王晓武：未来农作物新品种将能量身定制
辽宁日报,2013-09-01
国以农为本，农以种为先。如何培育出优质高产的农业生物品种，是未来国家农业科技的重中之重。近年来，一种新的育种方式——分子育种，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。分子育种与传统育种方式有何不同？我国分子育种技术处于什么样的水平？未来这项技术将在哪些领域首先传出捷报？
今年上半年水稻种子行业沸沸扬扬的消息，莫过于国内12家种企投资3亿元，共建分子育种平台。几乎与此同时，中科院的院士专家也认定分子模块设计育种科技将是未来即将发生的科技界的大事。分子模块设计育种科技究竟是什么？我们应该如何看待这项已经悄然来到身边的技术？记者就此采访了专家。
育种周期大幅度缩短基因直选实现精确育种
辽宁日报：王研究员您好，首先请教您，植物分子育种与传统的育种手段有何区别？
王晓武：农作物的驯化和栽培是人类文明产生和发展的前提，农业的可持续发展更是各国政府最重视的领域之一。传统的以田间选择为主的育种方法基本上是对表现型(具有特定基因型的植物个体，在一定环境条件下，所表现出来的一切性状特征)进行直接选择，因此常常又被称为“经验育种”，一般存在周期长、效率低等缺点。
近几十年来，随着分子生物学和基因组学等新兴学科的飞速发展，使育种专家对基因型进行直接选择成为可能，作物分子育种因此应运而生。分子育种可实现基因的直接选择和有效聚合，大幅度提高育种效率，缩短育种年限，实现“精确育种”。分子育种在提高产量、改善品质、增强抗性等方面已显示出巨大潜力。比如，常规育种需要7至8代才能选出育种材料，现代分子育种技术能将其缩短到2至3代，育种周期缩短为原来的1/4至1/3，实现了快速、定向、高效培育系统改良的作物新品种。
辽宁日报：作物分子育种有哪几种类型？
王晓武：狭义上讲，分子育种只包括分子标记育种、分子设计育种。广义上，分子育种也包括转基因育种。
首先让我们来谈谈分子标记育种。分子标记育种又称为分子标记辅助选择，是利用与目标基因紧密连锁的分子标记，在杂交后代中准确鉴别不同个体的基因型，从而进行辅助选择育种。
作物分子设计育种目的是通过各种技术的集成与整合，在育种专家的田间试验之前，对育种程序中的各种因素进行模拟、筛选和优化，确立目标基因型、提出最佳的亲本选配和后代选择策略、提高育种过程中的预见性。
最后是转基因育种，即利用重组DNA技术，将功能明确的基因通过遗传转化手段导入受体品种的基因组，并使其表达期望性状的育种方法。要强调的是，转基因育种必须与传统育种和分子标记育种相结合。同时，还需要特别关注转基因作物及其产品的安全性问题。
辽宁日报：那么分子模块设计育种就是“模块化”的分子设计育种？
王晓武：是的。模块化设计育种与我们利用预制件进行工程施工相似。就是先将育种总体目标分解成若干个单元目标，根据每个单元设计并培育一批符合单元目标的育种材料，最后按照整体目标将各单元材料具备的基因组合在一起，获得符合总体目标的品种。
我国分子育种势头强劲但与强国相比仍有差距
辽宁日报：您是蔬菜分子育种方面的专家，您能为我们介绍一下目前世界范围内，蔬菜分子育种已经取得了哪些成果吗？
王晓武：好的。利用分子标记辅助蔬菜作物育种的最基础工作之一，可以说是分子标记作图。分子图谱的构建，能为大量蔬菜作物的各种性状分子标记奠定坚实的基础。1986年，国外科学家就利用番茄为材料建立了世界上第一张蔬菜作物分子标记连锁图。之后，蔬菜作物分子标记辅助育种变得异常活跃，并在实践中逐步得到应用。到目前，包括番茄、马铃薯、甘蓝、白菜、黄瓜、甜(辣)椒、菜豆等在内的几乎所有主要蔬菜作物都已经构建了分子标记连锁图。
