农作物基因设计育种发展现状与展望

现阶段，我国计算生物学、合成生物学以及基因组学等发展速度不断加快，生物技术、信息技术以及人工智能技术的融合推动了农作物基因设计育种理论的完善和发展。在农作物基因设计育种发展过程中，需要对当前农作物种业竞争热点全面把握。在分析我国新时期农作物基因设计育种实际情况的基础上，对未来农作物基因设计育种发展路径进行展望，以基因推动我国农作物种业创新发展。     

中国农作物种业发展现状及对策分析

种业是国家战略性、基础性核心产业，是促进我国农业长期稳定发展、保障国家粮食安全的根本。为全面、深入研究我国农作物种业发展现状，从种业政策、企业竞争力、优势种子产供需现状3个维度进行梳理与分析，总结我国不同阶段农作物种业政策支持重点，展示我国种业龙头企业核心竞争力并与国际种业企业进行优势对比，同时剖析杂交玉米、杂交水稻2类优势种子的产业化特点。基于分析内容总结了我国农作物种业发展中取得的成效和存在的问题，提出创建财政保障制度、加强种质资源的保护与利用、加快育种技术创新、推动科企联合育种以及健全法律法规体系的对策建议，以期为我国农作物种业创新发展提供参考。     

数字化育种管理系统对推进育种4.0的效应研究

<正>近年来,全球种业发展进入空前密集创新和产业变革时期,生物育种正迎来以全基因组选择、基因编辑、合成生物学等新型生物技术与图像识别、机器学习等信息技术融合的育种4.0时代。世界种业发展经历了4个阶段：1.0时代是农家育种;2.0时代是杂交育种;3.0时代是分子育种,包括分子标记、转基因育种等;     

种业新政以后科研单位和小企业的改革方向

最近,国务院发布了《关于加快推进现代农作物种业发展的意见》,这是我国农作物种业发展史上的一个重要里程碑,必将开启和推动我国育种和种子产业升级换代的新阶段,对种业科研人员是最大激励,对种业企业     

中国农作物商业化育种现状及发展对策

摘 要：近年来,在国外种子企业冲击下,国内种业全线动摇,市场的控制权面临易手,农作物安全遭遇挑战[1]。为了探讨开展农作物商业化育种的科学方法,通过对当前中国商业化育种现状与国外种业存在的差距进行了较为详尽的分析,阐述了当前我国种业发展的新形势,分析了科技型种子企业、成长型棉种子企业和经营型种子企业实现商业化育种的途径。总结出商业化育种的概念,提出了中国农作物商业化育种总体目标、育种途径和育种策略,认为中国要成为世界种业强国,必需拥有国际一流的跨国种业集团,以及分工明确的现代种业创新体系和先进高效的商业化育种模式。     

中国作物种业科学技术发展的评述

《国务院关于加快推进现代农作物种业发展的意见》提出构建以产业为主导、企业为主体、“育繁推一体化”的现代农作物种业体系,全面提升中国农作物种业发展水平。国内外种业的发展推动了种业科学的形成和发展。种业科学是围绕“育繁推一体化”种业产业发展而形成的科学技术学科类群,作物遗传育种是其中的一部分,它和种子生产的理论与技术、种子示范和营销的理论与技术构成了种业科学技术的主体,在相应的遗传、生理、信息技术、政策法规等学科知识的配合下成为相对集中的学科体系。中国的种业科学技术体系正在形成与完善之中。文章在回顾作物育种科学技术进展包括传统的作物育种科学技术和现时分子生物育种研究热点的基础上,归纳出现时重要的8个育种理论和技术问题,继而回顾了作物种子生产和示范推广科学技术的进展,并在此基础上探讨了中国种业科学技术发展的策略和建议。提出要围绕种业发展的需求,建成相对完整的种业科学技术学科体系;要顶层设计,建设成企业种业科技和公益性种业科技两支相互补充、相互配合的种业科学技术研发力量;要优先研究和解决种业发展中的重大科学技术问题,其中包括规模化育种技术,资源富集、遗传解析与创新,常规育种的分子辅助技术,转基因育种与安全技术,品种区域适应性试验制度与品种审定制度的完善,配齐种业基础性公益性研究并确立种子生产标准化体系,加强作物杂优化研发使杂种化成为中国未来种业的特色等。     

