2025年10月，国际水稻研究所（IRRI）公开发布了其水稻育种现代化的核心成果——Onerice育种框架，其宣称该框架已在IRRI及其合作伙伴的育种网络中全面落地。那么，今天我们来了解一下这个Onerice育种框架到底是个什么。
基于OneRice开发的优质水稻品种，以适应优先市场细分。图片来源于RcieToday。
01. 背景：遗传增益低增速育种体系各自为政
IRRI在20世纪60年代的绿色革命中发挥了关键作用，其培育的半矮秆品种IR8极大缓解了当时的粮食短缺问题。此后，IR36、IR64、IR74等一系列品种在米质改良和抗病性提升方面持续取得突破，Sub1基因的引入则解决了深水稻的完全淹涝耐受问题。这些品种至今仍在南亚、东南亚及东非和南部非洲的农田中种植，或作为骨干亲本持续应用于育种项目。
然而，最近二十余年间，IRRI水稻育种项目的遗传增益长期处于较低水平。公开育种体系普遍存在两难局面——新品种产量徘徊，老品种在农民田间长期占据主导，更新换代困难。
过去，IRRI的育种项目按生态类型和胁迫目标分散运作，包括灌溉稻、雨养稻、旱稻、耐盐、耐淹等分支，各有一套独立的策略和技术语言。这种模式导致协作受限、资源使用碎片化，现代育种工具的应用参差不齐，难以系统提升遗传增益。
正是在这一背景下，IRRI启动了为期十年以上的育种现代化进程，最终形成了目前全面推行的Onerice育种框架。
02. 重新定位育种框架从项目产出导向转向持久增益
育种框架与育种方案是两个需要区分但相辅相成的概念。育种框架是整体策略的顶层设计，规定了育种项目各组成部分如何整合与运行，变化周期较长，类似硬件系统。育种方案则是具体繁殖和选择流程的动态安排，随育种周期持续优化调整，类似软件更新。
Onerice框架从市场端出发，依次覆盖产品设计、种质创制、早期和晚期测试、种子系统交付等全部环节。其核心目标是提升遗传增益速率，其中遗传增益由群体遗传标准差、选择强度、选择准确度和周期长度四参数共同决定，也被成本这一第五参数所约束。
基于这一定位，框架提出了统一的育种语言和标准化操作规程，并建立了整合式共享服务平台（Breeding Operations Unit），涵盖杂交配制、快速世代推进、基因型检测、田间试验和数据管理等环节，以规模化运营提升单位成本的产出效率。
OneRice 育种框架及其相互关联组件的示意图。左上角展示了市场调研，捕捉需求和反馈以定义和更新产品概念。右上角展示了发现育种策略，暗示与常规育种计划相连，以部署新的等位基因和单倍型。中间绿色部分体现了基于种群改善的育种方法和主要在国际水稻研究院总部（IRRI-HQ）进行的育种计划。底部蓝色部分表示各地区高级产品测试及种子系统活动。最右侧的 IRRI 共享服务部分（橙色）展示了促进所有育种活动顺畅运行的育种运营共享服务单元。左侧竖屏白色框表示产品开发的关键阶段：产品开发、产品测试与推进以及产品交付。右侧竖屏白色方框表示参与产品开发步骤的主要参与者。NARES，国家农业研究与推广系统;RGA，快速发电推进;TPE，环境目标人群。
03. 市场细分驱动设计产品概要和目标环境先行
Onerice框架将市场研究作为产品开发的第一环节。通过系统调研，IRRI划分出24个市场细分，目前已有11个细分领域配置了专门育种管道。
每个市场细分对应一个产品概要，即该细分领域内新品种必须满足的性状指标和阈值标准。产品概要与目标环境群的组合构成了育种管道的技术边界。目标环境群是指G×E互作最小化的地理区域，用于最大化预测准确性，同时可根据管理需求适当调整区域边界。
在此设计下，育种不再是漫无目的地筛选好材料。每个管道都明确了对照品种和替换目标，新品种必须在特定区域内具备明确且可量化的竞争优势。
市场研究识别出若干个市场细分，在这些细分中，特定的水稻产品或品种更受青睐。现有产品的特征称为产品概况，其种植区域称为目标环境群。基于产品概况制定产品概念，作为育种目标。产品概念本质上是一份需要改良的性状清单，以有效替换基准品种。
04. 育种策略的核心闭环基于GEBV的群体改良
Onerice框架在育种技术层面采用群体改良策略，即以轮回选择为核心方法，每一轮从群体中挑选GEBV最高的个体进行杂交重组，推动全群体平均值持续上升。
与早期IRRI频繁使用农家种、供体材料与高产品种杂交的做法不同，新框架严格限制使用精英×精英的杂交策略。历史数据显示，精英×非精英杂交虽然能引入新变异，但其对群体均值的拉低效应远超过多样性带来的增益。群体中有效群体大小的控制也被纳入策略设计——IRRI灌溉稻项目的Ne值为22，理论上可支撑约22个育种周期，按每周期4年计算可持续约80年。
1X是Onerice框架中定义的最小育种单元，规定了从亲本数量、杂交组合数到各阶段筛选规模的标准化参数。1X管道设定20个新精英亲本和至少30个杂交组合、F₂阶段每组合240个单株、经MAS筛选后F₄阶段缩减至每组合约40个个体进入田间测试，总规模保持1200份材料并行推进。
1X育种方案流程图。示意OneRice育种框架中采用轮回选择的群体改良育种方案。每个矩形框表示育种活动步骤及建议数量。所示方案为3年育种周期，亲本基于多环境试验数据作为训练群体，在种子扩繁阶段根据预测的基因组估计育种值进行轮回。虚线箭头表示不同育种阶段所需的基因型或表型分析活动。低密度基因分型步骤用于10-20个性状特异性标记的标记辅助选择，中密度基因分型使用约1000个全基因组标记用于基因组预测。BLUP，最佳线性无偏预测；GS，基因组选择；RGA，快速世代推进。
