中玉金標(biāo)記分子標(biāo)記實驗室：
分子育種迎來高通量時代
來源：《農(nóng)民日報》
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開欄的話 在整個農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，種子是最具高科技屬性的產(chǎn)品之一，種業(yè)已發(fā)展成為典型的高科技產(chǎn)業(yè)。特別是近年來，隨著生物技術(shù)迅猛發(fā)展，育種家利用高通量測序、分子標(biāo)記等等先進的生物技術(shù)和信息技術(shù)手段，架起了種質(zhì)基因資源信息銜接龐大數(shù)據(jù)的橋梁，建立起常規(guī)育種與生物育種相結(jié)合的平臺，大幅度提高了育種效率，使育種工作實現(xiàn)了由“經(jīng)驗”向“科學(xué)”的根本性轉(zhuǎn)變。 從今日起，本版開設(shè)“走進研發(fā)中心”欄目，帶您走進科研院所、育繁推一體化企業(yè)的重點實驗室、研發(fā)中心，看看這些前沿的技術(shù)，如何應(yīng)用于育種，如何改變我們的生活。 如今，分子標(biāo)記技術(shù)和基因組測序技術(shù)的進步極大地推動了分子生物學(xué)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，為了讓這些高新技術(shù)帶動我國種業(yè)的發(fā)展，中玉金標(biāo)記（北京）生物技術(shù)股份有限公司于2014年投資5500萬元，初步建立了目前我國最先進、通量最高的分子標(biāo)記實驗室。如此高大上的實驗室具備哪些技術(shù)優(yōu)勢？又能為我國種業(yè)同仁提供哪些技術(shù)服務(wù)呢？讓我們拭目以待。 ——編者 本報記者繆翼 盧洪，CEO，首席科學(xué)家；羅朗，分子育種研發(fā)總監(jiān)；董占山，資源創(chuàng)新研發(fā)總監(jiān)；郭仁峻，全國大田測試體系總監(jiān)；景潤春，分子標(biāo)記技術(shù)研發(fā)總監(jiān)；嚴(yán)勇攀，生物信息研發(fā)總監(jiān)……在中玉金標(biāo)記分子標(biāo)記實驗室大門外，貼著研發(fā)團隊領(lǐng)軍人物的照片，這是他們的“戰(zhàn)場”。在這里，這些國內(nèi)外種業(yè)科研精英正在為我國種業(yè)創(chuàng)造著無限動力；在這里，我國傳統(tǒng)育種落后30年、分子育種落后20年的現(xiàn)狀將被改寫。 2月初，記者來到中玉金標(biāo)記，跟隨盧洪走進這略顯神秘的實驗室。通過一次次指紋識別，推開一扇扇戒備森嚴(yán)的門。實驗室里的儀器設(shè)備高速而安靜地運轉(zhuǎn)著。“取樣、標(biāo)記、檢測……一系列流程只需工程師一個指令，盡在掌握。”在DouglasScientificArrayTape系統(tǒng)前，工程師一邊操作設(shè)備一 |
| 邊向記者介紹。
“實驗室的建立為我國的種業(yè)公司和育種單位利用基因組學(xué)的最新研究成果有效提高育種效率和精確性提供了基礎(chǔ)，可以說它承擔(dān)著幫助提高我國種業(yè)研發(fā)能力與產(chǎn)品開發(fā)核心競爭力的重大使命。”盧洪說。 技術(shù)水平已經(jīng)達到國際水平 四大平臺相互協(xié)同運行，從而使實驗室擁有了每天產(chǎn)生200萬個以上基因型信息數(shù)據(jù)點的能力 分子標(biāo)記技術(shù)和基因組測序技術(shù)的進步極大地推動了分子生物學(xué)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展。近10年來，基于分子標(biāo)記技術(shù)的高通量基因型和第二代DNA測序技術(shù)的應(yīng)用使生物學(xué)的研究更加高效、廣泛、深入。