而且，标记技术也有了可喜的进步，在不断成熟。分子标记的稳定性、易用性得到了不断提高，开发与应用成本在不断下降。目前它们已逐渐在实际的育种项目中得到日益广泛的应用。国际上各大型育种公司蔬菜作物品种的选育都已经开始使用分子标记，这些公司在市场上新推广的许多新品种都包含了分子育种的成果。
辽宁日报：我国是什么时候开展蔬菜分子育种的，现在的发展程度如何，请您为我们介绍一下。
王晓武：我国蔬菜作物的分子标记研究始于20世纪90年代初。 “十五”期间，国家通过“863”计划等加大了对蔬菜作物分子标记辅助育种研究的投入，随着各研究单位实验条件的不断改善，效率更高和稳定性更好的标记方法也开始在许多实验室得到应用，逐步应用到利用分子标记构建遗传图谱和具体性状的分子标记辅助选择。
现在，我国已经发展出一些实用性较强的分子标记技术，并初步应用于实际育种。而且近年来，多个科研院所开展了系统的蔬菜作物分子标记作图研究，其中包括白菜、甘蓝、番茄、甜(辣)椒、马铃薯和黄瓜等主要蔬菜作物。这使得我们构建了主要蔬菜作物的遗传图谱，获得一批重要性状的分子标记，分子育种技术的应用有了长足的进步。但是，与国际上主要的蔬菜育种公司在实际育种中已广泛使用分子育种的状况相比，我们还有很大的距离。
未来10年将有重大突破白菜番茄黄瓜都有希望
辽宁日报：中科院的一份研究报告中提到“未来5至10年内，分子模块设计育种科技将创造新一代农业生物品种”。您觉得能在5至10年内取得突破的基础是什么？
王晓武：分子模块设计育种在国内现有水平下，离实际育种还有一段距离，但在5到10年内取得突破是完全有可能的。目前分子育种技术发展很快，高通量测序技术的发展，自动化技术在分子育种中的广泛应用都极大地促进了分子育种。特别是，我国科学家充分抓住了高通量测序技术取得突破机遇，完成了白菜、番茄、黄瓜、马铃薯等一系列主要蔬菜作物的基因组测序，为分子模块设计育种奠定了一个很好的基础。分子模块设计育种是一个过程，目前还无法具体预测哪种蔬菜作物会最先实现。一般情况下，这些基因组水平研究得比较透彻的作物应该会最先使用分子模块设计育种。
辽宁日报：那么在蔬菜分子育种领域，您对该技术的发展有哪些建议？
王晓武：未来几年将是我国蔬菜种业面临最严峻考验的时期，也是我国蔬菜种业能不能抓住最后机遇赢得发展的关键时期。我们一定要充分利用最近在蔬菜基因组学研究方面建立的领先优势和基础，加快蔬菜分子育种的进程，迅速增强我国蔬菜育种的研究实力，提升蔬菜育种的技术水平。
具体来说，在完成黄瓜、大白菜、甘蓝、马铃薯和番茄测序的基础上，我们要抓紧进行不同基因型品种的重测序以及表达谱分析，明确基因组中各个基因的相互关系，挖掘大批优良的等位基因，开发大量易用的功能基因分子标记。
还要开展萝卜、辣椒、胡萝卜、茄子和芥菜等蔬菜作物的基因组学研究，保持和发展我国在蔬菜作物基因组学研究的领先优势与基础。
另外，要加强野生资源的开发利用，建立有重要应用价值的野生资源渐渗系，建立基于分子标记选择的外源基因定向导入技术。
最后，还要加强蔬菜分子育种创新平台建设。国家应该加大对蔬菜分子育种的投入，依托优势单位建立国家蔬菜分子育种研究中心，推进硬件条件的不断完善，培养分子育种理论研究和技术创新的优秀人才。 □本报记者/王亮
专家档案
王晓武博士、研究员、博士生导师，中国农业科学院蔬菜花卉研究所副所长。目前主持的研究项目主要有“黄瓜全基因组测序”、“白菜类作物和马铃薯有益人体健康的微量营养品质性状的基因组学研究”和“863”项目“优质多抗蔬菜与果树分子育种”，参加“973”项目“油菜子油脂形成的分子生物学机制及其代谢调控”和“作物特殊营养成分的代谢及其调控研究”。获发明专利2项。发表学术论文50余篇，其中SCI论文12篇。现主要从事芸薹属和瓜类作物基因组学、芸薹属作物代谢组学等研究。
