中國(guó)將借助高通量分子遺傳育種發(fā)展種業(yè)

我國(guó)現(xiàn)在正面臨著一個(gè)嚴(yán)峻的危機(jī)與挑戰(zhàn)，國(guó)外種子品種已經(jīng)占領(lǐng)了中國(guó)相當(dāng)大的市場(chǎng)份額，并由園藝作物向大宗糧食作物拓展，有的品種已被壟斷。為了改變這個(gè)壟斷格局，中國(guó)不得不采取措施，借助高通量分子遺傳育種發(fā)展中國(guó)種業(yè)。
過(guò)去，人們依靠傳統(tǒng)育種方法獲取作物新品種，其根據(jù)選擇的特性確定植物親本，然后通過(guò)雜交、回交或者直系篩選程序來(lái)完成。傳統(tǒng)育種方法存在著極大的盲目性、經(jīng)驗(yàn)性、不確定因素和長(zhǎng)周期的問(wèn)題。
目前，世界遺傳育種研究已從傳統(tǒng)的常規(guī)育種技術(shù)進(jìn)入依靠生物技術(shù)育種階段�？茖W(xué)家已從單個(gè)基因的測(cè)序轉(zhuǎn)為有計(jì)劃、大規(guī)模地檢測(cè)水稻等重要生物體的基因圖譜，全世界已有6000多項(xiàng)農(nóng)作物方面的生物技術(shù)研究成果進(jìn)入田間試驗(yàn)。所有這些都表明，未來(lái)世界種子產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)主要是生物技術(shù)，尤其是dna（脫氧核糖核酸）標(biāo)記輔助育種和基因工程。生物技術(shù)向人類展示了種業(yè)的巨大發(fā)展?jié)摿Γ瑒?chuàng)造著農(nóng)業(yè)革命的未來(lái)。許多發(fā)達(dá)國(guó)家已明確提出了“向生物技術(shù)要產(chǎn)量”的口號(hào)。
植物的分子遺傳育種可謂系統(tǒng)的分子生物學(xué)工程，它是植物細(xì)胞學(xué)、植物生理學(xué)、傳統(tǒng)分子生物學(xué)、生物統(tǒng)計(jì)學(xué)以及傳統(tǒng)遺傳育種的綜合體，是高通量分子遺傳育種和傳統(tǒng)遺傳育種相結(jié)合的系統(tǒng)工程。分子育種簡(jiǎn)單地說(shuō)就是在作物育種領(lǐng)域應(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù)，其可概括為數(shù)量性狀位點(diǎn)圖譜（qtl mapping）或基因測(cè)序發(fā)現(xiàn)特殊基因位點(diǎn)（gene discovery）、分子標(biāo)記輔助育種（marker-assisted selection）、基因組篩選（genomic selection）以及基因工程（genetic engineering）幾個(gè)部分。
要實(shí)現(xiàn)作物分子遺傳育種的目標(biāo)，首要任務(wù)是了解選擇群體細(xì)胞的生理生化特性以及與之相對(duì)應(yīng)的表型現(xiàn)象，也就是要確定植物群體實(shí)際基因或基因片段的表達(dá)與表型現(xiàn)象的內(nèi)在關(guān)聯(lián)程度。而這種關(guān)系的確立過(guò)程即是獲得基因表達(dá)的數(shù)量性狀位點(diǎn)圖譜或相關(guān)圖譜的過(guò)程。為獲得數(shù)量性狀位點(diǎn)圖譜，需要經(jīng)過(guò)選擇那些遺傳上有著明顯分離的作物親本品系、獲取能夠區(qū)別不同品系的基因標(biāo)記、借助先進(jìn)的第二代測(cè)序技術(shù)進(jìn)行dna測(cè)序和利用統(tǒng)計(jì)技術(shù)確定可用來(lái)預(yù)測(cè)作物特性表現(xiàn)型的dna標(biāo)記。
確定預(yù)測(cè)作物特性表現(xiàn)型的dna標(biāo)記后，人們便可用此dna標(biāo)記進(jìn)行相關(guān)特性的育種選擇，即作物育種的標(biāo)記輔助選育。這種選育過(guò)程相對(duì)于傳統(tǒng)的表現(xiàn)型篩選要簡(jiǎn)單，它可以為我們節(jié)約大量的時(shí)間、精力和資源。這種選育過(guò)程的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在人們能在苗期進(jìn)行選擇以及可以進(jìn)行單株選擇。