技術(shù)的進步使單個數(shù)據(jù)的生產(chǎn)和管理成本急劇下降，基因組的研究和應(yīng)用進入了“大數(shù)據(jù)”時代，給分子生物學(xué)家、遺傳學(xué)家、育種家等提供了海量信息。 盧洪介紹，目前以高通量DNA提取平臺、高通量分子標(biāo)記開發(fā)平臺、高通量分子標(biāo)記檢測平臺，以及高通量SNP芯片檢測平臺等四大平臺為核心組建了分子育種實驗室，已初步建立起來一個我國技術(shù)水平和通量都很高的分子標(biāo)記檢測體系。 據(jù)實驗室工程師介紹，四大平臺相互協(xié)同運行從而使中玉金標(biāo)記實驗室擁有了每天產(chǎn)生200萬個以上基因型信息數(shù)據(jù)點的能力；高通量DNA提取和分子標(biāo)記檢測平臺，處理能力達到年處理樣品100萬份以上；承擔(dān)的各項定制項目，年產(chǎn)生數(shù)十億個SNP數(shù)據(jù)點。同時，實驗室計劃購置全球先進的Illumi⁃naNextSeq500高通量測序系統(tǒng)，應(yīng)用Next⁃Seq500測序可獲得測序長度為2x150bp，每張Flowcell每次產(chǎn)生的最大數(shù)據(jù)量為100G～120G，運行一次的時間為29小時，運行一年的數(shù)據(jù)產(chǎn)量為29T。NextSeq500不僅可以進行基因組測序，同時可以用來進行轉(zhuǎn)錄組深度測序、甲基化高通量測序、染色質(zhì)免疫共沉淀測序和小RNA高通量測序研究。實驗室已經(jīng)初步具備了應(yīng)用KASPar和TaqManSNP基因分型技術(shù)，為我國種業(yè)同仁提供高通量分子標(biāo)記分析的能力。 “可以說，目前我們的分子標(biāo)記實驗室的技術(shù)水平，與國際一流水平的分子實驗室相比毫不遜色。”盧洪。 為育種企業(yè)提供高端技術(shù)服務(wù) 與國內(nèi)外公司、科研單位建立戰(zhàn)略合作關(guān)系，成為先進生物技術(shù)轉(zhuǎn)化的首選渠道 分子育種是當(dāng)今最前沿的育種技術(shù)，不過，也被認為是“最燒錢”的。一臺設(shè)備動輒幾百萬，而且每隔3年~5年就要更新?lián)Q代，設(shè)備費用十分昂貴。更主要的是，對普通的科研單位和育種企業(yè)來說，實驗數(shù)據(jù)量不需要那么多，就算建起這樣高端的實驗室，一家企業(yè)的育種需求量也“喂不飽”實驗設(shè)備，也是一種資源的浪費。 中玉金標(biāo)記這家企業(yè)正是由此而生，他并不是一家育種企業(yè)，而是定義為“為育種企業(yè)提供高端技術(shù)服務(wù)的企業(yè)”，由國家相關(guān)部門倡導(dǎo)，北大荒墾豐種業(yè)公司等8家公司出資所建。因此，建立一流的實驗室并未國內(nèi)企業(yè)提供服務(wù)是他的使命所在。 日前中玉金標(biāo)記已經(jīng)與全球基因芯片技術(shù)的發(fā)明者、全球兩大基因芯片供應(yīng)商之一的美國昂飛公司達成戰(zhàn)略合作協(xié)議，昂飛公司支持中玉金標(biāo)記開發(fā)農(nóng)作物基因芯片，中玉金標(biāo)記也將成為昂飛公司在中國區(qū)的優(yōu)先技術(shù)服務(wù)中心。 在國內(nèi)服務(wù)方面，中玉金標(biāo)記已經(jīng)與中國農(nóng)科院作物所簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方在玉米、小麥、大豆等作物展開技術(shù)合作和服務(wù)。通過這些合作，中玉金標(biāo)記實驗室正在研發(fā)及可應(yīng)用的芯片涉及玉米、小麥、大豆等主要糧油作物及蔬菜，具有多種作物的功能標(biāo)記，涵蓋不同密度等級，可應(yīng)用于基因組研究及分子育種的不同過程。 |
此外，實驗室還將開發(fā)一系列與抗病性狀緊密關(guān)聯(lián)的SNP標(biāo)記，比如玉米的青枯病、絲黑穗病、灰斑病、矮化葉病毒病、粗縮病、大斑病等，這將為品種改良、種質(zhì)資源的定向改良、育種材料的篩選鑒定等作出貢獻。
