育種技術(shù)
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| 水稻育種進(jìn)入分子時代 |
| 瀏覽量：3588次 發(fā)布日期：2016/10/18 11:05:56 |
| 4月22日，農(nóng)業(yè)部發(fā)布了《中國農(nóng)業(yè)展望報告（2016—2025）》，報告指出，“十三五”期間以及未來10年，中國稻谷生產(chǎn)將進(jìn)入高水平穩(wěn)定發(fā)展期，并預(yù)測“能夠完全確保谷物基本自給、口糧絕對安全目標(biāo)”。 記者注意到，在“口糧絕對安全”有保障的表述下，報告同時提及，2016年中國稻米種子用量基本持平，展望期間，種子消費(fèi)穩(wěn)中略減。“培育創(chuàng)新品種，提升競爭力，是挖掘糧食生產(chǎn)新潛力的重要措施?！敝袊N子協(xié)會秘書長李立秋告訴羊城晚報記者，種子是國家糧食安全的“命門”，當(dāng)前創(chuàng)新能力和持續(xù)發(fā)展能力不足依然是中國多數(shù)種子企業(yè)的最大短板，有關(guān)部門必須高度重視種業(yè)“小而散”的發(fā)展現(xiàn)狀。 事實(shí)上，1996年農(nóng)業(yè)部啟動“中國超級稻育種計劃”至今，20年間，水稻育種經(jīng)歷了從傳統(tǒng)田間地頭的雜交育種到現(xiàn)代實(shí)驗室的分子育種的“精準(zhǔn)革命”。如何提升水稻育種創(chuàng)新能力和可持續(xù)發(fā)展能力，牢牢掌控中國糧食的“命脈”，已然成為國家戰(zhàn)略層面的重要話題。 A 育種 革命: 超級芯片精準(zhǔn)描繪“基因指紋” “我們的育種芯片已經(jīng)升級到了3.0版，提高了基因的密度，有效擴(kuò)大了功能基因的檢測范圍?！?月23日，中化集團(tuán)下屬中國種子集團(tuán)中國種子生命科學(xué)技術(shù)中心副主任、作物育種技術(shù)創(chuàng)新與集成國家重點(diǎn)實(shí)驗室主任周發(fā)松接受羊城晚報記者采訪時稱，隨著更高密度水稻基因芯片的成功研制，農(nóng)作物育種正在發(fā)生從傳統(tǒng)的“經(jīng)驗育種”向“精確育種”的革命性變革。 他所說的芯片，是一張長8厘米、寬2.5厘米、厚度不到0.2厘米的薄薄芯片，這是全球首張水稻全基因組育種芯片，也是中國自主知識產(chǎn)權(quán)的首張育種超級芯片。 2010年，周發(fā)松回國加盟中國種子集團(tuán)有限公司，參與創(chuàng)建中國種子生命科學(xué)技術(shù)中心，擔(dān)任基因組育種部總監(jiān)。同一年，他帶領(lǐng)團(tuán)隊開始研發(fā)水稻全基因組育種芯片。“在傳統(tǒng)育種中，根據(jù)作物的田間表現(xiàn)觀察性狀是很有限的，育種家想要了解作物帶有哪些基因，要借助一定的生物檢測工具。在此之前，中國只能檢測少數(shù)基因，基因組水平上的檢測做不到?！敝馨l(fā)松說。 研發(fā)團(tuán)隊在已破譯的將近4萬個水稻功能基因中，把每一個基因特定的指紋序列通過大數(shù)據(jù)分析選出來，設(shè)計成分子檢測探針。“固定到直徑為兩微米的微珠上，將6000多萬個微珠有序地排列到一個小小的玻璃片上的方格里，制成了我們的育種芯片”。 在工作人員向記者展示的芯片中，可以看到兩排共24個玻璃小方塊整齊排列其上，每個小方塊的大小不到0.1平方厘米，這樣一塊芯片可以同時檢測24個樣品。 據(jù)介紹，將待檢測的水稻品種的DNA抽取出來，與芯片上的探針進(jìn)行反應(yīng)，通過對信號的掃描和計算機(jī)分析，育種家們就能知道檢測品種里面帶有怎樣的基因組成。 “就像抽血化驗，以前一次抽樣只能檢測一兩個指標(biāo)，現(xiàn)在可以檢測成百上千個指標(biāo)。”談到育種芯片的作用，該中心基因組育種部喻輝輝博士這樣比喻，通過高通量分子標(biāo)記篩選技術(shù)，育種芯片可以對種質(zhì)資源進(jìn)行快速分析和篩選，“在實(shí)驗室就可以快速排除95%以上的非目標(biāo)單株，避免了大量的田間篩選工作，這樣選育一個新品種，時間可以從過去的七八年縮短到三四年”。 與此同時，周發(fā)松和他的團(tuán)隊還著手建立了中國水稻品種基因指紋數(shù)據(jù)庫，幫助育種家迅速認(rèn)出每一粒水稻的“前世今生”。 “它的工作原理相當(dāng)于給每個水稻品種做一張身份證，標(biāo)示好各種指標(biāo)參數(shù)，就可以通過計算機(jī)進(jìn)行查詢。”