芝麻資源種子顏色多樣性
張秀榮
“芝麻大點的小事”常用來形容微不足道的事情，芝麻因“小”并不受關注。在我國種植業結構中，芝麻作為小作物也常被人忽視。然而，小小芝麻卻是“舌尖上的中國”里無比重要的存在，由芝麻加工的食品就有600多種；我國同時也是芝麻的生產和消費大國。
近日，由中國農業科學院油料作物研究所研究員張秀榮主持完成的“芝麻種質基因庫的構建、發掘與育種應用”科研成果榮獲2016年度湖北省科技進步獎一等獎?？梢哉f，小芝麻做出了大成績。
經過30多年的科研“長跑”，這項成果實現了芝麻全基因組精準發掘和分子育種技術重大突破，為我國芝麻育種和產業發展提供了戰略資源，標志著我國在芝麻研究領域躍居國際領先行列。
供不應求：發展空間巨大
在我們的日常生活中，芝麻隨處可見，有著諸多“妙用”，既可以榨油，也可以用來制作美味的菜肴和糕點，比如芝麻小磨香油、芝麻醬、芝麻餅、芝麻酥等。我國食用芝麻歷史悠久，已有2000多年的歷史。
由于自身的特性，芝麻的主產地分布在我國江淮和黃淮流域等，比如河南、湖北、安徽、江西、河北、湖南、四川等省。
芝麻是我國主要的油料作物之一，“我國芝麻單產和總產量均居世界最高，而且品質最好。”張秀榮在接受《中國科學報》記者采訪時表示。
因飲食習慣和人口眾多，近年來，國內市場對芝麻的需求量也逐漸旺盛起來。2016年，我國芝麻的總消費量已達到140萬噸，但總產量只有60萬噸左右，其余缺口需要依靠進口，進口量已突破80萬噸。
張秀榮表示，目前我國芝麻平均畝產80公斤左右，遠遠高于世界平均水平。我國雖是芝麻主要生產國，但總體產量偏低、發展空間巨大，這其中的關鍵點就是優異品種的選育。
產業要發展，品種要先行。張秀榮帶著這個理念，開始了長達30多年的科研“長跑”，從育種入手，逐漸打開了“寶庫”之門。
從零開始：創造科研奇跡
從上世紀70年代開始，我國就已經開始了芝麻的雜交育種研究，逐漸培育了一批新品種，比如“中芝7號”，產量、品質和抗性都得到了改善。
不過，一些隨之而來的問題也困擾著科研人員。
種質資源是我國不可替代的戰略資源，作物育種成效很大程度上取決于掌握、發掘和利用種質資源的程度。
“芝麻是我國優勢特色油料，但因芝麻種質數量少、農藝性狀鑒定粗放、基因組信息不清、缺乏功能標記，導致育種可用親本種質匱乏、育種技術落后、效率低，成為制約我國芝麻耐濕抗病高油高產品種選育和產業發展的重大瓶頸。”張秀榮說。
要想邁過這道坎，收集到足夠齊全的種質資源是十分重要的一步。為此，張秀榮帶領著團隊在全國各地開始收集各種芝麻種質，他們的足跡遍布全國30多個省區市。不僅如此，他們還通過多種途徑從國外收集和引進種質資源。
雖然過程十分困難，張秀榮仍然帶領著團隊堅定不移地走下去。最終他們廣泛收集整理覆蓋全國30個省區市和世界五大洲芝麻種質7910份，編目300645條，精準鑒定耐濕抗病品質55435項次，發掘出優異種質452份，構建了全球數量最多、覆蓋范圍最廣、信息量最大的芝麻種質庫，創建了首個芝麻核心種質。“芝麻種質庫建立以后，能夠為我國的育種提供優異基因資源。”張秀榮表示，在芝麻種質庫的基礎上，團隊開始對芝麻基因組進行測序，尋找其中規律，加以深化利用。
芝麻作為小作物，相關研究基礎非常薄弱，“我們的各項工作幾乎都是從零開始。”張秀榮說。從2012年到2014年，團隊攻堅克難，率先完成了芝麻全基因組測序，探明了基因組結構，注釋基因27148個，繪制了全球首張精細物理圖譜，并構建了首個芝麻基因信息庫，破解了芝麻的遺傳密碼，引領芝麻種質由表型鑒定向基因組信息研究的跨越。
不僅如此，張秀榮還將他們的研究結果向全世界公開，大規模重測序獲得540萬個SNP變異位點，創建芝麻基因組、變異組和功能基因組3個共享大數據網站，公開數據量819.3G，搭建了基因信息應用平臺。
除此之外，團隊還發掘出一批重要農藝性狀主效QTL和新基因，實現了芝麻全基因組精準發掘和分子育種技術重大突破。他們開發全基因組SSR標記7200個，構建了首張高密度遺傳圖譜，首次發現SiPPO、SiNST1和LTP1基因調控含油量的新機制，發掘出耐濕抗病高油高產主效QTL 77個、新基因46個，突破了芝麻分子育種的技術瓶頸。
這些成就為芝麻研究提供了關鍵材料和優異基因資源，促進我國芝麻的育種研究和基礎性研究取得突破，為我國育種和產業發展提供了戰略資源，為全球的芝麻分子生物學研究和功能基因挖掘奠定了重要的基礎。
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多年來，項目組育成的耐濕抗病高油高產17個新品種，在江淮和黃淮主產區累計應用7625.2萬畝，覆蓋兩大產區65%，創社會經濟效益93.3億元。
盡管芝麻育種研究已經收獲了好成績，但張秀榮仍不停下腳步，她將帶領著團隊繼續加強芝麻種質資源的收集，在原始創新上有所突破，瞄準產業需求，運用現代新技術，挖掘出芝麻更多的“潛力”。
“我們想根據實際生產需求，解決一些個性化問題，實現定向育種。”張秀榮說。
此外，河南、安徽和湖北等江淮地區是我國芝麻主產區，芝麻生長季節正逢雨季，雨量大而集中，漬澇害問題一直存在。而在山西、陜西和內蒙古等西北地區，吉林等東北地區，江南秋播地區，干旱問題則比較嚴重。“這都需要我們從育種上有重大突破，能夠培育出抗澇性、抗旱性的優良品種。”張秀榮表示。
在定向育種方面，團隊還瞄準了我國鹽堿地資源。面對土地資源越來越緊缺的現狀，培育出抗鹽堿品種，充分把鹽堿地利用起來，是團隊研究的重點。
此外，張秀榮還在挖掘芝麻其他的特性和作用。芝麻營養十分豐富，其特有的抗氧化成份芝麻素具有治療癌癥及心血管疾病等功效。芝麻除了油用，還能在醫藥、工業生產等方面“大展拳腳”，用途十分廣泛。
“最近，我們正在研究不同花色的芝麻，開發觀賞芝麻，發展觀賞農業，這也是比較有特色的地方。”張秀榮介紹。
“未來我希望和全國同行一起，經過‘十三五’的努力，取得更多重大突破。”張秀榮說。
