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突破性品种研发离不开生物技术

来源:农民日报 时间:2013-08-20
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      2011年,中国种子集团有限公司在业内率先搭建水稻分子育种平台;近期又与隆平高科、神农大丰等11家种企联合组建杂交水稻分子育种平台,在带动生物育种概念股冲破股市低迷的同时,也再次引发公众对于生物育种新技术的关注。什么是生物育种?它和常规育种有什么不同?生物育种的发展,将给种业带来哪些变化?带着这些问题,本报记者采访了中国种子集团有限公司基因组育种部总监周发松博士。

      记者:什么是生物育种?生物育种技术和常规育种方式有什么不同?

      周发松:生物育种是一个比较科普的说法。按我个人的理解,生物育种就是借助分子生物学技术,充分挖掘利用生物基因资源,培育高产优质、环境友好作物新品种的现代育种方法。它是包括细胞和组织培养、单倍体育种、分子标记辅助选择、基因组育种以及转基因育种等多种现代生物育种技术的一个总称。

      生物育种和常规育种最大的不同在于是否应用现代生物技术。常规育种是不需要现代生物技术辅助的育种方法,而利用现代生物育种技术培育出来的品种,却同样需要采用传统育种方法进行田间测试,因此生物育种并不是对常规育种方式的背离与放弃,而是对传统育种方法的完善和优化。

      记者:和常规育种方式相比,生物育种有哪些优点?

      周发松:相对于常规育种,生物育种主要有以下两方面的优势:一是导入传统育种方法完全无法获得的性状,比如Bt抗虫、Roundup-ready抗除草剂等;另一种是实现抗病、抗逆境(干旱、寒冷、高温胁迫等)基因的精准导入,培育环境友好的绿色新品种。常规育种利用有性杂交技术将整个基因组的基因组合在一起,这其中有好的基因,也有不良的基因,这就使杂交育种具有很大的随机性,而生物育种可以控制目标基因的导入和聚合,使新品种培育更精准。

      生物育种还可以提高育种效率和性状改良的针对性。常规育种方法培育一个品种,大概需要8-10年,而应用生物育种技术可以使育种时间缩短一半。此外,借助生物技术的方法,可以将田间试验95%的工作量转移进实验室,试验田规模只需常规育种的30%左右,从而提高田间试验的质量和管理水平,使试验数据更可靠。常规育种中一个杂交组合的F2代群体一般需要种植5000株,应用分子标记手段,种植250株就能达到同样的实验效果。

      记者:生物育种技术的发展和应用,将会给我国种业发展带来哪些变化?

      周发松:现代生物育种与常规育种最本质的区别,就是在传统育种中,育种家开展的是艺术性的研发,个人经验起很大的作用,他们必须参与育种全过程,从产品研发的第一个环节做到最后一个环节。而现代生物育种是以生物信息为依据,以高通量分子标记技术为手段的科学创造,它需要进行专业化的分工和合作。这一方面是由于生物技术设备投资比较大,另一方面也是因为检测的样品量比较多,服务范围比较广。生物育种技术的发展和应用将改变我国课题组式的育种模式,进而推动商业化育种的兴起。

      美国也经历了从常规育种向生物育种的转变过程。上世纪80年代之前,美国也有很多育种家在不同的地方开展独立的育种工作,但随着一些小的育种公司逐渐被并购整合,出现了孟山都、杜邦等大型种业集团,这些种业集团控制了美洲乃至全球的种业市场。种业巨头的出现,使生物育种技术得到了普及,生物育种工作得到了广泛的开展。我国目前还处于种业公司整合的初期,需要多个企业乃至整个国家分工合作搭建大规模生物育种平台;同时,生物育种的发展会加速种业的整合,因为掌握先进技术的公司竞争力会更强,而那些不掌握新技术、新品种的公司则会在竞争中被淘汰。

      记者:2012年4月,中国种子生命科学技术中心研制出全球首个水稻全基因组育种芯片,这也是中国自主知识产权的首个育种超级芯片。为什么要创制育种芯片?

