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World File Search System杂种优势
设计培育未来水稻
水稻是 32 亿人的主食。2008 年震惊许多亚洲国家的粮食安全威胁依然存在，因为农民面临着用更少的水、土地和投入资源生产更多水稻的挑战。水稻改良的目标已经从单纯的高产转变为高产、优质、营养均衡、健康安全和可持续生产的综合目标，尤其是在中国 [1] 。培育绿色超级稻 (GSR) 等水稻品种将满足这些目标并提高水稻生产的利润。近几十年来遗传学、基因组学和育种技术的进步 [2] 为通过设计育种有效开发未来品种提供了机会。在这期特刊“水稻作为模型作物：遗传学、基因组学和育种”中，我们邀请了 19 位不同领域的专家来回顾水稻遗传学、基因组学和育种技术的进展。其中有四篇论文是关于抗非生物胁迫的，两篇是关于抗生物胁迫的，四篇是关于农艺性状的，三篇是关于基因挖掘平台的，一篇是关于基因组选择的，一篇是关于基因编辑的，两篇是关于基因组设计育种的，两篇是关于水稻杂种优势的。本期特刊的目的是综述水稻基因组学和分子育种技术的主要进展，特别是在中国。这里我们根据主题分类总结了这些论文，并添加了我们的观点。
扩大经济回报
商业安格斯小牛。每年带有黑秃母牛的未产母牛数量减少，母牛贬值减少，上市的小牛数量增加。同时，直接杂种优势增加了每头上市小牛的断奶和一岁重。”马丁内斯为 AHA 进行了分析，利用了之前的 AHA 研究，该研究记录了赫里福德公牛与安格斯公牛在安格斯牛群中使用时的表现。特别地，他研究了 30 头母牛群和 500 头母牛群的影响。马丁内斯使用了密苏里大学食品和农业政策研究所 (FAPRI) 的 10 年价格预测。估计的种植面积和管理决策基于美国农业部的《美国结构、管理实践和生产成本》。肉牛-小牛农场（2023 年）。年度预算是根据州母牛-小牛预算制定的。“使用美国农业部的出版物，我们可以获得与运营相关的土地数量、与之相关的固定成本、饲料成本以及生产商平均拥有的任何现金储备，然后我们使用 FAPRI 价格进行预测，”马丁内斯解释说。广义上讲，对于每个规模的赫里福德和安格斯小牛群，该模型使用随机的性能数据、成本数据、费用和收入池。每个模型代表 10 年中每年的 500 次模拟。接下来，马丁内斯评估了赫里福德和安格斯模型在年度农场净收入和净资产方面的差异。“现金为王。生产商总是向我们询问农场净收入。这决定了他们的纳税义务和
作物雄性不育
全球粮食安全面临严峻挑战，因为预计到 21 世纪中叶世界人口将增长 25%，达到 100 亿 [1]。由于农业用地和淡水有限，需要利用现代农业技术实现更多、更可持续的农作物生产 [2,3]。其中包括开发和利用雄性不育系进行杂交育种和种子生产的更有效的杂种优势利用策略。植物雄性不育是指雌性器官保持正常，而不能形成或释放可育花粉粒。雄性不育突变体含有形态改变的孢子体或配子体花药组织。这些可能是由于植物花药和花粉发育过程中的转录调控、脂质代谢、糖代谢或其他过程存在缺陷所致 [4–6]。雄性不育基因的鉴定和功能分析不仅加深了我们对花药和花粉发育分子机制的认识，而且有利于开发和利用基于生物技术的雄性不育（BMS）系统，用于杂交育种和种子生产[5]。雄性不育可以由细胞质基因或核基因产生。细胞质雄性不育（CMS）由线粒体和核基因控制，在由雄性不育系、保持系和恢复系组成的三系系统中用于商业作物杂交种子生产，尽管它通常存在遗传多样性差、易患疾病以及CMS系恢复不稳定的问题[5]。核控制雄性不育仅由核基因控制，包括遗传稳定的核雄性不育（GMS）和环境敏感的核雄性不育（EGMS）。 EGMS 长期以来一直用于高效生产杂交水稻种子，其双系系统由雄性不育系和保持系组成，而 GMS 只是最近才用于 BMS 系统，例如玉米的种子生产技术 (SPT) 和多控制不育 (MCS) 系统 [7,8]。如上所述，全球粮食安全需要新的有效农业技术（如 BMS 系统）来增加农作物产量。
