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现代化分子育种:更快、更好、更强

【字体: 时间:2015年10月22日 来源:Fluidigm

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  育种专家Coert Engels硕士和Pieter van Poppel博士,最近同富鲁达(Fluidigm)公司分享了他们在番茄育种研究方面取得的喜人进展。他们的团队正在开发可以满足世界范围内不同栽培方法和气候的番茄新品种,由于每个地区都有其特有的要求和方法,因此他们的育种工作必须集中在一系列的特定性状分析上。

从过去到现在,世界各国的顶尖育种工程师们一直都在为未来的发展提供更好的产品而努力。祖辈们和上一代的园丁们精心挑选出最适合当地条件的作物种子并加以妥善保存,以期在来年或今后更长的时间内能获得好的收成。以番茄为例,在经过几十年的选择性育种后,各种地方品种的种子表现出了明显的特定区域特征。这些品种随着时间的推移,适应了当地的环境,促进了遗传作物多样性,并表现出优秀的抗病能力。

总部位于荷兰的拜耳作物科学(Bayer CropScience)的育种专家Coert Engels硕士和Pieter van Poppel博士,最近同富鲁达(Fluidigm)公司分享了他们在番茄育种研究方面取得的喜人进展。他们的团队正在开发可以满足世界范围内不同栽培方法和气候的番茄新品种,由于每个地区都有其特有的要求和方法,因此他们的育种工作必须集中在一系列的特定性状分析上。

更大、更好、更快……

实验室科学的创新可以指导实际规模化生产中的培育者,培育高产种子以及新的杂交品种,以达到快速抵抗疾病、虫害和不良环境条件如干旱和高盐等目的。农艺性状的优化日益提供了更好的产品保质期、均匀性、稳定性、耐洗性,密度和耐久性,这些优化大幅提高了种植者的利润和食品供应,如更美味的番茄比萨和沙拉。

现代化的育种关注于如何抵抗真菌、细菌、病毒和害虫如蚜虫、粉虱等已知会导致番茄生产的问题上。“番茄植物需要高产,抗病和适应当地的生长条件”,Engels硕士解释说,“水果必须有良好的形状,颜色,硬度,耐贮性,大小和味道。我们的番茄品种不但要满足种植者的需求,同时也要满足贸易商、零售商和消费者的要求。”
 
分子育种的应用

分子标记育种方法在种子生产、促进植物基因的识别以及关注性状,如抗性的选择上都具备明显的优势。细胞和组织培养更适于在体外发展DH株特异种质资源繁殖并进一步扩大作物遗传库。

“在分子水平上了解植物的特点加快了新的种子品种的生产过程,” Engels说,“从研发到市场的释放时间平均为10年左右。通过分析叶子样本,可快速识别存在的一个理想基因,而无需等待植物的成熟,分子生物学家可以节约大量的时间,大幅减低研发成本。”
 
SNP检测在育种中的优势——从藤蔓SNP-ing出番茄

据拜耳作物科学标记辅助育种科学家van Poppel博士称,在此项研究中,他们利用Fluidigm公司的 EP1™系统,结合Juno™ 96.96 Genotyping IFC和192.24 DynamicArray™ IFC,进行了终点法基因分型研究。

“我们利用全基因组标记物和分子标记辅助回交技术代替单一性状连锁标记,对新的性状进行基因图谱分析以区分不同作物群”,van Poppel博士解释说,“在Fluidigm IFC研究体系上进行基因分型分析,可以优化最佳的SNP数量和样本数搭配。”

Engels对此表示赞同:“每个群体需要特定的标记选择,这可以通过使用Fluidigm IFCS来实现。一旦被映射的数量性状位点被确定,就可通过单性状连锁标记辅助进行更进一步的筛选。表型分析鉴定往往是昂贵和费时的,同时还依赖于季节。而分子标记则使育种学家可以轻松跟踪他们感兴趣的农艺性状,如颜色和外观,同时全基因组标记物使育种专家们可以将分子标记辅助回交技术应用于后代的选择上。”    

了解Fluidigm基因分型产品的更多信息


拜耳公司研发的种子新品种主要为了改善上述性状,包括:产量、外观、保质期、抗病虫害、抗旱性和抗涝性等。另外与口味相关的特征也很关键(已知100个左右的基因特异性的与口味相关)。Engels发现,为了研发出新的杂交品种,并使其具备纯近交系父本和母本中的某些特定性状,可能需要多达七代独立自花授粉的基因纯度的杂交品种。分子标记方法则可以快速帮助选择所需性状。

Engels说:“在一个育种步骤中无法改变数百个基因。分子标记辅助育种主要关注那些可以同时调控多种作物表型的基因。”他解释说,通过子代番茄的藤蔓SNP位点等基因表型信息数据的分析,即能看出个体中所需性状是否表达,而无需等待表型出现,从而大大加快育种速度。目前,拜耳正在利用这一技术开发一些和性状紧密相关的SNP标记物。
 
提高种子价值

比传统的种系相比,由于杂交品种一般都有较高的产量,更强的抗性,因此拜耳采用杂交活力控制方法进行亲本纯自交系的交叉选择。当育种家进行优化育种时,导致植株表现出明显的杂种优势。他指出:“利用广泛的种质资源和区域差异,可以使亲本自交系的遗传差异更大,从而获取更强的杂种优势”。

最近几年的改进研究源于为发展高质量的杂交品种而进行的最适亲本选择。事实上,杂种优势只是故事的一部分。与世界范围内的种质资源杂交育种,选择具有理想性状的种系,开发新的种子,改良全球作物品种则是育种专家们一直在思考的问题。

当拜耳开发一个新的种子时,会申请植物新品种保护(PVP)。监管机构可能会给予这样的要求,以禁止第三方复制特定品种,但种植者可以继续使用经改善的植物种质资源,无论起源。

Engels简要概况了拜耳公司如何培育具有耐特殊的生长条件如干旱,低温或高盐的种子品种:“我们针对蔬菜种子建立了专门的技术和方法,用以提高种子质量、产量,改善生产技术和流程。包埋、造粒过程使种子萌发时能够更均匀,而种子激发作用则使播种更简单,更有针对性。”

他补充道:“一旦我们发现特定的基因与耐受性或抵抗特定的不良条件相关,我们会寻找分子标记物,以使进一步的研究和未来的发展更容易和更快。”

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富鲁达(上海)仪器科技有限公司
cn.fluidigm.com
电话:021 3255 8368
邮箱:
Info-China@fluidigm.com

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