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林少扬


林少扬,博士,研究员,博士生导师
        1984年获得华南农学院学士,1989年获得日本琉球大学硕士,1993年获得日本千叶大学博士。1993-2000年,工作于日本农林水产先端技术研究所,并参加国际水稻基因组计划RGP (Rice Genome Research Program)项目。2001-2012年,工作于日本本田公司研究所,负责水稻新品种的分子设计。2012年入选中国科学院“百人计划”。2013年起参加“分子模块设计育种创新体系”中科院战略性先导科技专项,任总体组成员,并主持“水稻、小麦等品种设计与培育”课题和“东北粳稻抗稻瘟病品种设计与培育”子课题。


主要研究方向
        1. 染色体组设计育种技术体系的建立
        以水稻主栽品种为遗传背景(底盘),构建多个野生稻、栽培稻染色体组导入的渐渗系群体,并对其重要的复杂数量性状、基因进行分析与定位,进而对主栽品种进行升级改良(图1B)。染色体组设计育种体系是一套创新先进的高通量配套技术平台,可以快速地改变主栽品种基因组上任意位点的不良基因,为分子育种家提供全染色体组设计育种技术。该育种技术体系包括:材料保管库、高通量基因分型平台、个体信息库、数码农场、表型量化体系、精准育种技术专利等(图1A)。林少扬研究员先后在日本和中国,分别对日本栽培面积最大、米质最好的“越光”品种和中国黑龙江省第三积温带的第一大主栽品种“空育131”构建了一系列的染色体组设计育种技术体系。今后该育种模式也将是其他农作物分子育种的重要研究方向。
 
 

图1. 水稻高通量基因分型平台及育种技术理念

(A) 高通量基因分型平台及其相关环节;(B) 以底盘品种为背景,多个野生稻、栽培稻染色体组导入的渐渗系群体构建过程。
 
        2. 水稻品种的改良和升级
        建立染色体组设计育种技术体系的核心目标是实现水稻品种的改良和升级。该育种技术理念模仿计算机软件更新换代的升级原理,即当生产应用中发现主栽品种存在缺陷(“bug”,例如稻瘟病抗性差等)时,分析导致“bug”产生的基因缺陷并加以精准改良,从而达到品种升级的目的(图1B)。以水稻品种越光、空育131为例,前者虽然是日本栽培面积最大、米质最好的品种,但其易倒伏、感染稻瘟病等缺陷仍有待改良;后者空育131虽然是我国东北优质水稻的代表,但其抗病性、产量、米质仍存在改良的空间。品种的改良和升级是一个精益求精的过程,它既保留了原有品种的优良特性,又精准地改良了不良或不理想的性状。因此,对各生态区的主栽品种进行改良升级是目前主要研究方向之一。
 
        3. 水稻抗稻瘟病育种研究
        水稻稻瘟病具有经济损害大(造成总产量减产10%-15%)、生理小种多样且不稳定、种群结构区域化分布等特点,因此水稻抗稻瘟病研究是育种课题的难点之一。该课题组一方面,通过对主栽品种空育131全基因组序列的扫描,分析其抗病基因的包含和遗缺情况,从而根据病菌与水稻间“基因-基因”互作模型来为抗病育种提供方向。针对主栽品种感瘟遗缺的基因,林少扬研究员培育了导入Pb1(图2)pi21Pi-d2Pi-d3的空育131改良系,以及抗稻瘟病的越光新品种越光籽11号。另一方面,该课题组致力于建立更完善、准确的稻瘟病生理小种鉴别体系。现存的水稻单基因近等基因系和稻瘟病菌DNA指纹鉴别体系因其划分困难和不准确性已不能满足抗病育种的需要。
 
 

图2. 空育131改良系(+Pb1)的接菌表型及大田表现

(A) 空育131(±Pb1)近等基因系接菌试验结果图及其相对病斑面积条形图,Jia3-2、ZD5和ZA49为不同的稻瘟病菌株;(B) 空育131改良系(+Pb1)与亲本比对图;(C) 空育131改良系(+Pb1)大田栽培表现图。
 
        4. 水稻品种的区域性研究
        农作物品种的区域性是指每个品种的生产栽培都限定于特定的生态区环境。如日本的越光品种只适宜于日本的中北部稻区栽培,而不适应日本的北部及南部稻区,即北海道、九州、冲绳等。我国的空育131品种只适宜在黑龙江省第三积温带栽培。为了研究农作物品种的区域性,该课题组通过改变主栽品种的少数感光、感温等基因来调控其生态区适应性。截止目前,林少扬研究员已育成了可栽培于热带(越南南部Long-Xuyen)和寒带(日本北海道)的越光新品种,以及可栽培于黑龙江省第二积温带的空育131新品种——“金黄稻2号”和第一积温带的“金黄稻3号”(图3)。
 