品种审定制度迈出新步伐

<正>当前,我国农作物种业进入加速发展的新时期,育种科技水平大幅度提升,商业化程度不断加剧。品种审定制度如何更好地适应现代种业发展的需求,成为我国种业健康可持续发展的关键。"种业的核心是品种,品种是企业发展的核心竞争力,品种审定是否具有科学性和前瞻性,事关企业的生存和产业的发展。"农业部种子管理局副局长马淑萍近日在接受记者采访时这样表示。     

发展航天育种产业促进农业科技进步——天水市航天育种产业发展的现状与对策

航天育种作为我国科技工作者开创并占据一定优势地位的新兴农作物育种技术,是加快培育农作物优良品种的有效途径之一,对促进我国农作物育种技术进步、提升我国粮食综合丰产能力和农产品市场竞争力具有重要意义.尤其是国办发[2009]55号文件明确提出"支持甘肃天水航天育种示范区建设"、国家将航天工程育种技术及产业纳入国家"十二五"战略性新兴产业规划和国务院"关于加快推进现代农作物种业发展的意见"的出台,为天水发展科技创新和种业育繁推一体化的航天育种,推动科技兴农事业发展开辟了更加广阔的前景.     

中国种业发展现状与对策建议

种子被誉为农业的"芯片",事关农业农村现代化及人民美好生活,种源安全事关国家安全,在我国农业发展中具有不可替代的战略作用.党中央、国务院高度重视种业发展,习近平总书记多次指示要下决心把我国种业搞上去.文章聚焦主要农作物和畜禽等种业,从种业保障能力、种业科技、种业创新主体和生物育种等方面总结我国种业发展现状,剖析我国种业...     

开启种业大国走向强国新征程——农业系统相关人士热议《意见》

2011年4月10日,国务院出台的《关于加快推进现代化农作物种业发展的意见》(以下简称《意见》)中,明确提出确立以企业为商业化育种的主体地位,打造一批"育、繁、推一体化"现代农作物种业集团。这是自2000年国家出台《种子法》之后,中国种业发展的又一次变革。4月18日,农业部召开新闻发布会,对《意见》进行解读。记者采访了农业部门、农业科研机构、种业企业等相关人士,大家一致认为,这是我国农作物种业发展历史上的一个里程碑,标志着我国农作物种业将进入产业升级的新阶段。     

作物智能设计育种——自然变异的智能组合和人工变异的智能创制

作物育种正在从传统的经验育种转向BT+IT驱动的智能设计育种。提升智能设计育种的能力和水平对解决我国未来粮食安全问题具有重要意义。未来作物智能设计育种将具有“双轮驱动”特征：智能化的杂交育种以育种大数据和育种模型为基础,精准设计自然变异的最优组合,并以最快捷的杂交组配方式实现自然变异的最优组合;智能化的生物育种利用人工智能技术和合成进化技术,设计DNA/蛋白质序列,可以“道法自然、超越自然”,指导作物的基因编辑育种和合成生物学。探讨了作物智能设计育种范式的理论基础、技术手段和发展趋势,分析了我国作物智能设计育种在产业化过程中面临的市场和政策瓶颈,并提出相关对策。     

Genomics-assisted breeding——A revolutionary strategy for crop improvement

Food shortages arise more frequently owing to unpredictable crop yield losses caused by biotic and abiotic stresses. With advances in molecular biology and marker technology, a new era of molecular breeding has emerged that has greatly accelerated the pace of plant breeding. High-throughput genotyping technology and phenotyping platforms have enabled large-scale marker-trait association analysis, such as genome-wide association studies, to precisely dissect the genetic architecture of plant traits. Large-scale mapping of agronomically important quantitative trait loci, gene cloning and characterization, mining of elite alleles/haplotypes, exploitation of natural variations, and genomic selection have paved the way towards genomics-assisted breeding(GAB). With the availability of more and more informative genomic datasets, GAB would become a promising technique to expedite the breeding cycle for crop improvement.     