周發(fā)松介紹稱，這樣的“身份證”將實(shí)現(xiàn)種子管理和作物育種由原有的描述性階段過渡到數(shù)字化研發(fā)階段，使育種家能夠共享種質(zhì)材料和基因資源的同時，也能夠?qū)崿F(xiàn)育種中間成果的商業(yè)化交易，從而有效地交流、整合育種資源，提高育種效率。 綠色超級稻可預(yù)見的未來？ B “量身”定做： 目前，超級芯片已應(yīng)用到國內(nèi)最先進(jìn)的綠色超級稻研發(fā)中。 “我們在超級稻的基礎(chǔ)之上改良抗稻瘟病性，已經(jīng)培育了十多個品系，開始進(jìn)行試驗示范?！敝馨l(fā)松透露，借助水稻全基因組育種芯片“精準(zhǔn)制導(dǎo)”，其團(tuán)隊通過雜交、回交等常規(guī)育種手段，歷時4年，將稻瘟病抗性基因匯集到骨干親本品種中，在提高抗性的同時盡量不帶入其他不好的基因，以保證原有骨干親本品種各種性狀不發(fā)生改變。 據(jù)了解，這一技術(shù)體系除可針對稻瘟病抗性進(jìn)行定向改良外，還可針對水稻抗病、抗蟲、粒型、香型、膠稠度和生育期等進(jìn)行精準(zhǔn)的定向改良。 “未來隨著育種技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，根據(jù)各地光溫條件不同，‘量身定做’最合適的綠色品種也是可能實(shí)現(xiàn)的?！敝馨l(fā)松表示，綠色超級稻育種的目標(biāo)是少打農(nóng)藥、少施化肥、節(jié)水抗旱、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，育種新技術(shù)的發(fā)展將逐漸破解傳統(tǒng)育種技術(shù)中綠色性狀高效遺傳改良的難題。 事實(shí)上，大數(shù)據(jù)時代帶來了豐富的基因數(shù)據(jù)和專業(yè)化分工變革，讓這一“量身定做”的夢想變得并非遙不可及。 2005年，中國水稻研究所正式上線的“國家水稻數(shù)據(jù)中心”，2015年，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院等聯(lián)合啟動“云之稻”項目，推動水稻基因組數(shù)據(jù)全球共享，同年，華大基因宣布與美國企業(yè)共建全球水稻非轉(zhuǎn)基因遺傳資源數(shù)據(jù)庫。 “水稻功能基因數(shù)據(jù)庫不僅可以查詢基因的功能，也提供了眾多育種上有利基因的連鎖標(biāo)記，以及等位基因在大品種中的分布，為分子輔助育種提供了參考?！敝袊狙芯克毖芯繂T鄂志國告訴羊城晚報記者，這些海量數(shù)據(jù)的應(yīng)用，為進(jìn)一步規(guī)?；诰蚺c解析作物重要功能基因夯實(shí)了基礎(chǔ)，也有力地推動國內(nèi)育種水平邁上了一個新臺階。 與此同時，商業(yè)化育種技術(shù)體系也初步建立起來，分段式育種流水線把育種過程分成了多個環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了專業(yè)化分工。 C 分子 時代: 廣東分子育種走在全國前列 1996年，農(nóng)業(yè)部立項開啟了“中國超級稻”育種計劃，并于2005年開始實(shí)施超級稻新品種選育與示范推廣項目。截至2015年，通過農(nóng)業(yè)部認(rèn)定并示范推廣的超級稻共118個品種。 記者查詢國家水稻數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，118個超級稻品種中，由廣東選育出來的就達(dá)13種，位居全國前列；其中廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所選育的高達(dá)10種，僅次于選育了11個品種的中國水稻研究所。 “從實(shí)用性角度來講，水稻分子育種與常規(guī)育種緊密結(jié)合方面，廣東走在全國前列。”廣東省農(nóng)科院水稻研究所所長王豐告訴羊城晚報記者，隨著水稻功能基因組研究的不斷深入，大量控制水稻重要性狀的基因被標(biāo)記定位和克隆，為水稻育種走進(jìn)“分子時代”奠定了重要基礎(chǔ)。目前應(yīng)用最多、最有成效的是分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)，廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所很多水稻品種就是利用分子標(biāo)記輔助選擇育種技術(shù)創(chuàng)制出來的，有些品種已開始在生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用。 