中国作物分子育种现状与发展前景

近年来,随着基因组测序等多种技术实现突破,基因组学、表型组学等多门“组学”及生物信息学得到迅猛发展,作物育种理论和技术也发生了重大变革。以分子标记育种、转基因育种、分子设计育种为代表的现代作物分子育种技术逐渐成为了全世界作物育种的主流,在我国也正在成为作物遗传改良的重要手段。本文在界定分子育种的基础上,简要分析了中国作物分子育种研究现状和面临的问题,探讨了未来我国作物分子育种的发展策略。     

芝麻育种技术研究进展

芝麻是重要的油料作物,新品种选育是芝麻产业发展的重要组成部分,随着生物理论技术的不断发展,芝麻的遗传改良正在由系统选育、杂交育种等传统技术向细胞工程育种、分子育种等现代生物技术育种迈进,现代生物技术育种已经成为芝麻育种的重要研究方向。本文综述了芝麻育种技术的发展及其在育种实践中的应用,提出了当前芝麻育种中存在的问题,展望了芝麻育种方向和内容。     

科研人员发现调控植物叶型发育分子机制

正近日,中国农业科学院生物技术研究所作物高光效功能基因组创新团队发现影响植物叶型发育的分子调控机制,为作物高光效遗传改良和育种实践提供了重要的理论基础。相关研究成果于近日在线发表于国际著名遗传学杂志《PLo S Genetics》(《公共科学图书馆遗传学》)上。     

小麦抗旱的分子标记、基因定位和基因工程研究进展

综述了与小麦抗旱相关的分子标记、基因定位和基因工程研究进展。作物抗旱性是复杂的数量性状,利用分子生物学技术对抗旱相关的性状进行研究,有利于阐明其遗传基础,为进一步应用现代生物技术进行小麦抗旱性改良提供理论基础,目前小麦抗旱的分子标记尚未和育种工作紧密结合,对这种现象的原因进行了分析,提出了解决问题的办法。基因工程从渗透调节物质、Lea蛋白、转录因子3个方面进行小麦抗旱性改良,转录因子是目前转基因抗旱育种的一个发展方向。     

转基因作物研究进展及我国转基因大豆的现状与未来

转基因作物从 20 世纪 90 年代发展至今,在农业、环境和社会经济等方面均取得了可观效益。随着转基因技术的不断发展,转基因作物育种可利用的目的基因、可改良的性状逐渐增多,基因编辑技术的兴起,使作物改良简单化、精准化。转基因作物种类增多、数量增加、种植面积增加,转基因产品的流通速率明显提高。对转基因技术进行了详细介绍,结合国际农业生物技术应用服务组织ISAAA）数据分析得到国际及我国转基因作物的种植情况,针对转基因大豆的技术应用和研发成果进行了汇总与讨论,总结出现阶段我国转基因大豆及其产品在研发过程中存在的问题,并对转基因大豆的产业发展提出了合理建议,以期为中国转基因大豆育种工作提供参考。     

发展生物技术促进作物育种科技革命

发展生物技术促进作物育种科技革命辛志勇马有志(中国农业科学院作物育种栽培研究所北京100081)我国粮食生产将面临更加严峻的挑战。以传统的育种方法为基础,结合基因工程,细胞工程及分子标记辅助育种等生物技术,深入开展遗传育种基础理论研究及优化育种程序……     

大豆分子育种现状、挑战与展望

近年来,大豆育种技术取得了重要进展,育种理论和技术也发生了重大变革。通过多种技术的集成与整合,加速了优质大豆培育进程,以分子标记辅助育种、转基因育种等技术逐渐成为大豆遗传改良的重要手段。本研究综述了大豆分子标记辅助育种、大豆转基因及分子设计育种的研究进展,分析了中国大豆分子育种现状和挑战,认为中国大豆分子育种存在优异基因资源匮乏,大豆分子育种技术方法相对落后,分子育种培育的突破性品种过少等问题,提出了未来要加强重要经济性状形成的遗传和分子基础研究,要重视加强多种模型的开发等几点建议。     