后基因组时代基于选择导入系的水稻设计育种策略

近年来,水稻基因组学的发展突飞猛进,但如何将这些研究成果（丰富的基因组变异及功能基因克隆等）有效应用到复杂农艺性状的精准改良仍是设计育种面临的重大挑战和科学难题。经过多年实践证明,选择导入育种（breeding by selective introgression, BBSI）是有效解决这些问题的方法,这是一套基于精准遗传信息进行基因挖掘并同步改良多个复杂性状的设计育种策略。其主要包括：①构建大量携带优异性状的回交导入系群体,作为BBSI的材料平台;②基于全基因组测序和关联分析,构建精准的遗传信息平台;③通过设计“理想目标基因组型（ideal target genomic constitutions, ITGC）”和基因聚合方法,高效培育目标优良品种。介绍了BBSI的发展历程及在分子设计育种中的有效运用,尤其是如何利用分子数量遗传理论和全基因组变异来验证并丰富该策略,计划实施20年来已育成近百个绿色超级稻（green super rice, GSR）新品种,为后基因组时代作物育种的创新发展提供了重要理论和实践参考。     

植物育种模拟的原理和应用

传统植物育种很大程度上依赖于表型选择和育种家的经验，分子生物学积累的大量遗传数据使得在基因水平上进行目标性状的选择成为可能，但是由于缺乏必要的工具，大量的遗传信息尚未在育种中得以有效利用。模拟方法可以利用各类遗传信息，在育种家进行田间试验之前，对杂交组合的表现、后代选择效果以及整个育种过程进行模拟，提出最佳的亲本选配、杂交和后代选择策略，从而提高常规育种的预见性和效率。本文介绍育种模拟的一些基本原理，包括遗传模型的构建、杂交类型和选择方法的定义等，概述育种模拟工具QuLine的基本功能及其在育种方法的比较、利用已知基因信息的亲本选配和设计育种等方面的应用。模拟方法通过定义复杂的遗传模型和育种方法实现对育种过程的模拟，在更真实的情形下比较不同育种方法的优劣、预测不同亲本杂交后代的表现，从而为育种家有效利用大量的分子信息和遗传数据提供了手段。     

水稻遗传育种相关生物信息数据库和工具的研究进展

水稻Oryza sativa L.是主要的粮食作物，也是单子叶植物研究的模式植物。面对日益严峻的环境和人口压力，培育高产、优质、环境适性强的水稻品种是解决当前粮食安全问题的有效途径。随着多组学技术的快速发展，积累了海量的水稻遗传育种相关的数据。生物信息数据库和在线分析工具是存储这些数据的载体，用以整合、可视化和共享数据，并为数据的深入挖掘和利用提供工具，从而为育种决策提供数据支撑。本综述系统梳理了近20年来开发的水稻生物信息数据库和在线分析工具，并基于内置数据集和功能对它们进行了分类和总结。最后，讨论了现有的水稻生物信息数据库和在线分析工具的问题与不足，并对它们在大数据和人工智能时代的发展方向进行了展望。     

中国作物育种研究热点与发展趋势——基于创新要素供给视角

[目的/意义]通过创新发展要素供给分析,更全面研判学科热点发展趋势,为学科发展政策体系完善、专项计划科学部署及研究布局优化提供参考。[方法/过程]采用文本分析、信息关联法,梳理基础研究、技术创新、行业报告等成果产出热点,在“成果基础”模块的学科热点方向分析结果上,综合研究国家战略需求、政策导向推动、研发资金投入等多维创新要素对热点的集聚导向作用,研判学科热点趋势。[结果/结论]以作物育种学科为例,热点分为成果基础与创新资源集成类、创新资源要素集中类、潜在发展类3类。基因编辑育种、分子标记辅助育种、基因组育种、转基因技术等现代生物育种技术,以及作物性状调控关键基因挖掘及性状分子调控机理研究、作物性状改良等方向研究热度高、创新要素集中,未来有望产生一系列优质成果;在种质资源保护利用与精准鉴定,分子设计、数字化智能育种等定向精确育种技术创新等方向的创新要素投入集聚度高,成果有望进一步拓展与突破;倍性育种、遗传转化体系、组织培养、细胞工程育种等传统经典育种技术体系,以及作物表型研究等方向有待激发研究新动能。热点研究整体呈现“常规育种+现代生物技术育种+信息化精准化育种”发展趋势。     

甘蓝类蔬菜作物分子育种研究进展

作为蔬菜、饲料及观赏植物,甘蓝类作物具有重要的经济价值。近年来,随着分子生物学和基因组学的快速发展,甘蓝类作物的分子育种研究也取得了重要进展。概述了分子标记辅助育种、转基因育种和分子设计育种在甘蓝育种中的应用和取得的进展,分析了现阶段甘蓝类作物分子育种存在的问题,提出相应的对策和建议,为甘蓝类作物分子育种研究提供理论及实践参考。     