基于基因组研究的水稻育种进展
水稻是世界上种植最广泛、最重要的主粮作物之一。随着世界人口的增加，水稻产量增长速度放缓，导致产量无法满足日益增长的人类消费者的需求。据预测，到 2050 年世界人口预计将达到 97 亿，全球粮食产量可能需要增长 70% 以上才能满足世界粮食需求 [1]。除了气候变化之外，干旱、高温等频繁发生的灾害也威胁着水稻的产量和品质；为了解决这些问题，必须采用快速有效的遗传改良策略。近年来，水稻基因组学的进展对于水稻遗传改良技术和方法的进步至关重要。基因组学包括结构基因组学、功能基因组学、表观遗传学和比较基因组学 [2,3]。利用基因组信息可以帮助育种者精确定位关键基因模块，分析基本性状的潜在机制，并为遗传改良提供指导 [4,5]。上个世纪，水稻基因组学研究取得了长足进步。1998 年，水稻基因组研究计划进入基因组测序的新阶段，为揭示水稻物种完整基因组序列信息提供了绝佳机会[6]。近年来，“(3K 水稻) 水稻基因组计划”在揭示全球所有水稻种质资源的基因组多样性方面取得了重要进展[7]。基因组学辅助育种的发展加深了我们对水稻遗传背景下关键性状和数量性状位点 (QTL) 的传递和渗透的理解。这一进展为加强水稻育种过程提供了重要帮助[8]。此外，随着基因组知识和技术的不断进步，水稻杂种优势遗传及其分子基础研究取得了重大进展。然而，了解其潜在机制
无融合生殖禾本科植物的遗传转化
现有的植物转化方法和超越其极限的扩展对于作物改良仍然至关重要。对于禾本科植物来说，这甚至更加关键，主要是因为体外再生存在缺陷。尽管禾本科植物中存在许多通过农杆菌或基因枪法实现遗传转化的方案，但它们的效率取决于基因型，而且由于这些物种难以进行体外再生，因此效率仍然很低。世界各地的大学和企业中可能有许多用于谷物和其他重要作物的植物转化设施，但对于无融合生殖物种来说情况并非如此，其中许多是 C4 禾本科植物。此外，无融合生殖（通过种子进行无性繁殖）是育种的另一个限制因素。然而，无融合生殖克隆的转化是一种有吸引力的策略，因为转基因会立即固定在高度适应的遗传背景中，能够进行大规模克隆繁殖。除了巴西种植面积约为 1 亿公顷的 Brachiaria brizantha 等一些物种外，无融合生殖在经济作物中几乎不存在。然而，由于有时在野生近缘种中存在这种特性，因此主要目标是将这种特性转移到作物中以固定杂种优势。到目前为止，这是一项艰巨的任务，主要是因为无融合生殖的许多方面尚不清楚。在过去的几年中，已经确定了许多候选基因，并尝试在拟南芥和水稻中对它们进行功能鉴定。然而，真正的无融合生殖物种的功能分析远远落后，主要是由于其基因组的复杂性、性状本身的复杂性以及缺乏有效的遗传转化方案。在本研究中，我们回顾了以无融合生殖禾本科植物为重点的体外培养和遗传转化方法的现状，以及在其他相关物种中应用新工具的前景，目的有两个：为发现无融合生殖所涉及的分子途径铺平道路，并开发新的育种能力，因为这些禾本科植物中的许多都是重要的饲料或生物燃料资源。