解锁花田里的“基因密码”
——纯黄早熟甘蓝型黄籽油菜育种记
【创新故事】
◎本报记者 俞慧友
春日的长沙，油菜花田宛如一片金色的海洋。
3月21日，记者来到农业农村部湖南油菜综合科研试验基地，湖南农业大学教授刘忠松及其团队正在地里忙碌着。
刘忠松左手轻轻握着一株油菜的花冠，右手用镊子熟练地摘除花朵，拔除还未开花的花骨朵的花萼、花瓣和雄蕊，涂上花粉，装上白色保护套，“去雄杂交”的一套流程顺利完成。一开春，他们就开始了新一轮品种选育繁育，这是第一步。
团队成员、博士杨柳告诉科技日报记者，油菜分白菜型、芥菜型和甘蓝型三大物种。自然界中前两者均存在黄籽植株的天然突变，但在甘蓝型油菜中尚未发现这种现象。传统的甘蓝型油菜存在抗病性差、耐旱性弱等问题，且油菜籽颜色偏黑，导致菜油颜色也不理想。因此，黄籽性状是油菜品质改良的重要目标之一。多年来，刘忠松带领团队专注于将其他油菜物种的优异性状导入甘蓝型油菜，希望培育出早熟高油的黄籽品种。
我国食用植物油自给率仅30%，其中油菜作为国产第一大油料作物，每年提供的优质食用油占国产总量的近50%。充分利用南方6000余万亩冬闲田发展早熟高油的黄籽油菜，将为国家粮油安全提供重要支撑。
寻找决定种色的关键基因
在岳麓山实验室油菜品种创制中心，刘忠松办公室外的走廊里，悬挂着一幅油菜黄籽基因精细定位和图位克隆图。
2011年，在捷克举行的第13届国际油菜大会上，刘忠松首次向业界讲述了这幅图里的成果。在基因测序技术尚不发达的年代，这项耗时10多年的研究成果引起了广泛关注。它不仅在技术上取得突破，更打破了传统的育种思维方式。
刘忠松的研究方向聚焦于芥甘种间杂交育种，即芥菜型黄籽油菜与甘蓝型油菜的杂交育种。最初，他主要研究种子的性状遗传，但进展缓慢。直到一次出国做访问学者的经历，让他的思维仿佛“重启”。
1998年，他决定从分子层面寻找黄籽油菜种子呈黄色的关键基因。刘忠松告诉记者：“如果能在基因层面取得突破，黄籽油菜品种选育的‘主阵地’有望从田间转移到实验室，育种时间也将大大缩短。”
然而，当时基因组测序技术还不成熟，也没有现成的油菜基因组序列可供参考。为了找到关键基因，团队每年都要前往甘肃等地开展试验，并通过手提肩扛的方式，将鉴定出的数千株黄籽油菜植株材料带上列车，搬回实验室进行基因分析。
没有捷径可走，他们就用图位克隆，即借助分子标记锁定并克隆特定基因的传统方法。经过无数次尝试和验证，不断缩小基因所在区域的范围，团队最终克隆出黄籽调控基因TT8，并首次组装出了芥菜型黄籽油菜全基因组。他们探明了TT8突变致使种皮不合成积累原花色素，导致种皮薄而透明、种子呈现黄色的分子机制。
“当时我们带着6名研究生，花了两个多月才‘钓’到关键基因。”刘忠松说。此后，团队又鉴定出芥菜型油菜开花期调控关键基因SRR1和适应区域，为黄籽早熟油菜育种提供了理论指导。
构建育种“新底盘技术”
找到关键基因后，团队的芥甘种间杂交研究变得顺利起来。刘忠松深信，如果能在育种中同时控制这些基因，就能获得稳定的黄籽遗传性状，这也将是油菜育种领域的重大突破。
团队又开始了艰难的探索。他们利用夏季长日照单向性杂交、甘蓝型油菜回交、杂种后代小孢子培养和强化性状选择等技术，从百余个芥甘种间杂交后代中，精心筛选出3株珍贵的黄籽甘蓝型植株。这3株植株，如同希望的火种，承载着团队的期望。
刘忠松萌生了一个念头，将基因定位克隆的成果应用于这3株油菜的进一步选育中。他创造性地提出了一套“新底盘技术”，其以“苗期黄籽基因型选择+种子发育早期香草醛染色鉴定法”为核心。这一技术将油菜育种选择周期从2代缩短到1代，选择准确率高达100%，彻底告别了全球业界对种子颜色性状的肉眼甄别时代。
通过目的基因在种间的稳定转移，团队培育出了具有稳定黄籽性状的甘蓝型黄籽油菜核心种质资源“黄矮早”，即黄籽、矮秆、早熟，填补了全球纯黄且遗传稳定的甘蓝型油菜种源的空白，为黄籽甘蓝型油菜育种提供了源头支撑。
刘忠松团队以“黄矮早”为亲本，成功培育出黄籽早熟系列油菜新品种，其中4个品种被农业农村部和湖南省列为主推品种。这些品种结出的油菜籽含油量从原有品种的低于42%，提高到了近50%；产油量则从亩产60公斤左右提高到90公斤以上，让油菜成功实现单产大幅提升。截至目前，这些品种累计推广8268.5万亩，促进农业增收超过189亿元。此外，团队研发的油菜播收机械及配套栽培技术，助力我国农业实现了黄籽油菜全程机械化高效生产，累计节本增效15.35亿元。
刘忠松自豪地说：“我们的研究不仅提升了油菜的产量和含油量，更让农民的收入大幅增加。”
丰富高油基因资源“储备”
1月31日，刘忠松联合国内外相关团队，在《美国科学院院报》上发表了攻关20余年取得的重大科研成果。该研究从分子水平揭示了黄籽油菜高油积累的“底层逻辑”，并阐明其起源于中国西南地区，为高油黄籽油菜育种提供了宝贵的基因资源“储备”。
“这些有关基因的基础研究成果来自我们对油菜的遗传溯源。”刘忠松说。
团队为培育出更多优良性状的油菜品种，长期致力于油菜遗传溯源研究，足迹遍布全国油菜种植省份。通过对我国特有芥菜型黄籽地方品种“四川黄籽”的追踪，团队构建了全球首个黄籽油菜高质量基因组，并对全球38个国家和地区的480份种质进行基因组重测序。研究发现，芥菜起源于西亚，后经3条路径向东传播，演化出6个不同类群。结合核基因组、胞质基因组分析及考古文献，团队重建了芥菜的起源和驯化历史。
“遗传溯源和基因技术结合，让我们不断鉴定出新基因，为不同用途芥菜的基因组设计育种提供基因资源和科学依据。”团队成员、湖南农业大学教授康雷说，这有助提高育种效率、加速育种进程。
近年来，团队不断破译基因新“密钥”，在油菜品种选育上持续向“高油”目标突破。2024年，团队新选育的短生育期、优质宜机收油菜品种“湘油228”，亩产油菜籽201.9公斤，产油量近100公斤，为南方三熟制地区油菜生产带来新希望。
2025年中央一号文件提出，“深入推进粮油作物大面积单产提升行动”“挖掘油菜、花生扩种潜力”。刘忠松表示：“下一步，团队将继续攻关聚合优良基因难题，培育出超高油、适应性更广的纯黄油菜品种，助力油菜产业迈向‘高产高油高效早熟’的‘三高一早’时代！”