現(xiàn)代分子育種研究進(jìn)展：更快、更好、更強(qiáng)

從過(guò)去到現(xiàn)在，世界各國(guó)的頂尖育種工程師們一直都在為未來(lái)的發(fā)展提供更好的產(chǎn)品而努力。祖輩們和上一代的園丁們精心挑選出最適合當(dāng)?shù)貤l件的作物種子并加以妥善保存，以期在來(lái)年或今后更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)能獲得好的收成。以番茄為例，在經(jīng)過(guò)幾十年的選擇性育種后，各種地方品種的種子表現(xiàn)出了明顯的特定區(qū)域特征。這些品種隨著時(shí)間的推移，適應(yīng)了當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，促進(jìn)了遺傳作物多樣性，并表現(xiàn)出優(yōu)秀的抗病能力。 

總部位于荷蘭的拜耳作物科學(xué)（Bayer CropScience）的育種專家Coert Engels碩士和Pieter van Poppel博士，最近同富魯達(dá)（Fluidigm）公司分享了他們?cè)诜�茄育種研究方面取得的喜人進(jìn)展。他們的團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)可以滿足世界范圍內(nèi)不同栽培方法和氣候的番茄新品種，由于每個(gè)地區(qū)都有其特有的要求和方法，因此他們的育種工作必須集中在一系列的特定性狀分析上。

更大、更好、更快……
實(shí)驗(yàn)室科學(xué)的創(chuàng)新可以指導(dǎo)實(shí)際規(guī)模化生產(chǎn)中的培育者，培育高產(chǎn)種子以及新的雜交品種，以達(dá)到快速抵抗疾病、蟲(chóng)害和不良環(huán)境條件如干旱和高鹽等目的。農(nóng)藝性狀的優(yōu)化日益提供了更好的產(chǎn)品保質(zhì)期、均勻性、穩(wěn)定性、耐洗性，密度和耐久性，這些優(yōu)化大幅提高了種植者的利潤(rùn)和食品供應(yīng)，如更美味的番茄比薩和沙拉。
現(xiàn)代化的育種關(guān)注于如何抵抗真菌、細(xì)菌、病毒和害蟲(chóng)如蚜蟲(chóng)、粉虱等已知會(huì)導(dǎo)致番茄生產(chǎn)的問(wèn)題上�！胺�茄植物需要高產(chǎn)，抗病和適應(yīng)當(dāng)?shù)氐纳�長(zhǎng)條件”，Engels碩士解釋說(shuō)，“水果必須有良好的形狀，顏色，硬度，耐貯性，大小和味道。我們的番茄品種不但要滿足種植者的需求，同時(shí)也要滿足貿(mào)易商、零售商和消費(fèi)者的要求�！�
 
分子育種的應(yīng)用
分子標(biāo)記育種方法在種子生產(chǎn)、促進(jìn)植物基因的識(shí)別以及關(guān)注性狀，如抗性的選擇上都具備明顯的優(yōu)勢(shì)。細(xì)胞和組織培養(yǎng)更適于在體外發(fā)展DH株特異種質(zhì)資源繁殖并進(jìn)一步擴(kuò)大作物遺傳庫(kù)。
“在分子水平上了解植物的特點(diǎn)加快了新的種子品種的生產(chǎn)過(guò)程，” Engels說(shuō)，“從研發(fā)到市場(chǎng)的釋放時(shí)間平均為10年左右。通過(guò)分析葉子樣本，可快速識(shí)別存在的一個(gè)理想基因，而無(wú)需等待植物的成熟，分子生物學(xué)家可以節(jié)約大量的時(shí)間，大幅減低研發(fā)成本�！�
 