分子水平植物遺傳育種的實(shí)施可幫助人們?cè)谧疃痰臅r(shí)間里實(shí)現(xiàn)下列目標(biāo)：1.大大縮短半野生群體轉(zhuǎn)化為商業(yè)用新作物品種的時(shí)間和空間；2.讓現(xiàn)存的作物品種盡快適應(yīng)新的環(huán)境壓力，如抗病蟲(chóng)害，以及滿足人們對(duì)其營(yíng)養(yǎng)成分和形態(tài)學(xué)的需求；3.迅速地讓那些來(lái)自相同種類的野生家系的、有價(jià)值的特性載入到現(xiàn)存作物中去；4.容許植物育種家直接操作那些高度復(fù)雜的植物特性，如雜種優(yōu)勢(shì)和花卉類特性；5.能夠?qū)δ切┏３１缓雎缘墓律�作物，如小米、山藥、根類和塊莖類作物等進(jìn)行有效的遺傳選育。
建立高通量分子遺傳育種技術(shù)平臺(tái)中國(guó)迫切需要建立多個(gè)大規(guī)模、高效率的分子遺傳育種技術(shù)服務(wù)平臺(tái)。這個(gè)服務(wù)平臺(tái)應(yīng)該由國(guó)家統(tǒng)籌建立，實(shí)行企業(yè)化管理。引進(jìn)和吸收國(guó)際先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備（包括第二代和第三代測(cè)序技術(shù)設(shè)備，可進(jìn)行全自動(dòng)化用于單株篩選培育的溫室設(shè)備等），并建有能進(jìn)行常規(guī)育種的繁育基地。這個(gè)平臺(tái)的建立應(yīng)該能夠?yàn)橹参镞z傳育種科研機(jī)構(gòu)和種子企業(yè)等，根據(jù)不同作物、品種、品系以及相對(duì)應(yīng)的特性，提供全方位高通量分子遺傳育種服務(wù)。這些服務(wù)包括：基因標(biāo)記物的篩選、標(biāo)記親本篩選、高通量測(cè)序以及與之對(duì)應(yīng)的作物分子遺傳育種項(xiàng)目、高統(tǒng)量分子標(biāo)記輔助育種、遺傳數(shù)據(jù)分析、種質(zhì)基因庫(kù)的建立、品種親本篩選、種子品質(zhì)鑒定和常規(guī)的品種比較試驗(yàn)等。除此之外，企業(yè)本身還能夠承擔(dān)國(guó)家重大科研項(xiàng)目。
這種高科技服務(wù)平臺(tái)的建立，能夠有效地利用現(xiàn)有的與農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究相關(guān)的以及已經(jīng)建立起來(lái)的與傳統(tǒng)植物遺傳育種有關(guān)的人才和技術(shù)設(shè)施，同時(shí)有能力滿足中國(guó)制種業(yè)在高科技生物制種方面的需求，從某種程度上解決目前中國(guó)種業(yè)至今不具備高科技研發(fā)能力的問(wèn)題。采取企業(yè)化的管理機(jī)制，如果操作得當(dāng)，有國(guó)家政策層面上的支持，3年至5年內(nèi)完全有可能達(dá)到上市企業(yè)的水平。
農(nóng)業(yè)的作物分子遺傳育種是一個(gè)系統(tǒng)工程，其重要性和社會(huì)影響力絕不亞于航空航天工程�？紤]到中國(guó)的實(shí)際情況，有必要成立一個(gè)國(guó)家級(jí)別的作物遺傳育種專家委員會(huì)，其由中國(guó)科技部、農(nóng)業(yè)部和農(nóng)科院牽頭，組織國(guó)內(nèi)外從事作物分子遺傳學(xué)研究的專家組成專家委員會(huì)，針對(duì)中國(guó)現(xiàn)有的主要農(nóng)作物（大約300種），逐個(gè)就目前該種作物相關(guān)的分子遺傳育種水平進(jìn)行調(diào)研，針對(duì)不同作物種類，提出未來(lái)5年至10年分子遺傳育種的詳細(xì)規(guī)劃，并擬定出詳細(xì)的系統(tǒng)研究方向、策略和研究方案；同時(shí)根據(jù)不同作物種類及其重要的篩選特性，推選出適合中國(guó)國(guó)情的分子遺傳育種專項(xiàng)課題，通過(guò)類似于國(guó)家863計(jì)劃的形式，在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)行競(jìng)爭(zhēng)申請(qǐng)項(xiàng)目課題，由專家委員會(huì)在整個(gè)課題實(shí)行過(guò)程中監(jiān)督指導(dǎo)具體課題的執(zhí)行和落實(shí)情況。