第二届生物育种技术及种质资源交流大会邀请函

<正>主办单位:中国农业国际合作促进会协办单位:中国农学会遗传资源分会、山西省名优土特新产品协会、华大基因研究院、基因有限公司媒体支持:《中国种业》《分子植物育种》《植物遗传资源学报》《农业生物技术学报》《种子科技》组织单位:北京金玖盛国际会展有限公司一、会议内容(一)产业发展与新技术:国内外生物育种技术研发现状与发展趋势;转基因生物安全管理法规与技术标准;转基因食品安全评价等。     

现代农业生产中育种技术的意义及应用研究

现代农业生产中，育种技术是提高作物产量和品质、增强作物的抗逆性、优化作物的生长周期和丰富作物品种资源的重要手段。应用研究方面，基因编辑技术、基于分子标记的作物遗传育种等都是当前的研究热点。在作物育种技术研究现状方面，小麦、玉米和大豆的育种技术都在不断发展和完善。文章探讨了现代农业生产中育种技术的未来发展趋势，以期为现代农业生产提供参考。     

生物技术在芦笋育种中的应用

旨在为今后芦笋遗传育种工作提供参考和理论依据。本文综述了近几十年来国内外生物技术在芦笋育种研究中的应用主要进展,内容包括芦笋的组织培养、花药培养、小孢子培养、原生质体培养、多倍体诱导、分子标记技术及遗传转化等方面的研究,重点总结了生物技术在芦笋育种中发挥的作用及应用现状,并分析芦笋生物技术育种存在的问题。最后根据芦笋生物学特性与产业需求,探讨了未来芦笋生物技术育种工作的发展方向。     

Molecular markers: actual and potential contributions to wheat genome characterization and breeding

The demands for increasing global crop production have prompted the development of new approaches relying on molecular marker technologies to investigate and improve the plant genome. The merits of molecular markers make them valuable tools in a range of research areas. This review describes novel approaches based on modern molecular marker technologies for characterization and utilization of genetic variation for wheat improvement. Large-scale genome characterization by DNA-fingerprinting has revealed no declining trends in the molecular genetic diversity in wheat as a consequence of modern intensive breeding thus opposing the genetic ‘erosion’ hypothesis. A great number of important major genes and quantitative trait loci have been mapped with molecular markers. Marker-assisted selection based on a tight linkage between a marker allele and a gene(s) governing a qualitative or quantitative trait is gaining considerable importance as it facilitates and accelerates cultivar improvement through precise transfer of chromosome regions carrying the gene of interest. The implementations of molecular markers in wheat genotyping, mapping and breeding complemented by specific approaches associated with the complex polyploid nature of common wheat are analyzed and presented.     

中国作物新基因发掘：现状、挑战与展望

中国作物新基因发掘是实现中国作物种质资源优势向基因资源优势转变和作物分子育种的基础。本文对中国近10年来水稻、小麦、玉米、大豆、棉花和油菜等主要作物基因发掘研究的进展进行了分析和评述。中国作物基因发掘也取得了一系列突破性进展：(1)创制出一批具有特色的基因发掘材料,包括基于中国作物遗传多样性的核心种质、基于优异资源的遗传分离群体和基于人工诱变的突变体等;(2)基因发掘技术和方法有所突破,尤其是在针对基因特点整合各种基因发掘技术、改进基因/QTL的生物统计算法等,提高了基因发掘的效率;(3)作物农艺性状的标记与基因定位已成为常规遗传研究方法,初步定位了一批抗病、抗逆、优质、养分高效、高产相关基因/QTL,其中,有500多个基因已精细定位;(4)以水稻为代表的作物基因克隆及功能研究在国际上受到瞩目,在主要作物中已克隆了300多个基因,其中,在目标作物中验证的基因数超过70个。在国际作物基因发掘高效化、规模化及实用化发展过程中,中国作物基因发掘也取得了重要进展。然而,中国作物基因发掘的数量和质量还远远不能满足作物分子育种的需求,与国际作物基因发掘也存在差距,具体表现为不同作物基因发掘研究进展不平衡、发掘基因的数量还相对有限、已发掘的基因中具有重大利用价值的基因不多。针对中国基因发掘面临的问题和世界各国以及跨国生物技术公司争夺基因的巨大挑战,作者提出了中国作物基因发掘应重点提高基因发掘效率,加强重要基因克隆及基因的价值评估,以生物产业发展需求为导向的基因发掘策略。     

