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【新闻】玉米全基因组选择育种973项目启动血苋

发布时间:2020-10-19 03:55:49 阅读: 来源:橡塑板厂家

玉米全基因组选择育种973项目启动

■将现代生物技术与常规育种技术有机结合,缩短育种周期,提高育种效率

■扩大对现有种质资源的利用范围,从1.8万份玉米种质资源中发掘高产优质基因

■建立玉米全基因组选择育种体系,为玉米高产优质育种提供新的策略、技术和方法

编者按

我国玉米单位面积产量已由1949年的1.06吨/公顷增加到2012年的5.94吨/公顷,提高了4.6倍,但美国等发达国家玉米的平均产量近年来已达10吨/公顷。我国玉米的平均产量仅为美国的60%,充分说明我国玉米单产还有巨大的提高潜力和空间。

过去的实践证明,我国玉米单产和总产的增加很大程度上依赖于玉米育种水平的不断提高,今天要提高玉米单产仍然要依靠育种科技的发展。其中,全基因组选择育种技术的广泛应用将有力地推动玉米产量和品质等复杂性状的遗传改良,为玉米高产、优质育种提供新的策略、技术和方法,实现玉米高产种质创新和育种效率的突破,为解决我国的粮食安全问题做出巨大贡献。

作为我国产量第一大的粮食作物,玉米产量和品质的提高是保障我国粮食安全的重大需求。根据国家规划,到2020年我国需要新增粮食生产能力500亿公斤,玉米将承担至少300亿公斤的份额。玉米适应性广,耐粗放管理,生产效率高,尤其在我国水资源短缺和干旱问题不断加重的情况下,将发挥独特的粮食安全保障作用。

那么,玉米品种的产量高低和品质性状究竟是由什么决定的?对玉米基因组的研究也许能提供答案。日前,由中国农业科学院作物科学研究所牵头的973项目“玉米产量和品质性状全基因组选择育种的基础研究”启动会在京召开。此项目的实施将有望揭开玉米高产优质背后的基因密码,实现玉米种质创新和育种效率的突破。

日前,记者采访了该项目首席科学家王国英,就玉米的常规育种和分子育种、全基因组选择育种进行了解读。

王国英告诉记者,玉米分子育种技术能推动传统的“经验育种”向高效的“精确育种”转变,缩短育种周期,提高育种效率。

传统的育种方式,得由育种专家人工从田间作物里选出一对一对亲本来进行“杂交”和“自交”,等到植株长大后,再根据肉眼辨别、称重等方式识别其特性。培育新品种很大程度上取决于育种家的实践经验,育种周期长、偶然性大、效率低,不能满足当前玉米生产对优良新品种的需求。

采用分子育种技术,就可以在杂交前查清亲本的基因,根据基因型选择优良亲本。通过分子标记,对后代植株的主要农艺性状,如产量、品质、抗病性等进行预先选择。这种选择方法利用实验室鉴定的数据,一目了然,而不仅仅是依靠经验来判断了。

“玉米产量和品质性状全基因组选择育种的基础研究”项目的基础就是玉米分子育种技术。王国英说,基因资源是自然界赋予人类的宝贵财富,已成为农业可持续发展的基础。这一项目能实现从种质资源到基因资源的贯穿,利用玉米高产、优质种质资源,通过全基因组分析,挖掘、鉴定控制产量和品质性状的新基因,对优良基因进行功能标记,为玉米产量和品质性状的分子育种奠定扎实的基础。

百里挑一vs千里挑一

近些年来,如何保护和利用现有种质资源越来越受到各国重视,从现有种质资源中发掘和利用高产、优质性状基因已成为科学界瞩目的焦点之一。据王国英介绍,我国目前保存的玉米种质资源有1.8万余份。在这些宝贵资源中,蕴藏着丰富的高产和优质基因。如何从纷繁复杂的遗传背景中发掘出新的高产、优质性状基因,目前仍然是玉米遗传育种研究中的一个巨大挑战。

与传统育种方式相比,玉米分子育种能大大提高对种质资源的利用效率。传统育种中一般育种群体有100~200个后代个体,从中选择出优良单株,而现在分子育种的应用可以对2000个甚至更多的个体进行预先选择,保留更为优良的材料用于后续田间鉴定和筛选。

也就是说,通过分子标记选择,不仅扩大了种质资源利用范围,“百里挑一”变成了“千里挑一”,而且多了一个预选环节,淘汰大部分预期表现差的材料,剩下少量预期表现优良的材料,进入育种过程,提高后续育种效率。

据王国英介绍,早期的玉米分子育种技术主要是通过玉米的叶片检测分子标记,现在则能够直接通过玉米种子检测分子标记,把预期表现优良的种子种在田间进行鉴定。作物遗传理论研究和玉米遗传育种的实践均已证明,综合应用正向和反向遗传学、分子标记等功能基因组学研究手段,完全可以鉴定出控制玉米产量和品质性状的关键基因,明确其功能,为实现玉米全基因组选择育种奠定坚实的基础。

王国英说:“从长远来看,全基因组选择育种的应用将对作物育种产生革命性的影响,它必将成为国际上引领作物遗传改良进步的最先进的技术。一旦建立了完善的全基因组选择育种的理论与技术体系,就可以很快将功能基因组学的研究成果用于作物品种改良,创造出巨大的经济和社会效益。”

王国英告诉记者,现代遗传学、育种学和生物技术的综合应用为玉米新品种培育奠定了坚实的理论基础,加快了玉米育种进程。但目前的玉米分子育种研究主要针对少数质量性状基因位点,对玉米产量和品质等多基因控制的复杂数量性状尚无有效的分子育种体系。

近年来,特别是自2009年全基因组序列公布以来,玉米基因组研究取得了显著进展。国外科研机构也正在积极开展玉米全基因组选择育种的理论研究和实践尝试,一些大型国际种业公司更是捷足先登,投入巨资建立全基因组选择育种的理论与技术体系。

然而在我国,由于缺乏系统深入的研究,致使我国玉米产量、品质等重要性状的分子设计育种仍举步维艰,长期处于徘徊甚至停滞阶段,与美国等发达国家在该领域的差距愈来愈大。因此,系统解析玉米产量和品质性状的遗传基础,进而建立玉米全基因组选择育种体系是提高我国玉米育种水平、培育突破性品种的迫切需要。

为此,“玉米产量和品质性状全基因组选择育种的基础研究”项目将在全基因组水平上系统解析玉米产量和品质性状的遗传基础,并揭示影响玉米产量和品质形成过程中的基因互作和调控网络,建立全基因组选择育种模型,为玉米高产优质育种提供新的策略、技术和方法。王国英说:“这在玉米分子育种研究中,将是一个质的飞跃。”

本文科研资料感谢付俊杰 卫斐 (作者:李竟涵)

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