分子生物育種高通量技術(shù)是關(guān)鍵確定正確的發(fā)展方向需基于中國(guó)國(guó)情和世界種業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)今中國(guó)種業(yè)最重要的和首要的發(fā)展方向是對(duì)傳統(tǒng)育種技術(shù)進(jìn)行改造，利用生物技術(shù)向傳統(tǒng)育種技術(shù)進(jìn)行滲透，提高農(nóng)作物的育種效率，向以生物技術(shù)為代表的高新育種技術(shù)轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的品種間雜交選育新品種周期較長(zhǎng)、效率較低，以生物技術(shù)為代表的高新技術(shù)與傳統(tǒng)的育種技術(shù)相結(jié)合，則可以快捷高效地培育農(nóng)作物新品種，因此，實(shí)施常規(guī)育種和生物技術(shù)育種相結(jié)合的科技創(chuàng)新戰(zhàn)略，可逐步提高中國(guó)種業(yè)的科技含量。建立不同作物種類的分子水平的種植資源庫(kù)，把高科技分子育種技術(shù)以及分子水平的親本選育和種質(zhì)鑒定貫穿到我們種業(yè)發(fā)展的各個(gè)環(huán)節(jié)中去，將是種業(yè)今天和未來(lái)發(fā)展最重要的方向和目的。
分子育種儀器設(shè)備的自動(dòng)化操作是實(shí)施農(nóng)業(yè)高通量作物分子育種的基本保證。然而，實(shí)現(xiàn)高通量作物分子育種必須有能力在高通量的前提下對(duì)不同作物種類提取和分離高純度dna/rna,以實(shí)現(xiàn)在苗期短的生長(zhǎng)期限內(nèi)對(duì)單株進(jìn)行選育的可能。這也是中國(guó)目前實(shí)施農(nóng)業(yè)高通量分子育種的技術(shù)瓶頸。與此同時(shí)，中國(guó)科研機(jī)構(gòu)技術(shù)不全面，與農(nóng)業(yè)有關(guān)的科研機(jī)構(gòu)分散和多為小型試驗(yàn)室，這些造成了中國(guó)目前分子水平育種技術(shù)落后，基礎(chǔ)研究水平低的情況。即使有些已經(jīng)鑒定的基因標(biāo)記和數(shù)量性狀位點(diǎn)圖譜也因?yàn)椴焕硐�，而無(wú)法直接應(yīng)用于分子標(biāo)記輔助育種實(shí)現(xiàn)。
培訓(xùn)、培養(yǎng)和引進(jìn)分子遺傳育種人才當(dāng)今世界作物育種業(yè)甚至世界農(nóng)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)就是科學(xué)技術(shù)和掌握科學(xué)技術(shù)的人才。誰(shuí)抓住了技術(shù)和人才，誰(shuí)就在競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)了主動(dòng)。近年來(lái)，中央和地方政府出臺(tái)了一系列引進(jìn)高科技項(xiàng)目和人才的計(jì)劃，并從過(guò)去的“招商引資”轉(zhuǎn)變?yōu)榻裉斓摹罢胁乓�智�?但是，在不少各地高科技項(xiàng)目和人才招聘活動(dòng)中，很難找到與農(nóng)業(yè)生物技術(shù)有關(guān)的人才和項(xiàng)目。這種現(xiàn)象也許意味著在農(nóng)業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域，中國(guó)缺乏能讓生物技術(shù)人才施展才華的技術(shù)平臺(tái)。
