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突破性品種研發離不開生物技術

時間:2013-08-20     來源:農民日報
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2011年,中國種子集團有限公司在業內率先搭建水稻分子育種平臺;近期又與隆平高科、神農大豐等11家種企聯合組建雜交水稻分子育種平臺,在帶動生物育種概念股沖破股市低迷的同時,也再次引發公眾對于生物育種新技術的關注。什么是生物育種?它和常規育種有什么不同?生物育種的發展,將給種業帶來哪些變化?帶著這些問題,本報記者采訪了中國種子集團有限公司基因組育種部總監周發松博士。

記者:什么是生物育種?生物育種技術和常規育種方式有什么不同?

周發松:生物育種是一個比較科普的說法。按我個人的理解,生物育種就是借助分子生物學技術,充分挖掘利用生物基因資源,培育高產優質、環境友好作物新品種的現代育種方法。它是包括細胞和組織培養、單倍體育種、分子標記輔助選擇、基因組育種以及轉基因育種等多種現代生物育種技術的一個總稱。

生物育種和常規育種最大的不同在于是否應用現代生物技術。常規育種是不需要現代生物技術輔助的育種方法,而利用現代生物育種技術培育出來的品種,卻同樣需要采用傳統育種方法進行田間測試,因此生物育種并不是對常規育種方式的背離與放棄,而是對傳統育種方法的完善和優化。

記者:和常規育種方式相比,生物育種有哪些優點?

周發松:相對于常規育種,生物育種主要有以下兩方面的優勢:一是導入傳統育種方法完全無法獲得的性狀,比如Bt抗蟲、Roundup-ready抗除草劑等;另一種是實現抗病、抗逆境(干旱、寒冷、高溫脅迫等)基因的精準導入,培育環境友好的綠色新品種。常規育種利用有性雜交技術將整個基因組的基因組合在一起,這其中有好的基因,也有不良的基因,這就使雜交育種具有很大的隨機性,而生物育種可以控制目標基因的導入和聚合,使新品種培育更精準。

生物育種還可以提高育種效率和性狀改良的針對性。常規育種方法培育一個品種,大概需要8-10年,而應用生物育種技術可以使育種時間縮短一半。此外,借助生物技術的方法,可以將田間試驗95%的工作量轉移進實驗室,試驗田規模只需常規育種的30%左右,從而提高田間試驗的質量和管理水平,使試驗數據更可靠。常規育種中一個雜交組合的F2代群體一般需要種植5000株,應用分子標記手段,種植250株就能達到同樣的實驗效果。

記者:生物育種技術的發展和應用,將會給我國種業發展帶來哪些變化?

周發松:現代生物育種與常規育種最本質的區別,就是在傳統育種中,育種家開展的是藝術性的研發,個人經驗起很大的作用,他們必須參與育種全過程,從產品研發的第一個環節做到最后一個環節。而現代生物育種是以生物信息為依據,以高通量分子標記技術為手段的科學創造,它需要進行專業化的分工和合作。這一方面是由于生物技術設備投資比較大,另一方面也是因為檢測的樣品量比較多,服務范圍比較廣。生物育種技術的發展和應用將改變我國課題組式的育種模式,進而推動商業化育種的興起。

美國也經歷了從常規育種向生物育種的轉變過程。上世紀80年代之前,美國也有很多育種家在不同的地方開展獨立的育種工作,但隨著一些小的育種公司逐漸被并購整合,出現了孟山都、杜邦等大型種業集團,這些種業集團控制了美洲乃至全球的種業市場。種業巨頭的出現,使生物育種技術得到了普及,生物育種工作得到了廣泛的開展。我國目前還處于種業公司整合的初期,需要多個企業乃至整個國家分工合作搭建大規模生物育種平臺;同時,生物育種的發展會加速種業的整合,因為掌握先進技術的公司競爭力會更強,而那些不掌握新技術、新品種的公司則會在競爭中被淘汰。

記者:2012年4月,中國種子生命科學技術中心研制出全球首個水稻全基因組育種芯片,這也是中國自主知識產權的首個育種超級芯片。為什么要創制育種芯片?