D 創(chuàng)新 難題: 育種背后的國家戰(zhàn)略“現(xiàn)代水稻科學(xué)需要兼容并蓄?！敝袊茖W(xué)院院士、國家水稻產(chǎn)業(yè)體系華南稻區(qū)崗位專家謝華安稱，中國作為水稻大國，超級稻不光追求絕對高產(chǎn)，更多的應(yīng)該培育豐產(chǎn)性、抗性、優(yōu)質(zhì)性和適應(yīng)性“四性”較高的水稻良種。 在他看來，隨著人民生活水平的逐步提高，在保證一定豐產(chǎn)性的條件下，培育中高檔優(yōu)質(zhì)稻顯得尤為重要；同時，隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)，人口進(jìn)入老齡化，農(nóng)村青壯年勞動力越來越少，又對水稻育種提出了適于輕簡化栽培和機(jī)械化的更高要求。 2011年，國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)作物種業(yè)發(fā)展的意見》，首次明確了農(nóng)作物種業(yè)的地位，即種業(yè)是國家戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性的核心產(chǎn)業(yè)，是促進(jìn)農(nóng)業(yè)長期穩(wěn)定發(fā)展、保障國家糧食安全的根本。 今年的中央1號文件中，再次出現(xiàn)了“種業(yè)”的身影，同時明確要求“提升種業(yè)自主創(chuàng)新能力，保障國家種業(yè)安全”。在“十三五”規(guī)劃綱要中，亦明確要求“發(fā)展現(xiàn)代種業(yè)，開展良種重大科技攻關(guān)，實(shí)施新一輪品種更新?lián)Q代行動計劃，建設(shè)國家級育制種基地，培育壯大育繁推一體化的種業(yè)龍頭企業(yè)”。 種業(yè)毫不意外地被認(rèn)為是迎來了“黃金發(fā)展期”，但隱憂依然明顯。 在業(yè)內(nèi)人士看來，全球前10大種業(yè)公司已有8家在中國設(shè)立分支機(jī)構(gòu)，國際種業(yè)公司紛紛搶灘登陸中國市場，我國部分種子企業(yè)面臨市場份額被蠶食、自主品種被外國種子代替等外部壓力，與此同時，種子企業(yè)“小而散”的現(xiàn)狀也嚴(yán)重制約了育種的創(chuàng)新能力。 中國種子協(xié)會秘書長李立秋告訴記者一組數(shù)據(jù)：“我國有4700多家種子企業(yè)，但有自主創(chuàng)新能力的只有100多家，而從大宗作物（玉米、水稻、棉花、小麥）來看，真正有創(chuàng)新能力的只有70多家，創(chuàng)新能力和可持續(xù)發(fā)展能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足?！?/span> 而在鄂志國看來，盡管大數(shù)據(jù)技術(shù)為分子育種提供了可能，但與國外的大型種業(yè)公司相比，我國的種業(yè)信息化還處于建設(shè)期。他認(rèn)為，眾多的科研單位和中小公司仍主要依賴常規(guī)育種手段，僅有極少數(shù)大型公司和單位有能力進(jìn)行大數(shù)據(jù)育種的研發(fā)。 多位育種專家建議，國家應(yīng)引導(dǎo)、扶植中小企業(yè)“抱團(tuán)發(fā)展”，同時培育3到5家具有研發(fā)能力和市場營銷能力的重點(diǎn)龍頭企業(yè)，保持國家對種業(yè)的主導(dǎo)權(quán)和控制權(quán)。同時，進(jìn)入國際市場，參與國際種業(yè)競爭。 據(jù)悉，國務(wù)院已啟動實(shí)施現(xiàn)代種業(yè)提升工程，“十三五”期間，我國將加快現(xiàn)代種業(yè)發(fā)展和種業(yè)強(qiáng)國建設(shè)步伐，力爭到2020年，有兩三家企業(yè)邁進(jìn)全球種業(yè)10強(qiáng)行列，國內(nèi)10強(qiáng)、50強(qiáng)種業(yè)市場集中度分別達(dá)到30%和50%以上。 相關(guān)人士透露，農(nóng)業(yè)部、發(fā)改委等國家有關(guān)部委對此已有初步規(guī)劃，將加大國家財政對種業(yè)研發(fā)的支持力度。 |
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