全球玉米分子育种专利态势分析

揭示全球玉米分子育种技术发展态势,旨在为国内玉米分子育种领域相关从业人员在科研或产业化方面提供参考。利用文献计量法,结合专家咨询和调研分析,针对全球玉米分子育种的专利年代趋势、技术生命周期、主要来源和受理国家/地区、主要专利权人、技术主题分布进行分析。为阐释典型机构的技术发展历程,依据专利间的相互引证关系,绘制该领域重要专利权人——杜邦公司的技术路线图。最后利用Emergency Indicator算法对专利标题和摘要中的主题词进行创新性得分计算,预测该领域的新兴技术。结果表明,全球玉米分子育种正处于稳步发展阶段,美国是该领域主要的技术来源国家,同时也是主要的技术流向市场,中国专利数量排名第二,但专利质量和海外布局意识有待提高;大型跨国企业是创新技术的主要来源机构,技术体系完善;转基因技术是目前应用最多的育种技术,加倍单倍体、分子标记辅助选择、单倍体诱导等技术为该领域的新兴技术,值得关注。中国应加大对玉米分子育种的扶持力度,捕捉技术空白点提升专利质量和技术竞争力,同时积极推进专利技术在国际市场的布局。     

Breeding and genomics status in faba bean (Vicia faba)

Faba bean is an important legume crop because of its high‐yield potential and nutrition‐dense grains. There have been significant achievements in faba bean improvement in the last four decades, which led to the doubling of the global yield average. This study reviews the genetic diversity, the breeding methodologies, major achievement on biotic and abiotic traits, and the recent molecular approaches. The high genetic diversity among faba bean accessions has been useful for increasing yield potential of the crop. Substantial increase in yield potential can be gained through the development of cultivars in open pollinated conditions. In the past, many faba bean varieties that are tolerant to abiotic and biotic stresses were released worldwide. The average yield gains varied from 1.65% per year in Syria to 4.17% per year in Ethiopia. The recent advances in molecular technologies will be used to develop more coherent genetic maps, which would also facilitate assembling and ordering genomic scaffolds in a future genome‐sequencing effort and molecular‐breeding approach.     

中国玉米分子标记技术研究进展

概述了近年来分子标记技术在中国玉米遗传多样性、杂种优势及杂种产量的预测、目标基因和QTL定位、DNA指纹图谱构建和杂交种子纯度鉴定等研究方面的应用。认为分子标记技术在以下方面将具有广阔的前景:(1)在玉米特用种质资源的发现、鉴定、分类整理和开发利用上,应用分子标记技术,能进一步挖掘与玉米高产、优质、高抗有关的基因性状,从而进行基因的定位和标记,提高玉米育种的效率。(2)运用该技术对玉米抗病、抗虫、抗涝、抗旱等抗逆性基因进行精确定位,为这些抗逆基因的克隆、转化及利用打下良好基础,为分子标记辅助选择育种提供了便利,有利于加快育种进程。(3)随着分子标记技术的进一步完善与发展,以及玉米DNA指纹计算机应用软件的开发,其检测技术将逐步程序化、简单化和自动化,应用分子标记技术可以经济、迅速、准确的鉴定和检测玉米自交系或杂交种的纯度及真伪,为品种保护和开发提供可靠的依据。     