中國(guó)農(nóng)業(yè)分子生物學(xué)家黎裕等專家分析了中國(guó)分子遺傳育種存在的問(wèn)題，認(rèn)為中國(guó)作物分子育種新技術(shù)新方法創(chuàng)新能力弱、分子育種高效化和規(guī)�；瘺](méi)有得到根本解決，以及分子手段與傳統(tǒng)育種技術(shù)尚需有機(jī)結(jié)合。然而，或許存在另外一個(gè)問(wèn)題，那就是中國(guó)缺乏農(nóng)業(yè)分子遺傳育種方面的系統(tǒng)設(shè)計(jì)師。正如一家想成功開(kāi)發(fā)出具有市場(chǎng)潛力計(jì)算機(jī)軟件的公司，重要的不是公司有多少計(jì)算機(jī)軟件工程師，而是需要有一個(gè)具有市場(chǎng)觀念、能進(jìn)行全方位思維的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)師。
中國(guó)有大約1萬(wàn)種農(nóng)作物，它們橫跨農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、園藝和林業(yè)，其中主要農(nóng)作物不下300種。在未來(lái)5年到10年里，為滿足不同種類不同特性分子生物學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)對(duì)專業(yè)人員的需求，估計(jì)不同層次的從事農(nóng)業(yè)分子遺傳育種和產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)的技術(shù)人才需求量不低于50萬(wàn)。如果把它看作是一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié)，那么建立技術(shù)平臺(tái)，引進(jìn)和吸引人才參與高通量分子作物遺傳育種，改造傳統(tǒng)育種人才和培訓(xùn)未來(lái)人才將成為我們?nèi)瞬艖?zhàn)略不可或缺的重要步驟。
雖然中國(guó)的種業(yè)發(fā)展面臨著諸多問(wèn)題，但是無(wú)論是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、科研和產(chǎn)業(yè)脫節(jié)的問(wèn)題，還是市場(chǎng)管理等方面的問(wèn)題，都可以通過(guò)政策、管理模式和市場(chǎng)模式加以調(diào)整，以適合和達(dá)到符合中國(guó)國(guó)情并具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的能力。然而，唯有在作物育種高科技方面，如果沒(méi)有前期的基礎(chǔ)研究，根本就談不上后來(lái)的分子水平dna標(biāo)記輔助育種，以及生產(chǎn)出具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的作物品種和品種品質(zhì)。截止到2010年的統(tǒng)計(jì)，中國(guó)科研工作者共定位與不同作物以及與不同性狀相關(guān)的基因總共不到1000個(gè)； 而美國(guó)僅小麥遺傳連鎖圖定位的標(biāo)記和基因就超過(guò)3000個(gè)、玉米4500個(gè)。因此，加強(qiáng)和落實(shí)中國(guó)在作物分子遺傳育種方面的基礎(chǔ)性研究是未來(lái)提高中國(guó)種業(yè)發(fā)展中最為重要步驟和方向。無(wú)疑，現(xiàn)代高通量的第二代測(cè)序技術(shù)和正在發(fā)展的第三代測(cè)序技術(shù)以及它們?cè)谵r(nóng)作物方面的應(yīng)用將是快捷和經(jīng)濟(jì)有效的育種技術(shù)手段。我們相信，只要政策到位、方法得當(dāng)，中國(guó)有能力在基礎(chǔ)研究方面達(dá)到國(guó)際水平，為中國(guó)在種業(yè)高科技品種選育提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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