塑造未来甘蔗：研究人员提出了理想的植物结构和育种策略

在4月8日发表在《分子植物》杂志上的一篇文章中，中国科学院遗传与发育生物学研究所（IGDB）的王兵教授和李佳阳教授领导的研究人员提出了“甘蔗理想植物结构”的创新概念，并讨论了其形成的挑战、机遇和策略。

甘蔗（甘蔗属杂交种）是世界上最具经济意义的作物之一，约占全球糖产量的80%和燃料乙醇的40%。提高甘蔗产量对于确保糖安全和促进生物经济发展至关重要。植物结构是形态发生过程中形成的三维结构特征，对作物产量有着深远的影响，因此是高产育种的核心要素。

然而，由于甘蔗基因组高度复杂、遗传背景狭窄、育种周期长等局限性，结构改良在甘蔗育种中的解剖和应用滞后，在提高产量方面留下了巨大的未开发潜力。

理想植物结构（IPA）是植物的形态和结构特征，使它们能够在给定的环境中实现最大的种群潜力。这一概念是由李家阳教授提出的，并通过在水稻中克隆IPA1基因得到了验证。它为各种作物的遗传改良和设计育种提供了指导和参考。

甘蔗IPA的形成必须围绕其生长特性和目标经济性状，包括最大限度地提高秸秆生物量、增加糖含量和适应高效的机械化收割。

所提出的甘蔗IPA包括六个关键性状：分蘖均匀，非生产性芽最少，茎粗直立，冠层结构优化，抗倒伏能力强，再生能力强，成熟时自发落叶。这些特征共同构成了高产、可持续和机械化友好型甘蔗生产的蓝图。

虽然甘蔗的理论产量潜力估计为每公顷380吨，但实际产量通常徘徊在每公顷80吨左右，这突显了通过结构优化提高产量的巨大机会。

基因组学、现象学和基因组编辑技术的最新突破为改善甘蔗结构提供了前所未有的机会。高质量的参考基因组和泛基因组研究为鉴定结构调控基因奠定了基础，基因组编辑技术能够精确调节多倍体甘蔗中的基因剂量。

重新驯化野生甘蔗种质可以快速开发出既具有理想产量性状又具有高抗逆性的新品种。通过设计进行分子育种可以有针对性地优化结构，并可以显著提高育种效率。人工智能通过整合多源数据和实现准确的表型预测，正在彻底改变甘蔗育种。

这些创新方法为缩小产量差距和加强全球糖安全提供了一条变革性途径。此外，甘蔗IPA概念为其他高生物量多倍体作物的结构改良和分子育种设计提供了有价值的参考。p