 

图3. 空育131改良品种——“金黄稻2号”及“金黄稻3号”

(A) 空育131与“金黄稻2号”的大田表现对比图;(B) 空育131与“金黄稻3号”的大田表现对比图。
 
        5.水稻品种的米质研究
        水稻品种的米质因涉及人们的饮食文化、影响生活品质而成为育种的重要方向。日本越光米因其米质佳,被推崇为制作日本寿司的首选,并成为日本电饭煲的设计基准。该品种在日本种植达60余年,市场认可度有增无减。我国空育131大米也因其通透、黏韧的米质而成为东北大米的代表。该课题组通过研究米质相关的基因,如香味、糯性、粒窄等,来进一步改良和丰富主栽品种的米质性状。
 
        6.水稻品种的高产研究
        高产是育种领域永不落幕的主题之一,也是新品种审定的基本评价标准。水稻产量的构成因素包括:穗数、穗长、穗粒数、粒长、千粒重、一次枝梗数等。其中,株高引起的倒伏性也间接地影响水稻品种的产量。林少扬研究员利用矮杆分子模块sd1改良了“越光”生产上易倒伏的缺陷,并用其将空育131改良为适合黑龙江第三积温带栽培的直播品种——“金黄稻1号”。此外,该课题组还通过gn1aMLq1,图4)GS3等相关基因来改良主栽品种的产量性状。
 
 

图4. 大穗分子模块(MLq1)的导入使空育131的穗粒数和产量明显增加

(A) 空育131(KY131)和BC3F2代分离群体植株的主穗。(B) KY131和BC3F2代分离群体植株主穗的一次枝梗数。(C) KY131和BC3F2代分离群体植株主穗的穗粒数。(D) 种植于南京的BC3F3MLq1导入系的株型。(E) 种植于佳木斯的BC3F3MLq1导入系的产量明显高于底盘KY131。
 
研究组成员
        沈  玉   高级实验师
        袁清波   助理研究员
        姜国强   助理研究员
 
博士生
        冯晓敏、王荣升、南建宗、林抗雪、张晓慧、王晨
 
硕士生
        薛倩、杨晓文
 
 
代表业绩
        1.    植物新品种品种权
 
        以空育131为底盘的改良品种:
        (1)  品种名称:金黄稻1
        申请国家:中国(申请号:20170215.8)
        品种特征:改良了空育131的抗倒伏和产量性状,导入了抗倒和穗粒数分子模块。该品种为适合黑龙江省第三积温带栽培的直播品种。
        详情见网页:http://www.genetics.cas.cn/ydhz/zwxpz/
 
        (2)  品种名称:金黄稻2
        申请国家:中国(申请号:20170216.7)
        品种特征:改良了空育131的产量和生育期性状,导入了穗大和晚熟分子模块。该品种为适合黑龙江省第二、三积温带栽培的高产品种。
        详情见网页:http://www.genetics.cas.cn/ydhz/zwxpz/
 
        (3)  品种名称:金黄稻3
        申请国家:中国(申请号:20170217.6)
        品种特征:改良了空育131的产量和生育期性状,导入了穗长和晚熟分子模块。该品种为适合黑龙江省第一、二积温带栽培的高产品种。
        详情见网页:http://www.genetics.cas.cn/ydhz/zwxpz/
 
        以越光为底盘的改良品种:
        (1 品种名称:Koshihikari H1
        授权国家:日本(专利号:18114),中国(申请号:20090280.8),美国(申请号:200900321)
        品种特征:改良了“越光”的PSR1基因。PSR1基因是控制水稻组培再生能力的基因。“越光”品种因其再生能力差,不利于对其进行基因转化和基因功能研究。该品种的选育目的是将Koshihikari改变成易于转化再生的新品种,以便于研究不同基因在Koshihikari中的功能。
 
        (2 品种名称:Koshihikari Kazusa 3
        授权国家:日本(专利号:19050),中国(申请号:20080259.3),越南(申请号:20080007),美国(申请号:200800228)
        品种特征:改良了“越光”的抗倒性和产量。“越光”的主要缺点之一是易倒伏。通过导入控制水稻株高的sd1基因,成功地改良了Koshihikari的抗倒性。此外,为了提高“越光”的产量,将“越光”中控制穗大小基因换成籼稻中的大穗等位基因gn1a,使其产量提高了20%。加上抗倒伏,改良的Koshihikari Kazusa 3号比传统的Koshihikari 产量提高了40%。
 
