随着世界人口的快速增长，至2050年粮食产量或将增加50%才能完全满足需求。与此同时，近年来世界气候变化加剧，全球气候变暖、极端天气频发等都为粮食安全带来了巨大挑战。在此背景下，如何进一步提高作物单产成为亟待解决的严峻问题。
中国科学院种子创新研究院／遗传与发育生物学研究所李家洋院士团队首次提出了异源四倍体野生稻快速从头驯化的新策略，旨在最终培育出新型多倍体水稻作物，从而大幅提升粮食产量并增加作物环境变化适应性。相关研究成果2021年2月4日发表于《细胞》。
李家洋提出的异源四倍体野生稻快速从头驯化策略“蓝图”一共分为四个阶段。第一阶段，是在全球范围内收集并筛选综合性状最佳的异源四倍体野生稻底盘种质资源。
他们通过与国内外同行合作、整理已有的种质资源，确定了具有最大生物量及最强胁迫抗性的目标材料“CCDD型”，一共收集了28份异源四倍体野生稻资源，并通过对组培再生能力、基因组杂合度及田间综合性状等进行系统考察，筛选出一份高秆野生稻资源作为后续研究的基础，并将其命名为多倍体水稻1号 （PPR1）。
第二阶段，研究团队历时近4年突破了三大技术瓶颈，建立野生稻快速从头驯化技术体系，包括高质量参考基因组的绘制和基因功能注释、高效遗传转化体系和高效基因组编辑技术体系。
通过团队的不懈努力，PPR1遗传转化效率可达80%，转化苗再生效率最高达40%以上。研究人员利用最新的测序技术及基因组组装策略，组装完成了首个异源四倍体水稻参考基因组，该基因组大小为894.6Mb，是栽培稻的两倍左右，共注释出了81000多个高可信度基因，并进一步系统分析了四倍体水稻的基因组特征。
功能基因组的解析为下一步对重要农业性状进行快速驯化打下了坚实基础。第三阶段——品种分子设计与快速驯化，包括重要农艺性状基因注释及基于基因组信息的品种分子设计、重要农艺性状基因的功能验证、多基因编辑和聚合以及田间综合性状评估等。
研究人员还进一步验证了这一设想的可行性，他们注释了栽培稻中10个驯化基因及113个重要农艺性状基因在异源四倍体野生稻中的同源基因，系统分析其同源性，并进一步对PPR1中控制落粒性、芒长、株高、粒长、茎秆粗度及生育期的同源基因进行了基因编辑，成功创制了落粒性降低、芒长变短、株高降低、粒长变长、茎秆变粗、抽穗时间不同程度缩短的各种基因编辑材料。■
