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全球最高精度玉米全基因组育种芯片在京推出2

2018-09-14 11:55:13

近日,全球最高精度玉米全基因组育种芯片由国际著名植物分子生物学家、国家作物分子设计工程技术研究中心首席科学家邓兴旺团队研发成功,原来8~10年的育种周期可以减少至4~5年;同时,其团队研发的第三代杂交水稻育种技术已进入国家安全认证阶段,最早将于2016年产业化,将大幅度提高水稻产量。

玉米配对前先验DNA使育种时间缩短一半

一个约2厘米宽、20厘米长的褐色平板,用显微镜看,上面布满了密密麻麻的小探针,这就是邓兴旺团队刚刚完成的玉米全基因组育种芯片,它能够从9万个位点观测种子,是全球精度最高的玉米全基因组育种芯片。

这里所说的“芯片”,可跟我们在电脑等电子设备中的电子芯片不同,它是指一套可以从数万个位点对种子基因进行观测的技术。

拿玉米来说,一株玉米里有4万个基因,每个基因的活性高低直接决定了这种玉米的口感、产量等,而这些都是由DNA决定。显微镜里看到的小探针,就是用来检测种子DNA特性的。一种植株体内哪种基因活性高,哪种活性低,通过这个芯片就能完成检测。

“传统的育种方式,得由育种专家人工从田间作物里选出一对一对来进行‘杂交’,等到植株长大后,再根据肉眼辨别、称重等方式识别其性能。其实,杂交后的玉米、水稻好不好吃,产量高不高,这些都是由两种杂交品种的基因决定的,在杂交之前就应该先查清楚。”邓兴旺实验室的一位研究员告诉记者。

“观测的样本多了以后,哪几种基因存在能让大米特别好吃、哪几种基因能一定程度改变产量,这些都能找到数据规律,而不仅仅是靠经验来判断了。”这名研究员介绍,通过芯片检测出杂交种类的基因特性,能进一步推动传统“经验育种”方式向“精确育种”方式改变。

邓兴旺透露,利用这一技术,原来8~10年的育种周期,可以减半到4~5年,将大大提升我国种业的育种效率。此外,这种杂交前先验DNA的方法,还能够更好地观测到种子的隐性基因、预测后代的特征,为农民减少种植风险。

第三代杂交水稻育种技术让水稻制种不再“娇气”

“跟手机系统的更新换代一样,新一代杂交育种技术,就好像从‘塞班’系统升级到了‘安卓’系统。”邓兴旺做了一个形象的比喻。近日,由他带头研发的第三代杂交水稻育种技术已进入国家安全认证阶段,最早有望于2016年投入大田生产,并将大幅提高水稻产量。

在中国现有的杂交水稻种植面积里,八成以上使用的都是第一代杂交育种技术。这种技术有一个缺点,就是在100份水稻品种资源里,只有四五份可以利用――可利用的杂交品种资源有限,使得其杂交育种的质量遇到了瓶颈。

“在街上找了5个人选运动员,和在街上找了100个人选运动员,前者选出优秀运动员的几率肯定要小很多。这就是第一代技术遇到的问题。”邓兴旺说。

第二代杂交育种技术解决了第一代存在的一些问题,但却存在另一个致命的弱点――高度依赖温度环境。育种温度从21℃到23℃的变化,就有可能导致一年的育种周期以失败告终。

看到有不少育种公司因为没有把握好温度而一年下来“颗粒无收”,邓兴旺和他的团队坐不住了。2009年8月,未名兴旺系统作物设计前沿实验室(北京)有限公司宣告成立,邓兴旺出任公司董事长兼首席科学家。2010年,第三代杂交水稻育种技术终于被攻克,杂交水稻制种将彻底摆脱对温度的依赖。

除了让水稻制种不再“娇气”地挑剔温度,第三代杂交育种技术在产量上也有突破。从实验样本数据来看,利用第三代杂交育种技术培育出来的水稻与目前产量最高的水稻相比,一株最高可提高50%的产量。

“今年秋天我们在江苏、湖南两地的试验田收割时,采用第三代杂交育种技术大田生产的亩产量增产数据也就出来了,相信会看到一个鼓舞人心的数字。”邓兴旺充满信心地说。

据悉,该技术今年已经递交了最后一轮的论证实验申请报告,最快到2016年,这种在种子领域通用的技术就能实现产业化,帮助中国的育种业准确地培养出高产、抗逆境的新后代了。(孙奇茹)

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