        (3 品种名称:Koshihikari H2
        授权国家:日本(专利号:18115),中国(申请号:20090279.1),美国(申请号:200900322)
        品种特征:改良了“越光”的gn1a 基因(gn1a 基因调节穗大小)。“越光”虽然米质优良,产量却很低,为了改良这一缺陷,将“越光”的gn1a位点换成籼稻大穗gn1a基因,使其产量提高了20%。
 
        (4 品种名称:Koshihikari H3
        授权国家:日本(专利号:18122),中国(专利号:20060804.5),越南(专利号:20070009),泰国(申请号:37/2552),ED(专利号:27822),美国(专利号:20070037)
        品种特征:改良了“越光”的Hd1基因(Hd1基因控制水稻抽穗期)。 “越光”是适合温带栽培的水稻品种,只能在北纬35-37.5°之间种植。通过将“越光”的Hd1基因换成了国际水稻研究所品种的Hd1基因,育成了新的改良品种Koshihikari H3号,最南可种植到越南南部(北纬10度),产量比未改良Koshihikari品种提高30%。
 
        (5 品种名称:Koshihikari H4
        授权国家:日本(专利号:18123),中国(申请号:20080258.5),美国(申请号:20080227)
        品种特征:改良了“越光”的sd1基因(sd1基因控制水稻株高)。“越光”在水稻生产上使用了五十多年,易倒伏一直未被克服。林少扬研究员第一次成功地在不改变“越光”的米质的前提下,改良了Koshihikari的抗倒性。改良品种比原品种产量提高了15%。
 
        (6 品种名称:Koshihikari Kazusa 1
        授权国家:中国(专利号:20070327.7),越南(申请号:20070026),泰国(申请号:38/2553),ED(专利号:28203),美国(申请号:200800056)
        品种特征:改良了Koshihikari H3 号的sd1基因。Koshihikari H3号在越南南部Long-Xuyen生产表现良好,我们进一步用sd1基因改良其抗倒性,并培育成了Koshihikari Kazusa 1号。越南南部Long-Xuyen实验结果表明,新品种比原有品种最高可提高50%产量。
 
        (7 品种名称Koshihikari Kazusa 4
        授权国家:日本(专利号:20026),中国(申请号:20090320),越南(申请号:20090319),美国(申请号:20090320)
        品种特征:改良了Koshihikari Kazusa 1号的大穗基因,成为新的高产品种。
 
         8 品种名称Koshihikari H5
         授权国家:日本(申请号:23703)
         品种特征:通过导入早熟基因QTS14,改良了“越光”的抽穗期。
 
         9 品种名称:Koshihikari H6
         授权国家:日本(申请号:23704)
         品种特征:通过导入晚熟基因Hd1改良了“越光”的抽穗期。
 
        除了以上已得到知识产权的品种外,还有其他品种(如Koshihikari Kazusa 2号,Koshihikari Kazusa 5号,Koshihikari Kazusa 6号,Koshihikari Kazusa 7号,Koshihikari Kazusa 8号等)正在审查中,均为改良和升级Koshihikari各种性状的新品种。
 
        2.    专利
        (1)   专利名称:田间收脱谷瓶
        专利号:ZL201520920124.1
 
        (2)专利名称:粮食作物除雄器
        专利号:ZL201620313299.0
 
        (3)专利名称:植物新品种的制造方法
        专利号:PCT/JP09/062392,WO2010/005005 
 
        (4)专利名称:用于增加谷物产量的基因及其用途
        专利号:PCT/JP03/14434,WO2004/044200
 
        (5)专利名称:Plant information management system and plant information management method
        专利申请号:日本(2008048124),US(Pub.No.:US2009/0222478A1)
 
        (6)专利名称:水稻早熟开花的方法
        PCT专利申请号:PCT/JP2011/056551, 2011513769
 
        (7)专利名称:水稻开花的细微调节方法
        PCT专利申请号:PCT/JP2011/056548, 2011513784
 
        (8)专利名称:新品种以及植物品种的鉴定方法
        专利申请号:2008-176934

3. 论文

张晓慧, 冯晓敏, 林少扬* (2017). 水稻主栽品种空育131抗稻瘟病位点的扫描及其基因组重构建. 植物学报, 52 (1): 30-42

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