SNP檢測(cè)在番茄育種中的優(yōu)勢(shì)
據(jù)拜耳作物科學(xué)標(biāo)記輔助育種科學(xué)家van Poppel博士稱，在此項(xiàng)研究中，他們利用Fluidigm公司的 EP1™系統(tǒng)，結(jié)合Juno™ 96.96 Genotyping IFC和192.24 DynamicArray™ IFC，進(jìn)行了終點(diǎn)法基因分型研究。
“我們利用全基因組標(biāo)記物和分子標(biāo)記輔助回交技術(shù)代替單一性狀連鎖標(biāo)記，對(duì)新的性狀進(jìn)行基因圖譜分析以區(qū)分不同作物群”，van Poppel博士解釋說(shuō)，“在Fluidigm IFC研究體系上進(jìn)行基因分型分析，可以優(yōu)化最佳的SNP數(shù)量和樣本數(shù)搭配。” 
Engels對(duì)此表示贊同：“每個(gè)群體需要特定的標(biāo)記選擇，這可以通過(guò)使用Fluidigm IFCS來(lái)實(shí)現(xiàn)。一旦被映射的數(shù)量性狀位點(diǎn)被確定，就可通過(guò)單性狀連鎖標(biāo)記輔助進(jìn)行更進(jìn)一步的篩選。表型分析鑒定往往是昂貴和費(fèi)時(shí)的，同時(shí)還依賴于季節(jié)。而分子標(biāo)記則使育種學(xué)家可以輕松跟蹤他們感興趣的農(nóng)藝性狀，如顏色和外觀，同時(shí)全基因組標(biāo)記物使育種專家們可以將分子標(biāo)記輔助回交技術(shù)應(yīng)用于后代的選擇上�！�     
拜耳公司研發(fā)的種子新品種主要為了改善上述性狀，包括：產(chǎn)量、外觀、保質(zhì)期、抗病蟲(chóng)害、抗旱性和抗?jié)承缘�。另外與口味相關(guān)的特征也很關(guān)鍵（已知100個(gè)左右的基因特異性的與口味相關(guān)）。Engels發(fā)現(xiàn)，為了研發(fā)出新的雜交品種，并使其具備純近交系父本和母本中的某些特定性狀，可能需要多達(dá)七代獨(dú)立自花授粉的基因純度的雜交品種。分子標(biāo)記方法則可以快速幫助選擇所需性狀。
Engels說(shuō)：“在一個(gè)育種步驟中無(wú)法改變數(shù)百個(gè)基因。分子標(biāo)記輔助育種主要關(guān)注那些可以同時(shí)調(diào)控多種作物表型的基因�！彼�解釋說(shuō)，通過(guò)結(jié)合個(gè)體基因表型信息數(shù)據(jù)的分析，拜耳正在開(kāi)發(fā)一些和性狀緊密相關(guān)的SNP標(biāo)記物，以期逐步改善作物的遺傳譜系。
 
提高種子價(jià)值
比傳統(tǒng)的種系相比，由于雜交品種一般都有較高的產(chǎn)量，更強(qiáng)的抗性，因此拜耳采用雜交活力控制方法進(jìn)行親本純自交系的交叉選擇。當(dāng)育種家進(jìn)行優(yōu)化育種時(shí)，導(dǎo)致植株表現(xiàn)出明顯的雜種優(yōu)勢(shì)。他指出：“利用廣泛的種質(zhì)資源和區(qū)域差異，可以使親本自交系的遺傳差異更大，從而獲取更強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)”。
最近幾年的改進(jìn)研究源于為發(fā)展高質(zhì)量的雜交品種而進(jìn)行的最適親本選擇。事實(shí)上，雜種優(yōu)勢(shì)只是故事的一部分。與世界范圍內(nèi)的種質(zhì)資源雜交育種，選擇具有理想性狀的種系，開(kāi)發(fā)新的種子，改良全球作物品種則是育種專家們一直在思考的問(wèn)題。
當(dāng)拜耳開(kāi)發(fā)一個(gè)新的種子時(shí)，會(huì)申請(qǐng)植物新品種保護(hù)（PVP）。監(jiān)管機(jī)構(gòu)可能會(huì)給予這樣的要求，以禁止第三方復(fù)制特定品種，但種植者可以繼續(xù)使用經(jīng)改善的植物種質(zhì)資源，無(wú)論起源。
Engels簡(jiǎn)要概況了拜耳公司如何培育具有耐特殊的生長(zhǎng)條件如干旱，低溫或高鹽的種子品種：“我們針對(duì)蔬菜種子建立了專門(mén)的技術(shù)和方法，用以提高種子質(zhì)量、產(chǎn)量，改善生產(chǎn)技術(shù)和流程。包埋、造粒過(guò)程使種子萌發(fā)時(shí)能夠更均勻，而種子激發(fā)作用則使播種更簡(jiǎn)單，更有針對(duì)性�！�
他補(bǔ)充道：“一旦我們發(fā)現(xiàn)特定的基因與耐受性或抵抗特定的不良條件相關(guān)，我們會(huì)尋找分子標(biāo)記物，以使進(jìn)一步的研究和未來(lái)的發(fā)展更容易和更快�！�

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