周發松:建設中國種子生命科學技術中心這一高端的研發平臺是中種集團著力打造商業化育種體系,開展種業創新,積極應對當前種業發展機遇和挑戰的重要舉措。

水稻全基因組育種芯片是種業競爭的核心技術,也是商業化育種競爭的焦點,它的研制成功實現了作物品種培育過程中一個關鍵性技術成果的重大突破,為我國開展商業化育種提供了重要技術支撐和保障。

過去20年基因測序技術和功能基因組研究得到了突飛猛進的發展,為生物育種提供了大量的技術和信息,然而基因測序是功能基因組的研究方法,屬于生物技術的研究領域,為了讓更多育種家能夠使用生物技術的成果,中種集團聯合水稻功能基因組研究優勢單位從已破譯的幾萬億水稻基因圖譜信息中,提取出有價值的近千萬條信息,繼而通過對比精選出對育種有幫助的標記植入育種芯片中,從而開發出實用的生物育種工具,使育種家操作更方便、分析更簡單、應用更有效。

簡言之,基因組育種芯片就是具有檢測生物個體功能基因的有效工具,它能夠幫助育種家整合多種育種資源,有目的地聚合多個功能基因。比如育種家要研究水稻某種抗病性,過去的做法是培養植株,然后讓它接種特定病菌,但這種方法需要嚴格的試驗條件,一次只能測試一項病菌,借助芯片就能夠在實驗室電腦上一次測試多種抗病基因;過去育種家培育新品種主要靠經驗,要等植株生長很長時間才能測試,通過芯片在實驗室就能考察各種基因特性,將抗蟲、抗病、高產、優質等基因組合在一起,“量身定做”出最優的品種。

利用基因芯片,可以對種質資源和品種進行基因指紋分析,進而構建基因指紋數據庫,使育種家能夠共享育種質材料和基因資源的同時,實現育種中間成果的商業化交易。這樣就能夠有效地交流、整合育種資源,提高育種效率。

記者:您如何評價當前我國生物育種技術的發展水平?加速生物育種技術發展,我國需要在哪些領域加強和改進?

周發松:在生物育種技術的基礎研究方面,我國與國際先進水平差距不大,有的領域甚至處于領先地位,但生物技術在新品種選育中的應用卻落后西方國家很多年,主要表現為很少有生物技術選育出的品種在市場上推廣,開展生物育種的育種家很少,種業企業還沒有建立起商業化育種體系。

國內發展生物育種,現在亟須在三方面加強和完善:一是生物育種研發的激勵機制。目前,國外生物育種研發中心很多,國內相關工作則剛起步,開展時間不長。建立一個高效率的生物育種研發中心,每年需要大量投入,連續5~10年才能見效。國外種業巨頭控制著巨大的市場,有能力建立起遍布全球的生物育種研發中心。而在我國,這么大規模、長時間的投入,還是需要國家建立以成果為導向的后補助以及市場化的激勵機制。所謂市場化的激勵機制,首先是盡早開放品種審定綠色通道,為新技術、新品種盡快應用到大田生產創造條件,其次為生物技術的應用提供政策支持。二是知識產權的保護機制。沒有對知識產權的保障,投資的風險會大大增加。三是大眾對生物育種技術的理解和接受。國內還有很多人不了解生物育種技術,這也會對其的發展和應用造成困擾。

從10億到70億,150年間世界人口增加了6倍,對糧食的需求可想而知。通過傳統育種方法,我們雖然解決了溫飽問題,但也對資源、環境等形成了巨大的壓力,要同步實現糧食安全、食品安全和環境安全,就必須依賴生物技術加速突破性品種的研發。

記者:王瑜

http://szb.farmer.com.cn/nmrb/html/2013-08/19/nw.D110000nmrb_20130819_4-05.htm?div=-1

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