核心提示

　　國以農(nóng)為本，農(nóng)以種為先。如何培育出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的農(nóng)業(yè)生物品種，是未來國家農(nóng)業(yè)科技的重中之重。近年來，一種新的育種方式——分子育種，逐漸成為了全世界作物育種的主流,在我國也正在成為作物遺傳改良的重要手段。分子育種與傳統(tǒng)育種方式有何不同？我國分子育種技術(shù)處于什么樣的水平？未來這項技術(shù)將在哪些領(lǐng)域首先傳出捷報？

　　今年上半年水稻種子行業(yè)沸沸揚揚的消息，莫過于國內(nèi)12家種企投資3億元，共建分子育種平臺。幾乎與此同時，中科院的院士專家也認定分子模塊設計育種科技將是未來即將發(fā)生的科技界的大事。分子模塊設計育種科技究竟是什么？我們應該如何看待這項已經(jīng)悄然來到身邊的技術(shù)？記者就此采訪了專家。

　　育種周期大幅度縮短基因直選實現(xiàn)精確育種

　　遼寧日報：王研究員您好，首先請教您，植物分子育種與傳統(tǒng)的育種手段有何區(qū)別？

　　王曉武：農(nóng)作物的馴化和栽培是人類文明產(chǎn)生和發(fā)展的前提，農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展更是各國政府最重視的領(lǐng)域之一。傳統(tǒng)的以田間選擇為主的育種方法基本上是對表現(xiàn)型(具有特定基因型的植物個體，在一定環(huán)境條件下，所表現(xiàn)出來的一切性狀特征)進行直接選擇，因此常常又被稱為“經(jīng)驗育種”，一般存在周期長、效率低等缺點。

　　近幾十年來，隨著分子生物學和基因組學等新興學科的飛速發(fā)展，使育種專家對基因型進行直接選擇成為可能，作物分子育種因此應運而生。分子育種可實現(xiàn)基因的直接選擇和有效聚合，大幅度提高育種效率，縮短育種年限，實現(xiàn)“精確育種”。分子育種在提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)、增強抗性等方面已顯示出巨大潛力。比如，常規(guī)育種需要7至8代才能選出育種材料，現(xiàn)代分子育種技術(shù)能將其縮短到2至3代，育種周期縮短為原來的1/4至1/3，實現(xiàn)了快速、定向、高效培育系統(tǒng)改良的作物新品種。

　　遼寧日報：作物分子育種有哪幾種類型？

　　王曉武：狹義上講，分子育種只包括分子標記育種、分子設計育種。廣義上，分子育種也包括轉(zhuǎn)基因育種。

　　首先讓我們來談談分子標記育種。分子標記育種又稱為分子標記輔助選擇，是利用與目標基因緊密連鎖的分子標記，在雜交后代中準確鑒別不同個體的基因型，從而進行輔助選擇育種。

　　作物分子設計育種目的是通過各種技術(shù)的集成與整合，在育種專家的田間試驗之前，對育種程序中的各種因素進行模擬、篩選和優(yōu)化，確立目標基因型、提出最佳的親本選配和后代選擇策略、提高育種過程中的預見性。

　　最后是轉(zhuǎn)基因育種，即利用重組DNA技術(shù)，將功能明確的基因通過遺傳轉(zhuǎn)化手段導入受體品種的基因組，并使其表達期望性狀的育種方法。要強調(diào)的是，轉(zhuǎn)基因育種必須與傳統(tǒng)育種和分子標記育種相結(jié)合。同時，還需要特別關(guān)注轉(zhuǎn)基因作物及其產(chǎn)品的安全性問題。

　　遼寧日報：那么分子模塊設計育種就是“模塊化”的分子設計育種？

　　王曉武：是的。模塊化設計育種與我們利用預制件進行工程施工相似。就是先將育種總體目標分解成若干個單元目標，根據(jù)每個單元設計并培育一批符合單元目標的育種材料，最后按照整體目標將各單元材料具備的基因組合在一起，獲得符合總體目標的品種。

　　我國分子育種勢頭強勁但與強國相比仍有差距

　　遼寧日報：您是蔬菜分子育種方面的專家，您能為我們介紹一下目前世界范圍內(nèi)，蔬菜分子育種已經(jīng)取得了哪些成果嗎？

　　王曉武：好的。利用分子標記輔助蔬菜作物育種的最基礎工作之一，可以說是分子標記作圖。分子圖譜的構(gòu)建，能為大量蔬菜作物的各種性狀分子標記奠定堅實的基礎。1986年，國外科學家就利用番茄為材料建立了世界上第一張蔬菜作物分子標記連鎖圖。之后，蔬菜作物分子標記輔助育種變得異?；钴S，并在實踐中逐步得到應用。到目前，包括番茄、馬鈴薯、甘藍、白菜、黃瓜、甜(辣)椒、菜豆等在內(nèi)的幾乎所有主要蔬菜作物都已經(jīng)構(gòu)建了分子標記連鎖圖。

　　而且，標記技術(shù)也有了可喜的進步，在不斷成熟。分子標記的穩(wěn)定性、易用性得到了不斷提高，開發(fā)與應用成本在不斷下降。目前它們已逐漸在實際的育種項目中得到日益廣泛的應用。國際上各大型育種公司蔬菜作物品種的選育都已經(jīng)開始使用分子標記，這些公司在市場上新推廣的許多新品種都包含了分子育種的成果。