      周发松:建设中国种子生命科学技术中心这一高端的研发平台是中种集团着力打造商业化育种体系,开展种业创新,积极应对当前种业发展机遇和挑战的重要举措。

      水稻全基因组育种芯片是种业竞争的核心技术,也是商业化育种竞争的焦点,它的研制成功实现了作物品种培育过程中一个关键性技术成果的重大突破,为我国开展商业化育种提供了重要技术支撑和保障。

      过去20年基因测序技术和功能基因组研究得到了突飞猛进的发展,为生物育种提供了大量的技术和信息,然而基因测序是功能基因组的研究方法,属于生物技术的研究领域,为了让更多育种家能够使用生物技术的成果,中种集团联合水稻功能基因组研究优势单位从已破译的几万亿水稻基因图谱信息中,提取出有价值的近千万条信息,继而通过对比精选出对育种有帮助的标记植入育种芯片中,从而开发出实用的生物育种工具,使育种家操作更方便、分析更简单、应用更有效。

      简言之,基因组育种芯片就是具有检测生物个体功能基因的有效工具,它能够帮助育种家整合多种育种资源,有目的地聚合多个功能基因。比如育种家要研究水稻某种抗病性,过去的做法是培养植株,然后让它接种特定病菌,但这种方法需要严格的试验条件,一次只能测试一项病菌,借助芯片就能够在实验室电脑上一次测试多种抗病基因;过去育种家培育新品种主要靠经验,要等植株生长很长时间才能测试,通过芯片在实验室就能考察各种基因特性,将抗虫、抗病、高产、优质等基因组合在一起,“量身定做”出最优的品种。

      利用基因芯片,可以对种质资源和品种进行基因指纹分析,进而构建基因指纹数据库,使育种家能够共享育种质材料和基因资源的同时,实现育种中间成果的商业化交易。这样就能够有效地交流、整合育种资源,提高育种效率。

      记者:您如何评价当前我国生物育种技术的发展水平?加速生物育种技术发展,我国需要在哪些领域加强和改进?

      周发松:在生物育种技术的基础研究方面,我国与国际先进水平差距不大,有的领域甚至处于领先地位,但生物技术在新品种选育中的应用却落后西方国家很多年,主要表现为很少有生物技术选育出的品种在市场上推广,开展生物育种的育种家很少,种业企业还没有建立起商业化育种体系。

      国内发展生物育种,现在亟须在三方面加强和完善:一是生物育种研发的激励机制。目前,国外生物育种研发中心很多,国内相关工作则刚起步,开展时间不长。建立一个高效率的生物育种研发中心,每年需要大量投入,连续5~10年才能见效。国外种业巨头控制着巨大的市场,有能力建立起遍布全球的生物育种研发中心。而在我国,这么大规模、长时间的投入,还是需要国家建立以成果为导向的后补助以及市场化的激励机制。所谓市场化的激励机制,首先是尽早开放品种审定绿色通道,为新技术、新品种尽快应用到大田生产创造条件,其次为生物技术的应用提供政策支持。二是知识产权的保护机制。没有对知识产权的保障,投资的风险会大大增加。三是大众对生物育种技术的理解和接受。国内还有很多人不了解生物育种技术,这也会对其的发展和应用造成困扰。

      从10亿到70亿,150年间世界人口增加了6倍,对粮食的需求可想而知。通过传统育种方法,我们虽然解决了温饱问题,但也对资源、环境等形成了巨大的压力,要同步实现粮食安全、食品安全和环境安全,就必须依赖生物技术加速突破性品种的研发。

      记者:王瑜

新闻链接:http://szb.farmer.com.cn/nmrb/html/2013-08/19/nw.D110000nmrb_20130819_4-05.htm?div=-1