Simulation Modeling in Plant Breeding： Principles and Applications

Conventional plant breeding largely depends on phenotypic selection and breeder＇s experience, therefore the breeding efficiency is low and the predictions are inaccurate. Along with the fast development in molecular biology and biotechnology, a large amount of biological data is available for genetic studies of important breeding traits in plants, which in turn allows the conduction of genotypic selection in the breeding process. However, gene information has not been effectively used in crop improvement because of the lack of appropriate tools. The simulation approach can utilize the vast and diverse genetic information, predict the cross performance, and compare different selection methods. Thus, the best performing crosses and effective breeding strategies can be identified. QuLine is a computer tool capable of defining a range, from simple to complex genetic models, and simulating breeding processes for developing final advanced lines. On the basis of the results from simulation experiments, breeders can optimize their breeding methodology and greatly improve the breeding efficiency. In this article, the underlying principles of simulation modeling in crop enhancement is initially introduced, following which several applications of QuLine are summarized, by comparing the different selection strategies, the precision parental selection, using known gene information, and the design approach in breeding. Breeding simulation allows the definition of complicated genetic models consisting of multiple alleles, pleiotropy, epistasis, and genes, by environment interaction, and provides a useful tool for breeders, to efficiently use the wide spectrum of genetic data and information available.     

基因组学辅助作物改良研究进展

基因组学研究产生了功能分子标记和生物信息学等新型工具,并形成了能够提高作物改良效率和精确度的有关统计和遗传现象的新知识。基因组学研究对杂种优势和表观遗传学的解析及其操纵有巨大的潜力,最终可以了解一个群体中所有位点等位基因分离的相关知识,从而使育种家可以在微机上对基因型进行设计,并实施全基因组选择。当前高成本的实验限制了基因组学辅助的作物改良,自交作物和小作物尤其突出。然而,作物改良中的标记辅助选择育种将逐步进展到基因组学辅助育种。     

作物基因组学与作物科学革命

作物科学的发展对于世界粮食的增产起着重要的作用。本文回顾了第一次绿色革命的历史。通过比较中国与国际上矮化育种时间、矮源的来源以及同期主要绿色革命国家产量的提高幅度,证明中国应该是第一次绿色革命的策源地与发起国之一。包括“中国绿色革命”、杂交水稻等成果在内的中国作物科学研究成果对中国及世界作物生产作出了突出的贡献。当前中国的作物生产面临着严峻的挑战。第一次绿色革命之后的数十年间,中国小麦等主要粮食作物遗传改良年增长仅为0.7%-0.9%,远低于1.7%的需求;肥水利用效率仅为发达国家的1/3;机械化程度虽有较大的提高,但与发达国家相比仍有较大差距;农产品品质不能满足人们的需求,食品安全存在较大问题。鉴于上述情况,目前迫切需要开展一场以“更高产、更高效、更优质、更环保”为主要目标的新的绿色革命。尽管传统的作物科学对作物生产作出了巨大的贡献,但事实证明,仅靠传统的作物科学难以完成新的绿色革命重任。作物基因组学是当前生物科学领域发展最为迅速的一门新兴学科。当前大多数作物基因组测序已经完成,标志着作物科学已经进入基因组时代,为基于基因组学的作物科学研究奠定了基础。基因组学的发展正在促进作物科学在以下4个方面取得重要进展：（1）促进作物种质资源核心种质构建、重要农艺性状基因的克隆与种质资源的开发与利用,推动种质资源变异组学科的形成;（2）促进作物育种理论与育种方法的重大突破,推动育种基因组学的形成与发展;（3）推动环境条件与栽培措施影响基因表达调控的影响机制研究,一批受环境因素调控的基因将被发现,促进栽培学研究向栽培基因组学的方向发展;（4）迅速提高特色作物的研究水平,缩小作物间研究差距。当前是作物科学发展史上前所未有的高速发展时期,种质资源变异组学、育种基因组学与栽培基因组学的发展将引起作物科学的革命,并将由此引发新的绿色革命。文中分析了中国当前在研究队伍的组织、研究题目与研究材料的选择与研究成果的转化等方面存在的问题,并提出了解决方法及发展方向。