近日，中国热科院生物所、热带作物生物育种全国重点实验室、福建农林大学阙友雄和吴期滨团队发表甘蔗育种技术与方法方面的综述文章，对甘蔗育种领域已取得的成就进行了概述，深入探讨了当下甘蔗育种面临的技术难题和方法策略，分析了当前存在的问题和面临的挑战，提出了未来甘蔗育种的发展思路和攻关方向，并对智慧育种的应用前景进行了合理展望。

甘蔗（Saccharum spp. hybrids）是世界上最具开发潜力的工业原料作物之一。甘蔗育种过程中，技术是要求，方法是途径。众所周知，种业是甘蔗产业发展的基石。近百年来，随着育种技术的进步和育种方法的拓展，甘蔗育种水平持续提升，甘蔗产量实现了跨越式增长，为人类的长足发展提供了大量必需的食糖和燃料乙醇。面对未来世界人口激增、可利用耕地减少及各种生物与非生物胁迫等威胁，同时针对甘蔗主栽品种遗传基础狭窄、品种退化严重、缺乏突破性新品种，以及育种周期长、优良基因聚合概率低等问题。现代甘蔗育种应该要紧紧抓住新兴的育种4.0良好机遇，以技术和方法为切入点，在甘蔗优异种质资源的收集、评价、创新和利用的基础上，充分利用全基因组选择、转基因、基因编辑、合成生物学等生物技术并结合云计算、遥感、深度学习和区块链等现代信息技术，实现甘蔗育种的跨越式和高质量发展。

图1 甘蔗育种的发展历程和未来

育种技术的革新推动了世界作物育种水平的跨越式发展。千百年来，世界农业育种经历了原始驯化选育（育种1.0时代）、杂交育种（育种2.0时代）、分子育种（育种3.0时代）和正从理论变为现实的智慧育种（又称智能设计育种，育种4.0时代）四个阶段。然而，甘蔗是遗传背景高度复杂的异源多倍体或非整倍体作物（2n=100-130, ~10 Gb），其品种改良十分困难且进程较为缓慢。迄今，国内外甘蔗育种家们通过杂交育种培育出了一批优良品种，如美国‘CP’系列、澳大利亚‘Q’系列、南非‘NCo’系列，以及中国台湾‘ROC’、广西‘GT’和‘ZZ’、云南‘YZ’、广东‘YT’、福建‘FN’，以及中国热科院‘ZT’等系列品种。特别地，中国甘蔗育种家采用粤糖00-236和云蔗94-345，杂交育成了蔗糖分峰值达20.3%的高糖品种云蔗08-1609，并在生产中获得了大面积的推广应用，这已经成为育种2.0的经典之作，也因其在育成过程中充分借鉴和融入了高糖基因表达和分子标记筛选等分子育种理念，成为育种3.0的一种有益尝试。然而，即使历经长期发展，甘蔗育种仍处于杂交育种（育种2.0）与分子育种（育种3.0）结合过渡的阶段。目前，智慧育种时代已悄然来临。把握当下，构建适应新时代的甘蔗智慧育种4.0体系—“种质资源+生物技术+信息技术+人才+政策”是重要且必要的。在深入挖掘“Saccharum complex”的优良种质资源和优异基因/连锁标记的基础上，通过自然变异和人工变异不断丰富和拓宽甘蔗遗传基础，培育具有突破性的甘蔗新品种，向“高产、高糖、抗逆、宜机化”的综合育种目标迈进。同时，加快甘蔗种质资源数字化进程，建立“种质-品种-种苗生产”的一体化育种平台，助力育种家积累和挖掘育种数据，提高育种的效率和准确性。在植物育种4.0时代，甘蔗有望在育种领域取得重大突破，为甘蔗产业可持续发展提供更多的优异品种。

图2 甘蔗育种4.0体系的建设框架

该研究成果以《Sugarcane breeding: a fantastic past and promising future driven by technology and method》为题发表于植物科学领域国际知名期刊《Frontiers in Plant Science》（中科院大类分区生物学二区TOP，IF=5.999）。中国热带农业科学院客座研究人员、河南科技学院园艺园林学院路贵龙教授为本文第一作者。国家糖料产业技术体系首席科学家、云南省农业科学院、热带作物生物育种全国重点实验室张跃彬研究员为共同通讯作者；中国热带农业科学院甘蔗研究中心主任、热带生物技术研究所、热带作物生物育种全国重点实验室、福建农林大学阙友雄研究员为本文通讯作者，中国热带农业科学院吴期滨副研究员在论文成稿中做出了重要贡献。河南科技学院园艺园林学院本科生刘溥瑞、中国热带农业科学院张树珍研究员和云南省农业科学院赵培方研究员参与了论文的策划和写作。研究受到热带作物生物育种全国重点实验室科研专项、国家重点研发计划、福建农林大学科技创新专项基金和农业农村部国家现代农业产业技术体系等项目的共同资助。

文章链接：https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1375934