分子育种辅助

利用分子生物技术辅助育种的优势显著,其中高通量的二代测序技术和合成技术是核心技术。

过去,人们依靠传统育种方法获取作物新品种,其根据选择的特性确定植物亲本,然后通过杂交、回交或者直系筛选程序来完成。传统育种方法存在着极大的盲目性、经验性、不确定因素和长周期的问题。目前,世界遗传育种研究已从传统的常规育种技术进入依靠生物技术育种阶段。科学家已从单个基因的测序转为有计 划、大规模地检测水稻等重要生物体的基因图谱,全世界已有6000多项农作物方面的生物技术研究成果进入田间试验。所有这些都表明,未来世界种子产业竞争的焦点主要是生物技术,尤其是DNA(脱氧核糖核酸)标记辅助育种和基因工程。生物技术向人类展示了种业的巨大发展潜力,创造着农业革命的未来。

植物的分子遗传育种可谓系统的分子生物学工程,它是植物细胞学、植物生理学、传 统分子生物学、生物统计学以及传统遗传育种的综合体,是高通量分子遗传育种和传统遗传育种相结合的系统工程。分子育种简单地说就是在作物育种领域应用分子 生物学技术,其可概括为数量性状位点图谱(QTL mapping)或基因测序发现特殊基因位点(gene discovery)、分子标记辅助育种 (marker-assisted selection)、基因组筛选(genomic selection)以及基因工程 (genetic engineering)几个部分。

分子水平植物遗传育种的实施可帮助人们在最短的时间里实现下列目标:1.大大缩 短半野生群体转化为商业用新作物品种的时间和空间;2.让现存的作物品种尽快适应新的环境压力,如抗病虫害,以及满足人们对其营养成分和形态学的需 求;3.迅速地让那些来自相同种类的野生家系的、有价值的特性载入到现存作物中去;4.容许植物育种家直接操作那些高度复杂的植物特性,如杂种优势和花卉 类特性;5.能够对那些常常被忽略的孤生作物,如小米、山药、根类和块茎类作物等进行有效的遗传选育。

要实现作物分子遗传育种的目标,首要任务是要确定植物群体实际基因或基因片段的 表达与植物生理生化特性的内在关联程度。而这种关系的确立过程即是获得基因表达的数量性状位点图谱或相关图谱的过程。为获得数量性状位点图谱,需要经过选 择那些遗传上有着明显分离的作物亲本品系、获取能够区别不同品系的基因标记、借助先进的第二代测序技术进行DNA测序和利用统计技术确定可用来预测作物特 性表现型的DNA标记。

我们所建立的高通量分子遗传育种技术服务平 台是基于引进和吸收国际先进的技术和设备(如第二代和第三代测序技术设备等),利用常规育种的繁育基地,加速作物性状的筛选和定型。这个平台的建立能够为 植物遗传育种科研机构和种子企业等,根据不同作物、品种、品系以及相对应的特性,提供全方位高通量分子遗传育种服务。这些服务包括:基因标记物的筛选、标 记亲本筛选、高通量测序以及与之对应的作物分子遗传育种项目、高通量分子标记辅助育种、遗传数据分析、品种亲本筛选、种子品质鉴定和常规的品种比较试验等。