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分子植物育种:进展与展望

作者:    来源:《分子植物育种》    发布日期:2014-09-30    点击:次    【字号:    

 

    农作物复杂性状的分子育种需要理解和操控许多因素,其中包括影响植物生长、发育的因素和植物对各种生物和非生物逆境条件的反应。通过全基因组策略, 分子标记辅助育种程序将变得更加可行,并导致革命性的变化。

 

 

 

 

    “植物育种”的演变步骤。随着更复杂的工具的可利用性,植物育种的技艺变成了基于科学的技术——分子植物育种。

 

 

 

    过去50年来,世界各国在农作物改良方面作出了艰辛的努力,显著改良了许多重要农作物的产量潜力、品质、生物和非生物胁迫耐性。为了养活发展中国家快速增加的人口、应对全球气候变化及脆弱自然资源所带来的挑战,我们需要在三十到四十年内实现作物产量至少翻番的目标。同时,在优化试验条件下可以达到的理论产量与农民田间条件下所能获得的实际产量间还存在巨大差异。以水稻为例,亚洲国家在正常农艺措施管理条件下所获得的平均产量大约为5t/hm2,这还不到育种家在试验站达到的理论产量的30%。这种巨大差异的产生既有社会经济学的因素又有生物学的因素。因此,高效低成本的作物育种已变得日益重要。

 

 

 

 

野生型和转基因水稻精米的照片,转基因水稻包含带有水仙花psy(Np)或玉米psy(Zm)的T-DNA,由于类胡萝卜素积累而显著改变了颜色。

 

 

 

    复杂性状的作物育种必须考虑许多因素,需要了解性状的遗传、生理和分子基础、性状组分间的互作及其与环境的互作。为加快育种进程,必须发展新技术,改善基因型鉴定和表现型鉴定的方法,增加种质资源的遗传多样性。利用测序或芯片分析可以降低基因型鉴定的成本,并获得覆盖全基因组的遗传信息。高通量表现型鉴定重要性正在日益增加,表型组学(包括相关仪器设备和计算机软件)的发展使高通量的表现型鉴定日益成为可能。另外,正如我们最近所指出的,同等重要的是搜集和分析影响田间试验的各种环境因素。全基因组策略就是通过整合所有基因型、表现型和环境型的信息,以实现植物分子标记辅助育种的高效设计和顺利实施。

 

 

标记辅助植物育种中的全基因组策略流程图。

 

该系统从自然和人工作物群体开始,通过五个关键的平台来培育新种质:基因型鉴定,表现型鉴定,环境型鉴定(环境的测定),以及育种信息学。而在产品开发的每一步都离不开决策支持系统。

 

 

 

    全基因组策略利用全基因组测序和全基因组分子标记对代表性的或全部遗传资源和育种材料进行分析,以有效地考虑分子育种中面临的各种基因组和环境因素。这些策略正日益依赖于对特定基因组区域、基因/等位基因、单倍型、连锁不平衡区块、基因网络以及这些因素对特定表现型的贡献。大规模高密度的基因型鉴定和全基因组选择是全基因组策略的两个重要组成部分。高通量、精准表现型鉴定和环境型鉴定(e-typing)也是全基因组策略的重要组成部分,应该在此基础上重构有较强支撑系统的分子育种平台和方法,包括育种信息学和决策支持系统。

 

 

 

表 标记辅助植物育种局部基因组策略和全基因组策略之间平台和工具的比较

 

 

 

 

 

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