中国玉米分子标记技术研究概况

概述了近年来分子标记技术在中国玉米遗传多样性、杂种优势及杂种产量的预测、目标基因和QTL定位、DNA指纹图谱构建和杂交种子纯度鉴定等研究方面的应用。认为分子标记技术在以下方面将具有广阔的前景：(1)在玉米特用种质资源的发现、鉴定、分类整理和开发利用上,应用分子标记技术,能进一步挖掘与玉米高产、优质、高抗有关的基因性状,从而进行基因的定位和标记,提高玉米育种的效率。(2)运用该技术对玉米抗病、抗虫、抗涝、抗旱等抗逆性基因进行精确定位,为这些抗逆基因的克隆、转化及利用打下良好基础,为分子标记辅助选择育种提供了便利,有利于加快育种进程。(3)随着分子标记技术的进一步完善与发展,以及玉米DNA指纹计算机应用软件的开发,其检测技术将逐步程序化、简单化和自动化,应用分子标记技术可以经济、迅速、准确的鉴定和检测玉米自交系或杂交种的纯度及真伪,为品种保护和开发提供可靠的依据。     

Plant breeding and diversity: A troubled relationship?

Plant breeding collects, induces and rearranges genetic diversity followed by selection. Breeding may contribute to diversity in farmers’ fields or significantly reduce it. History has numerous examples of both. The diversity of many crops have gone through domestication, dispersal and modernization bottlenecks. Between these major decreasing processes, diversity has picked up through different evolutionary processes, and plant breeding affected by policies. Major negative effects of plant breeding on diversity have been recorded following the modernization bottleneck, but alternative breeding strategies have come up as well, both in the formal system and in the interphase between formal and farmers’ seed systems. Multiline breeding and participatory plant breeding are introduced as examples to also analyse effects of current developments in technology and policy. This paper intends to shed some light on the questions: how will current developments in technology and policy affect crop genetic diversity? Are we heading for a new bottleneck—either a molecular or a policy bottleneck, or a combination of both? Or could the future become more diverse? We look at the relationship between breeding, policies, and crop genetic diversity in farming systems with a birds-eye view. Notably because of current policy trends we warn for a new diversity bottleneck.     

小麦主要品质性状研究进展

小麦作为保障中国粮食生产安全和助推农业高质量发展的主要粮食作物,尤其对小麦品质的提高显得越来越迫切。小麦品质性状较为复杂,经过多年的遗传改良,小麦品质性状研究取得了一些重要进展,但中国小麦品质改良仍处于中低水平。笔者对小麦几个重要品质性状的研究现状进行了简要概述,重点是对控制小麦营养品质、加工品质的性状遗传改良进行总结。主要分析了小麦蛋白含量、面筋含量、淀粉含量及沉淀值遗传特点,综述了各品质性状的分子遗传规律及相关调控的主要基因。尤其随着分子生物学及生物技术的发展,小麦品质性状的遗传调控规律的明晰,未来可将分子设计育种作为重点研究方式。     

主要麻类作物基因组学与遗传改良:现状与展望

随着测序技术的发展,主要麻类作物(黄麻、红麻、苎麻、亚麻和工业大麻)参考基因组从2011年至2020年陆续完成测序,这标志着麻类作物科学已经进入基因组时代。文章首先详细概述主要麻类作物基因组测序。其次,评述了基于基因组学的麻类作物重要应用价值基因挖掘。基于参考基因组和转录组测序,大量关于纤维发育、响应非生物胁迫的候选基因被挖掘,以促进麻类作物纤维的物种特性和“不与粮食争好地”的逆境农业。同时不同麻类作物特异性状候选基因陆续被报道,如红麻雄性不育、亚麻种子含油量和大麻大麻素相关候选基因等。再次,麻类作物基因组测序完成为基于组学的麻类作物遗传改良提供可能:有助于麻类作物种质资源形成和演化机制研究,系统解析纤维产量、纤维品质、抗病耐逆等农艺性状形成的分子基础;有助于建立高通量基因型-表型数据库,挖掘优异基因资源与创制新种质;有助于创新并集成分子标记辅助选择、基因组选择、转基因等技术,建立高效的快速育种技术体系。宜选育高产高效、抗逆抗病、适宜轻简化机械化、优质专用的多用途麻类作物新品种,以满足麻类作物相关产业的市场需求,适应麻类作物生产方式。尽管已经获得重要基因以及位点的信息,但如何高效率利用已有基因资源对麻类作物进行遗传改良仍需面临一系列挑战,如成熟稳定的遗传转化体系、麻类作物基因编辑体系构建及基因组选择育种等。