五大中心構(gòu)建完整服務(wù)體系 五大中心從微觀的分子功能標(biāo)記和基因，到宏觀的生態(tài)區(qū)田間表現(xiàn)，使傳統(tǒng)育種技術(shù)和現(xiàn)代高科技有機結(jié)合起來 中玉金標(biāo)記實驗室充分融合田間試驗的資源和優(yōu)勢，開發(fā)出服務(wù)于我國育種行業(yè)的五大科技服務(wù)中心，每個中心承擔(dān)著不同的科技服務(wù)功能，同時又能夠很好地整合服務(wù)。 分子育種中心。該中心由海歸博士羅朗帶領(lǐng)，提供以分子標(biāo)記技術(shù)和生物信息技術(shù)為核心的分子育種技術(shù)的各種應(yīng)用。“目前受農(nóng)業(yè)部委托，我們已完成對全國3000多份育種材料進行了遺傳分析和雜種優(yōu)勢群劃分，對種子公司更準(zhǔn)確地利用現(xiàn)有種質(zhì)資源有很大幫助，避免靠經(jīng)驗和表型檢測帶來的不準(zhǔn)確性和盲目性。”羅朗介紹，“我中心的科研成果可以有針對性地改良和提高國內(nèi)優(yōu)秀玉米雜交品種的抗病能力，已開始為多家種業(yè)公司進行品種定制改良。” 種質(zhì)資源創(chuàng)新中心。“我中心將通過新一代雙單倍體（DH）技術(shù)，快速大規(guī)模產(chǎn)生玉米DH自交系，并從分子和田間表現(xiàn)兩個不同層面上對DH自交系進行全面評價鑒定。”中心負責(zé)人董占山博士說，“從2014年開始，中玉金標(biāo)記積極利用國內(nèi)優(yōu)秀種質(zhì)資源，開始進行DH系生產(chǎn)，目前已經(jīng)有一批單倍體材料在海南育種圃茁壯成長。此項目將在中國開啟大規(guī)模種質(zhì)資源創(chuàng)新的新篇章，目標(biāo)是建成具有年產(chǎn)5~10萬個DH系能力的資源創(chuàng)新生產(chǎn)系統(tǒng)。” 大田測試中心。“把這個平臺建成中國最值得信賴的玉米品種測試體系。”這是中心負責(zé)人郭仁峻及其團隊的一貫信念。該中心將在原來“8+1”公司測試體系的基礎(chǔ)上，在全國玉米主產(chǎn)區(qū)建立一套約由500個試驗點組成的中國最大的測試體系，專業(yè)人員負責(zé)試驗的計劃、落實、監(jiān)督和培訓(xùn)，采用國際先進的育種信息管理軟件AGROBASE進行實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析，依據(jù)國家主要農(nóng)作物審定要求報告品種表現(xiàn)。 分子標(biāo)記技術(shù)研發(fā)中心。中心負責(zé)人景潤春博士介紹，每個育種材料、骨干自交系、審定的品種都需要建立一份完整的DNA指紋圖譜數(shù)據(jù)系統(tǒng)。我國迫切需要開發(fā)新一代的SNP分子標(biāo)記技術(shù)，制定相應(yīng)的品種審定和資源評價標(biāo)準(zhǔn)來為知識產(chǎn)權(quán)的保護提供強大的技術(shù)支持，新制定的SNP分子標(biāo)記標(biāo)準(zhǔn)將能夠更準(zhǔn)確鑒定品種真實性，更好地評價我國種質(zhì)資源遺傳多樣性。“目前，我們與北京農(nóng)林科學(xué)院玉米研究中心聯(lián)合，共同開發(fā)玉米第三代SNP分子標(biāo)記的品種鑒定及種質(zhì)資源評價國家標(biāo)準(zhǔn)。” 生物信息研發(fā)中心。用嚴(yán)勇攀博士的話說，建立以專業(yè)數(shù)據(jù)庫管理和大數(shù)據(jù)分析平臺為代表的生物數(shù)據(jù)分析和信息管理中心是現(xiàn)代育種不可缺少的重要組成部分。該中心幫助收集整理基因型數(shù)據(jù)，基因組信息，農(nóng)藝性狀、系譜關(guān)系、配合力、環(huán)境信息、農(nóng)藝管理信息及多年多點試驗數(shù)據(jù)等，讓育種真正實現(xiàn)由經(jīng)驗向精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)變。 |