　　遼寧日報：我國是什么時候開展蔬菜分子育種的，現(xiàn)在的發(fā)展程度如何，請您為我們介紹一下。

　　王曉武：我國蔬菜作物的分子標記研究始于20世紀90年代初。 “十五”期間，國家通過“863”計劃等加大了對蔬菜作物分子標記輔助育種研究的投入，隨著各研究單位實驗條件的不斷改善，效率更高和穩(wěn)定性更好的標記方法也開始在許多實驗室得到應用，逐步應用到利用分子標記構(gòu)建遺傳圖譜和具體性狀的分子標記輔助選擇。

　　現(xiàn)在，我國已經(jīng)發(fā)展出一些實用性較強的分子標記技術(shù)，并初步應用于實際育種。而且近年來，多個科研院所開展了系統(tǒng)的蔬菜作物分子標記作圖研究，其中包括白菜、甘藍、番茄、甜(辣)椒、馬鈴薯和黃瓜等主要蔬菜作物。這使得我們構(gòu)建了主要蔬菜作物的遺傳圖譜，獲得一批重要性狀的分子標記，分子育種技術(shù)的應用有了長足的進步。但是，與國際上主要的蔬菜育種公司在實際育種中已廣泛使用分子育種的狀況相比，我們還有很大的距離。

　　未來10年將有重大突破白菜番茄黃瓜都有希望

　　遼寧日報：中科院的一份研究報告中提到“未來5至10年內(nèi)，分子模塊設計育種科技將創(chuàng)造新一代農(nóng)業(yè)生物品種”。您覺得能在5至10年內(nèi)取得突破的基礎是什么？

　　王曉武：分子模塊設計育種在國內(nèi)現(xiàn)有水平下，離實際育種還有一段距離，但在5到10年內(nèi)取得突破是完全有可能的。目前分子育種技術(shù)發(fā)展很快，高通量測序技術(shù)的發(fā)展，自動化技術(shù)在分子育種中的廣泛應用都極大地促進了分子育種。特別是，我國科學家充分抓住了高通量測序技術(shù)取得突破機遇，完成了白菜、番茄、黃瓜、馬鈴薯等一系列主要蔬菜作物的基因組測序，為分子模塊設計育種奠定了一個很好的基礎。分子模塊設計育種是一個過程，目前還無法具體預測哪種蔬菜作物會最先實現(xiàn)。一般情況下，這些基因組水平研究得比較透徹的作物應該會最先使用分子模塊設計育種。

　　遼寧日報：那么在蔬菜分子育種領(lǐng)域，您對該技術(shù)的發(fā)展有哪些建議？

　　王曉武：未來幾年將是我國蔬菜種業(yè)面臨最嚴峻考驗的時期，也是我國蔬菜種業(yè)能不能抓住最后機遇贏得發(fā)展的關(guān)鍵時期。我們一定要充分利用最近在蔬菜基因組學研究方面建立的領(lǐng)先優(yōu)勢和基礎，加快蔬菜分子育種的進程，迅速增強我國蔬菜育種的研究實力，提升蔬菜育種的技術(shù)水平。

　　具體來說，在完成黃瓜、大白菜、甘藍、馬鈴薯和番茄測序的基礎上，我們要抓緊進行不同基因型品種的重測序以及表達譜分析，明確基因組中各個基因的相互關(guān)系，挖掘大批優(yōu)良的等位基因，開發(fā)大量易用的功能基因分子標記。

　　還要開展蘿卜、辣椒、胡蘿卜、茄子和芥菜等蔬菜作物的基因組學研究，保持和發(fā)展我國在蔬菜作物基因組學研究的領(lǐng)先優(yōu)勢與基礎。

　　另外，要加強野生資源的開發(fā)利用，建立有重要應用價值的野生資源漸滲系，建立基于分子標記選擇的外源基因定向?qū)爰夹g(shù)。

　　最后，還要加強蔬菜分子育種創(chuàng)新平臺建設。國家應該加大對蔬菜分子育種的投入，依托優(yōu)勢單位建立國家蔬菜分子育種研究中心，推進硬件條件的不斷完善，培養(yǎng)分子育種理論研究和技術(shù)創(chuàng)新的優(yōu)秀人才。 □本報記者/王亮

　　專家檔案

　　王曉武博士、研究員、博士生導師，中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所副所長。目前主持的研究項目主要有“黃瓜全基因組測序”、“白菜類作物和馬鈴薯有益人體健康的微量營養(yǎng)品質(zhì)性狀的基因組學研究”和“863”項目“優(yōu)質(zhì)多抗蔬菜與果樹分子育種”，參加“973”項目“油菜子油脂形成的分子生物學機制及其代謝調(diào)控”和“作物特殊營養(yǎng)成分的代謝及其調(diào)控研究”。獲發(fā)明專利2項。發(fā)表學術(shù)論文50余篇，其中SCI論文12篇?，F(xiàn)主要從事蕓薹屬和瓜類作物基因組學、蕓薹屬作物代謝組學等研究。