紫花苜蓿又名紫苜蓿、苜蓿，因含有豐富的礦物質(zhì)、多種維生素與氨基酸，被譽(yù)為“牧草之王”，是世界各國(guó)廣泛種植的供牛羊、家禽食用的高蛋白優(yōu)質(zhì)飼草，也是奶業(yè)和畜牧業(yè)的核心原料，但國(guó)內(nèi)生產(chǎn)一直不足，依賴(lài)進(jìn)口。

隨著人們對(duì)奶制品和肉類(lèi)需求的急劇增加，近年來(lái)我國(guó)對(duì)優(yōu)質(zhì)牧草的進(jìn)口量逐年上升，自主培育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的苜蓿刻不容緩。雖有不少技術(shù)團(tuán)隊(duì)圍繞苜蓿展開(kāi)研究，但受苜?；蚪M復(fù)雜、轉(zhuǎn)基因效率低等因素影響，相關(guān)應(yīng)用研究進(jìn)展緩慢。據(jù)此，中國(guó)科學(xué)院西雙版納熱帶植物園聯(lián)合多家單位，聚焦苜蓿研究中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和技術(shù)瓶頸，以葉片、育性和分枝等為突破口，在苜蓿功能基因研究與分子育種領(lǐng)域取得突破，項(xiàng)目成果獲2023年度云南省自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

收割苜蓿

取得苜蓿基礎(chǔ)研究重大進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)院西雙版納熱帶植物園植物功能基因組組長(zhǎng)陳江華于2013年自美國(guó)學(xué)成歸國(guó)。“云南獨(dú)有的資源及氣候條件讓我們看到了做苜蓿研究的優(yōu)勢(shì)。”隨后，陳江華帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員往返昆明與西雙版納等地，投入全部的精力在苜蓿功能基因研究與分子育種上。

苜蓿是同源四倍體，由于其高度的雜合性和自交不親和性，阻礙了苜蓿重要農(nóng)藝性狀的遺傳解析。“苜蓿的基礎(chǔ)研究受到其本身遺傳特性的限制，一直進(jìn)展緩慢。”陳江華表示。

雖然渡過(guò)了整整7年未發(fā)表一篇研究論文的“坐冷板凳”時(shí)期，但項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)并沒(méi)有放棄，愈發(fā)堅(jiān)定苜蓿研究的決心。最終，通過(guò)正向遺傳學(xué)方法，團(tuán)隊(duì)成員獲得了苜蓿多個(gè)葉片農(nóng)藝性狀改變的核心材料，克隆出苜蓿重要的功能基因并解析其分子機(jī)制，在國(guó)際上最先提出了苜蓿復(fù)葉發(fā)育的分子調(diào)控模型，研究成果在2020年以封面論文的形式發(fā)表在植物科學(xué)領(lǐng)域的頂級(jí)期刊《Nature Plants》上。截至目前，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已發(fā)表了多篇關(guān)于苜蓿研究的論文，核心論文累計(jì)SCI影響因子91.154，引用總計(jì)236次。

在云南取得苜蓿基礎(chǔ)研究的重大突破印證了陳江華最初的判斷，“在云南做研究，讓我們相較于國(guó)際上其他團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)具備了更多的植物學(xué)資源，最終才能取得研究的率先突破”。

攻克苜?；蚓庉嬰y題

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在取得苜?；A(chǔ)研究相關(guān)成果之后，開(kāi)始思考怎樣將基礎(chǔ)研究成果轉(zhuǎn)化到苜蓿的育種上。

“植物葉片形態(tài)多種多樣，根據(jù)其復(fù)雜程度，可以劃分為單葉和復(fù)葉。單葉包含一個(gè)葉片單元，復(fù)葉則由多個(gè)葉片單元構(gòu)成。”陳江華說(shuō)。在植物演化歷程中復(fù)葉的出現(xiàn)被認(rèn)為具有提高光合效率、減少植食性動(dòng)物損傷等優(yōu)勢(shì)。因此復(fù)葉發(fā)育一直以來(lái)都是植物學(xué)研究的熱點(diǎn)。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)以分子育種的形式嘗試突破，解析二倍體和四倍體苜蓿基因組結(jié)構(gòu)變異，挖掘與重要農(nóng)藝性狀相關(guān)的關(guān)鍵遺傳位點(diǎn)和基因，加速紫花苜蓿分子育種。“相較于傳統(tǒng)雜交育種，我們的研究在縮短育種周期、提高育種效率等方面更具優(yōu)勢(shì)。”

通過(guò)科研攻關(guān)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)紫花苜蓿的基因組進(jìn)行測(cè)序組裝，得到高質(zhì)量的染色體水平參考基因組序列，并建立了一套基因組編輯體系，通過(guò)調(diào)控苜蓿小葉數(shù)目，創(chuàng)建了5個(gè)小葉的紫花苜蓿優(yōu)良種質(zhì)，在世界范圍內(nèi)第一次構(gòu)建了完整的單倍型染色體級(jí)別的紫花苜?；蚪M，這也是首次在紫花苜蓿中成功實(shí)現(xiàn)高效的同源四倍體基因組的基因編輯操作。

苜蓿雜交授粉 

聚焦苜蓿品質(zhì)提升

在解決了復(fù)葉發(fā)育核心問(wèn)題、做到了可塑性地調(diào)控復(fù)葉形態(tài)建成的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)正與數(shù)家企業(yè)和團(tuán)隊(duì)開(kāi)展苜蓿農(nóng)藝性狀相關(guān)的功能基因合作，主攻苜?；蚪M水平的提升以及苜蓿轉(zhuǎn)基因和基因編輯效率。

“在苜蓿育種上取得的研究成果實(shí)現(xiàn)了苜蓿生物量的大幅提升，也為苜蓿葉型、雜交育種和分枝性狀的分子改良提供了重要的基因資源。”陳江華說(shuō)。2021年，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)育成的新品種獲得了農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的中間試驗(yàn)備案。“新品種具有優(yōu)秀的抗病性以及產(chǎn)量水平高等特點(diǎn)，還可在山地、林下種植，不與農(nóng)田爭(zhēng)地。”陳江華說(shuō)。下一步項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)開(kāi)展優(yōu)質(zhì)苜蓿品種的繁育工作，提升云南畜牧業(yè)飼草料保障能力，為云南乃至我國(guó)畜牧業(yè)的發(fā)展提供有力支撐。