【育种MBA】专家建言：分子植物育种助推南繁种业转型升级
2021-09-29
分子植物育种助推南繁种业转型升级
Transforming and upgrading off-season breeding in Hainan through molecular plant breeding 为了加快育种进程，育种家采用了各种异地繁殖的方式，就是在目标环境不适合繁殖的条件下，到气温适合作物生长的地方，主要是海南，进行繁殖和加代，简称南繁。但由于异地环境条件与目标环境存在很大差异，一般无法在异地进行育种所需的各种表型评价选择。同时，由于育种材料通常处于分离时代，一般需要在目标环境和异地进行交替的穿梭育种，而不宜在异地进行连续两个或多个世代的繁殖。因此传统的育种方法极大地限制了南繁育种和选择。分子育种技术的发展为充分利用热带的光温资源、开展一年多代的南繁育种并进行有效的异地评价和选择创造了条件。分子标记辅助育种与其他现代育种技术相融合，将助推南繁种业从单一的繁殖加代向资源引进和评价、育种选择、纯度检测、种质交流和产权保护等在内的全产业链模式转变，实现从海南冬繁到周年育种的转变，将海南的南繁地理和生态优势转化为南繁与育种相整合的全产业链优势，加快育种进展、提高育种效率，促进种业发展。 近日，《中国农业科学》发表了由北京大学现代农业研究院、中国农业科学院作物科学研究所和石家庄博瑞迪生物技术有限公司几位专家组成的团队撰写的长篇评述。该文全面讨论了如何利用分子育种技术实现南繁种业的转型升级，内容包括海南地理生态优势与南繁种业现状，南繁种业转型升级的必要性和可能性，以及所面临的挑战和机遇。这一讨论关系到南繁科研育种基地建设，国家种业发展和粮食安全，值得相关专家、管理人员和政府决策机构参考。论文信息如下： 张兴平,钱前,张嘉楠,邓兴旺,万建民,徐云碧. 2021. 分子植物育种助推南繁种业转型升级. 中国农业科学54 (18): 3789-3804. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.001 论文全文可以通过以下链接下载（如下图）： https://www.chinaagrisci.com/CN/10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.001 文章在分析了海南地理生态优势与南繁种业现状之后，讨论了南繁种业的转型升级及其所需条件。实现南繁种业的转型升级有赖于异地选择观念的转变、国家相关政策的支持、分子育种平台的支撑、生物安全防控和品种保护制度的建立和完善、资源共享和交流机制的形成（表1）。 随后讨论了南繁种业转型升级之育种理论：数量和群体遗传、基因型和环境互作、分子设计和大数据构。分子设计包括微观水平的基因设计、代谢设计和网络设计，宏观水平的个体设计、群体设计和物种设计。论文首次正式提出了有关宏观和微观层次分子设计育种的战略设想（表2）。 高通量精准表现型鉴定、环境型鉴定、信息处理和网络技术、决策支撑系统等是南繁种业转型升级所需的育种平台。现代育种技术平台将在南繁种业转型升级中发挥关键作用。平台将推动异地选择（完成主要目标性状的异地评价、鉴定和选择）、分子检测（转基因性状的转移、基因编辑检测）、增规减耗（通过早期和播前选择增加规模、提高土地利用率、降低成本）、品种权利保护（品种真实性、实质性派生品种、品系和杂交种纯度检测）、DH 育种（单倍体筛选、早期淘汰和选择）、快速育种（通过控制环境条件加速植物生长发育、分子标记辅助的快速筛选和鉴定）、全基因组选择和预测以及开源育种（种质资源和信息资源的共享、交流和利用）。 分子检测技术以及标记辅助的选择使评价和选择不再依赖于特定的环境条件。过去四十年来，分子标记检测技术发生了革命性的变化，经历了从凝胶电泳到荧光检测、固相芯片和液相芯片的4G 发展过程。作为分子育种的核心支撑，现已发展了基于靶向测序-液相芯片的基因型检测（genotyping by target sequencing and liquid chip，GBTS-LC）技术，通过 GenoPlexs 可以实现高达 5000 对标记引物高度均一的多重 PCR 靶向扩增，而基于液态探针捕获的 GenoBaits，可以获取高达 40K 个目标位点（每个位点包含多个 SNP）。该技术具有平台广适性、标记灵活性、检测高效性、信息可加性、支撑便捷性、应用广普性，已成为分子育种中取代固相芯片的重要分子检测技术。关于靶向测序-液相芯片技术的详细介绍，请参考：徐云碧等 2020（中国农业科学 53: 2983-3004）和郭子锋等2021（Plant Communications 2: 100230）。 南繁种业转型升级需要建立完整的综合育种技术体系，也就是将各种现代育种技术整合在一起形成一条完整的链条。综合育种技术体系涉及多种育种方法的综合应用，包括常规育种程序以及在此基础上整合各种现代育种技术和方法及其优化和组合形式。要实现“海南育种，全国测试”，需要构建包括高效育种设施、快速育种、转基因和基因编辑技术、双单倍体育种技术、全基因组选择等在内的综合育种体系。随着各种技术的综合应用，育种周期缩短、遗传增益提升、育种效率提高、投入产出比增加。整合多种方法和技术的育种体系将变每年南繁一代为每年南育多代，同时大大降低品种的培育成本。为此，要倡导资源共享的开源育种模式，建设横跨动植物的共性方法、技术和平台，开展资源引进、监测和评价，构建种质资源指纹图谱，强化品种权保护、种子质量控制和纯度检测。希望借此推进有关南繁种业转型升级的公众讨论和政府决策，从而推进整个种业的科技进步和现代化。 今年12月2-4日将在三亚召开的第三届分子植物育种大会，就是以“践行分子育种，助推南繁种业转型升级” 为主题。希望这篇论文能够起到抛砖引玉的作用，引领国家南繁种业的创新发展。这次大会的全部报告人已经确定。目前正在征集青年科学家论坛的报告摘要，我们将从投稿的论文摘要中挑选8名青年专家作大会报告并颁发优秀报告奖。同时征集大会墙报，特别鼓励研究生和青年科技工作者积极进行墙报准备。我们将从投稿的墙报中评选优秀墙报奖并颁发奖励证书。 2021分子植物育种大会第一轮通知【践行分子育种 助推南繁种业转型升级】（点击查看） 大会网址（注册、青年科学家论坛摘要提交、墙报提交）： https://www.molecularbreeding.cn/（可点击下方“阅读原文”查看） 欢迎大家关注北京大学现代农业研究院举办的2021分子育种研修班（MBA），培训日期为11月14-26日，地点在山东省潍坊市峡山生态经济开发区北京大学现代农业研究院院区。（详细信息可点击下方可查看） 
