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分子模塊設計育種科VR虛擬實境技體系

分子模塊是功能基因及其調控網絡的可遺傳操作的功能單元。由于復雜性狀是基因與基因、基道具製作因與環境互作的產物，多數農藝（經濟）性狀受多基因調控，并具有“模塊化”特性。因此，需綜合運用分子生物學、基因組學和系統生物學等前沿生物學全息投影研究的最新成果，對控制生物復雜性狀的分子模塊進行功能研究；采用計算生物學和合成生物學等手段將這些模塊有機耦合，開展理論模擬和功能預測，系統地發掘分子模塊互作對復雜性狀的綜合調控潛力；記者會實現模塊耦合與遺傳背景及區域環境三者的有機協調統一，發揮分子模塊群對復雜性狀最佳的非線性疊加效應，有效實現復雜性狀的定向改良（圖 1）。因而，分子模塊育種是一項前瞻性、戰略性研究，是生命科學前沿科學問題與育種實踐的有機結合，是引領未來生物技術發展的新方向。

為此，2013 年 11月，中國科學院布局了戰略性先導道具製作科技專項（A類）“分子模塊設計育種創新體系”。專項整合了農業生參展物學和育種研究的優勢力量，共設置 4經典大圖 個項目、12 個課題、64 個子課題和 144 個任務專題，隊伍總規模為 2 100 余人。專項以水稻包裝盒育FRP種為主，小麥、鯉魚等育種為輔，利用野生品種、農家品種、主栽（養）品種以及優良種質資源，解析高產、穩產、AR擴增實境優質、高效等重要農藝（經濟）性狀的分子模塊，揭示分子模塊系統解析和耦合規律，優化多模塊組裝品種設計的最佳策略，建立從“分子模塊”到“品種設計”的現代生物技術育種創新啟動儀式體系，培育新型的超級農業生物新品種，從整體上推動我國生物育種技術的健康、快速發展，以滿足我國乃至世界農業發展的重大需求。

專項實大圖輸出施 5 年來，已初步建立從“分子模塊”到“品種設計”的現代生物技術育種創新體系，是顛覆傳統育種技術的大膽實踐和成功探索。攤位設計

模塊育種理論和技術創新方面。水稻耐寒分子模塊 COLD1 的深度解析闡明了作物感知低溫分子的機制，研究成果在 Cell 上以封面論文形式發表；水稻雜種優勢的遺傳機制研究成果有望將每一代雜交育種的時間從 8 年縮短至 3—5 年，并在 N開幕活動ature 上發表；水稻廣譜和持久抗稻瘟病模塊 Pig大型公仔m 深度解析研究成果在 Science 上發表，揭示了水稻廣譜抗病與產量平衡的表觀調控新機制，已被廣泛應用平面設計于抗病分子育種VR虛擬實境并大面積推廣包裝設計。

模塊育種實踐方面。已解析獲得有重要應用價值的分子模塊 67 個、分子模塊系統 43 個；已審定水稻、大豆、小麥和高產銀鯽新品種 15 個，其中國審品種 5 個；獲得生產試驗新品系 16 個，區試品系 6互動裝置5 個，預試品系 118 個。在長江中下游和黃淮稻區，“嘉優中科”1、2、3 號以及“中禾優 1 號”“中科鹽 1 號”等模塊新品種實現了水稻超高產、品質改良和沈浸式體驗抗性提升的完美結合（圖 2）。在東北稻區人形立牌，國審品種“中科 包裝設計804”在我國東北第一積溫帶和西北地區具有重大的推廣潛力（圖 3）；以“空育 131”為展覽策劃底盤育成的具有抗稻瘟病、耐冷、早熟及米香特性的水稻多模塊耦合新品種“中科 902”，有望解決當前黑龍江建三江地區 3 500 萬畝水稻抗病性退化和米質下降的瓶頸問題。國審品種“異育銀鯽中科 5 號”具有生長速度快（生長速度提高 18.20%全息投影）、抗病性強（發病成活率提高 13%）、魚刺少（肌間骨總數下降包裝盒 9%）等優點，模型有望在未來 3 年實現品種更新。

依托專項大型公仔的重大成果，在首席科學家薛勇彪研究員的指導下，專項總包裝盒體辦在《中國科學院院刊》組織了包含 8 篇論文的專輯，從水稻、小麥、大豆、大型公仔玉米、魚類等方面的育種成果對專項進行了概述，并介紹了作物表型檢測、種子切片等國內自主研發的分子育種相關設備，旨在展示我國在現代育種理論研究方面走在攤位設計世界前列的成果、大圖輸出追趕世界先進水平的技術應用，以及品牌活動“分子模塊設計育種”對指導未來作物遺傳改良的重大戰略意義。

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