05. 关键技术工具的组合应用RGA、MAS与GS
框架集成了三类核心分子育种工具，分别作用于育种流程的不同节点。
快速世代推进技术（RGA）使IRRI的育种项目能够在温室条件下每年完成3.5至4个世代，将传统3至4年的家系固定阶段压缩至1年。所有育种管道在F₁至F₄代均采用单粒传法进行快速推进，期间不进行表型选择，仅针对主要质量性状基因进行MAS筛选。
MAS被应用于F₃世代的低密度基因型检测，筛选2至3个目标质量性状基因座阳性的单株，使每组合规模从240株压缩至约40株，大幅降低进入多环境测试的材料成本。
GS则是框架实现早期预测和缩短周期的重要支撑。所有F₄世代的1200份材料均进行中密度（约1000个全基因组SNP标记）基因型分型。这些基因型数据与稀疏测试设计下获得的表型数据结合，通过统计模型计算GEBV，用于亲本选择、训练群体优化和跨环境预测。IRRI是少数将GS常规化运用于公共水稻育种项目的机构之一。
06. 预育种的系统化路径解决优异性状导入难题
产品概要对水稻育种的性状要求涉及40余项指标，包括13种非生物胁迫、16种病虫害、8项米质性状及3类农艺性状。然而，多数重要性状的优异等位基因在精英材料中完全缺失或出现频率极低。例如，Pi9、Pikh、Pi35、Xa21、Xa23、rymv1等抗性基因在IRRI精英群体中完全不存在，约20%的有用基因出现频率不足15%。
Onerice框架设计了两个阶段的预育种路径来解决这一问题。第一阶段为优势性状导入，通过标记辅助回交将目标基因精确导入精英背景，要求精英基因组恢复率超过95%，目标基因侧翼重组区间控制在1cM以内以降低连锁累赘。第二阶段为系谱扩增，将已导入目标基因的精英材料与广泛类型的精英品系快速杂交扩繁，在B₁F₄阶段即产出材料，确保每个育种管道都能获得适配本地遗传背景的高价值供体材料。
将主效基因的新等位基因渗入优良材料的策略。采用两阶段过程：部署阶段，将目标位点高质量单次渗入优良背景。扩增阶段利用部署产物，快速多样化含有新基因的优良背景。两者结合可使新基因在不损失产量或遗传增益的前提下，在优良育种计划中大规模部署。
07. 测试体系的标准化与网络化合作
Onerice框架彻底改变了IRRI过去主要在总部单点测试的做法，将早期和晚期测试全面迁移到目标环境群内，与各国的NARES合作伙伴共同实施。测试地点覆盖南亚、东南亚、东非和南部非洲多个国家，采用轮辐式网络模式运行。
1X管道的早期测试要求不少于6个地点，使用完全或部分重复的试验设计，最小小区面积5平方米，每试验设置约10个对照材料。稀疏测试设计下每个地点评估约200份材料，不同地点间材料集部分重叠，多数材料至少在1个环境中拥有表型记录。
一年期数据汇总后，通过年度联合晋升会议进行数据评审，依据GEBV从早期测试中挑选材料回归为下一轮亲本，依据表型BLUP将表现优异者晋升至晚期测试。晚期测试后表现最佳的材料被提名为国家品种试验参试品种。
通过田间试验晋升的产品将进入30个以上地点的较大规模农户试验。新品种对农民对照品种和对照品种的产量优势需超过10%，方可进入正式和简易种子系统的定位推广。
IRRI与国家农业研究与推广系统的轮辐式网络模型，包含南亚、东南亚、东非和南部非洲地区的多个合作伙伴。区域育种负责人与区域内不同国家的NARES合作伙伴定期互动协作。所示国家包括印度、孟加拉国、尼泊尔、坦桑尼亚、肯尼亚、布隆迪、马拉维、乌干达、埃塞俄比亚、莫桑比克、菲律宾、印度尼西亚、泰国、老挝、越南和柬埔寨。IRRI的合作伙伴网络不限于本图所列国家。
08. 从框架到实践新体系已产生可观测增益
Onerice框架的实施已推动IRRI育种体系的多个方面发生实质性变化。
全育种周期时间已被缩短至3年。目前已有一个育种管道实现了约1%的已实现遗传增益，高于历史估算水平。所有育种管道已统一使用一套方案语言和操作标准，共享服务平台实现了从杂交到数据管理的工作流标准化。
在数据基础设施层面，开源软件EBS作为中央数据库管理种质、试验和苗圃信息。全自动分析流程可实现单地点分析、多环境联合分析、育种值估算、选择指数构建和优化贡献亲本选择，并生成交互式HTML报告供育种团队和合作方使用。
种子健康单元负责从总部向各试验网络成员的种子出口全流程管理，包括进口许可获取、健康检测、检疫认证和跨国运输等环节。
09. 对其他作物的借鉴意义
尽管Onerice框架以自交水稻为主体构建，但其原则和技术架构具有向其他自花授粉作物和杂交水稻育种项目迁移的潜力。杂交水稻育种中，父本系和母本系的选育可参照现有自交系方案，仅需在早期测试阶段加入顶交测试、在GS模型中纳入非加性效应等调整。框架所定义的市场细分、产品概要、目标环境群、1X最小育种单元，以及数据处理和网络合作模式，均可作为其他作物育种项目优化设计的参考模板。
小编认为，Onerice育种框架值得国内借鉴参考，小作坊式育种已成过去式，工业化和规模化育种大势所趋，育种体系和流程的建立往往比育种技术本身更重要，当然也更难。
