, dass die Fixierung der Heterosis eine wichtige Forschungsrichtung der Hybridreiszüchtung sei und die aktuellen Forschungsergebnisse ein gutes Anwendungspotenzial erkennen ließen. Gleichzeitig stünden die Etappenergebnisse jedoch noch vor zahlreichen praktischen Herausforderungen, die vor einer echten großmaßstäblichen Produktionsanwendung bewältigt werden müssten. Der Einfluss der Umwelt auf apomiktische Merkmale, die Stabilität der Ausprägung unter verschiedenen genetischen Hintergründen, die Zuverlässigkeit der langfristigen Mehrgenerationenvermehrung und das begleitende Anbautechnologiesystem erforderten weiterhin kontinuierliche systematische Forschung. Er empfahl, im nächsten Schritt die Grundlagenforschung zu den Mechanismen weiter zu vertiefen, die Verfolgungsvalidierung über mehrere ökologische Zonen und Generationen weiter zu festigen und anzustreben, ein stabiles, reproduzierbares und für die Produktionsanwendung geeignetes Technologiesystem zu entwickeln.