玉米全基因组——973项目启动
来源:环球粮机网发布时间:2015-04-29 12:00:58
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。
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。
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。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。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。
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。
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。
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。”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。