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  • 分子育种:实现玉米育种技术新突破
  • 作者: 来源: 时间:2009-9-5 17:10:07 阅读次 【
  •     “玉米我国最重要的禾谷类作物之一。新中国成立以来,我国玉米单产和总产的增加很大程度上依赖于玉米育种水平的不断提高。在诸多增产因素中,玉米新品种的贡献率达到35%左右。”国家玉米改良中心副主任李建生对记者说。
      21世纪我国农业面临人口不断增加和农业资源不断减少的双重压力,为了实现粮食安全和生态安全、提高农业效益的战略目标,提高玉米产品的科技含量和玉米生产的产业化程度是一项重要举措。为此,国家“十一五”863现代农业技术领域设立了“植物分子与细胞高校育种技术与品种创制”重大专项,并于2006年12月启动了“高产优质多抗玉米分子品种创制”课题,主要对玉米育种技术开展研究,最终目的是提高产品的科技含量,并提高种业的竞争力。
      作为课题负责人,李建生说:“我们将充分利用基因组学和生物信息学的最新研究成果,开展玉米分子标记育种研究,构建分子育种技术体系,选育高产优质多抗玉米新品种,对提升我国玉米育种水平,保证国家粮食安全和增加农民收入具有重要意义。”
      开展玉米分子标记育种研究意义重大
      玉米我国最重要的禾谷类作物之一。
      “根据国家有关部门的统计,改革开放以来,在水稻,小麦和玉米三大禾谷类作物中,玉米是唯一播种面积呈逐年上升的禾谷类作物。”李建生说:“1977年玉米播种面积是1967万公顷,2003年达到2400万公顷,2007年达2700万公顷,而水稻和小麦的播种面积却在缓慢下降。按照这种发展趋势,在不久的将来,玉米可能成为我国第一大禾谷类作物。”
      同时他介绍,1977年我国玉米总产量为0.49亿吨,到2006年增加到1.45亿吨,增长了两倍左右。“我国玉米产量的增加很大程度上依赖于玉米育种水平的不断提高。在诸多的增产因素中,玉米新品种的贡献率达到35%左右。”
      他表示,21世纪我国农业面临人口不断增加和农业资源不断减少的双重压力,为了实现粮食安全、食品安全、生态安全、提高农业效益的战略目标,提高玉米产品的科技含量和玉米生产的产业化程度是一项重要举措。尽管传统育种技术在作物遗传改良方面取得了显著成就,但由于其选择效率较低、周期较长,已不能满足当前玉米生产对优良品种的需求。
      记者了解到,近20年来,随着植物分子生物学技术的发展和应用,对作物遗传育种产生了极其深远的影响。生物技术与常规育种技术的有机结合正孕育作物遗传育种的第三次技术突破。
      李建生介绍,自从模式植物拟南芥基因组全序列测序完成后,模式作物———水稻全基因组测序的完成和玉米全基因组测序的启动,为作物常规育种手段与分子标记辅助选择和转基因技术的有机结合形成了新的学科———农作物分子育种学,并成为作物遗传育种学新的生长点。
      “利用分子标记开展重要农艺性状和产量性状的定位,是分子育种的重要基础研究。”他表示,过去20多年来,分子标记技术以及QTL(数量性状基因座)定位方法的快速发展,为复杂数量性状的研究提供了强有力的手段。借助于覆盖全基因组的分子标记连锁图,利用合适的分离群体,已经定位了大量影响产量、农艺、品质、生物和非生物抗性等性状的QTL和基因。
      他告诉记者,在“十五”863计划的支持下,我国科研单位已开始分子育种的研究。其中,中国农业大学和中国农科院利用SSR分子标记分析了我国优良玉米自交系的遗传变异,对其进行了杂种优势群的划分,为更有效地利用我国现有的种质资源,进一步提高玉米杂种优势水平提供了有价值的信息;中国农科院采用o2基因的SSR标记phi057,大规模开展了优质蛋白玉米分子育种材料创制,选育出优良自交系CD2和CD7,已配制出中试401等优良杂交组合;四川农业大学利用抗玉米纹枯病的QTL紧密相连锁的分子标记,对抗性分子标记辅助选择,获得多个高抗玉米纹枯病自交系。
      他说:“开展玉米分子标记育种研究,构建实用、经济、高效的分子育种技术体系,选育高产优质多抗玉米新品种,实现玉米育种理论和关键技术的新突破,对提升我国玉米育种水平,保证国家粮食安全和增加农民收入具有重要意义。”
      我国将建立以育种为目的的分子标记开发技术体系
      “十一五”863“高产优质多抗玉米分子品种创制”课题于2006年12月正式启动。
      “本课题涉及的主要研究技术均是国内外当前应用较为成熟的技术。课题使用的关键材料都由课题参加单位自主研制,具有自主知识产权。课题研制的玉米新材料、培育的玉米新品种均可以申请植物新品种保护。课题开发的功能基因标记也可以申请专利保护。”李建生自豪地表示。
      他介绍,课题的主要研究内容包括:
      玉米重要性状分子标记的开发———针对我国玉米优势区玉米生产的主要问题和种子市场对玉米新品种的需求,在前期对玉米重要性状基因/QTL定位的基础上,采用基因组学和生物信息学等学科的先进技术,发掘有育种价值的实用分子标记,并直接应用于玉米育种。根据性状的重要性和研究基础,采用关联分析方法,重点开发玉米抗矮花叶病毒病、高油、高赖氨酸、高维生素A源性状的功能分子标记;采用比较基因组研究策略,寻找玉米抗旱的候选基因,通过序列分析和抗旱性评价,发掘玉米抗旱的功能标记。利用方便快捷的分子标记技术,深入开展玉米抗丝黑穗病、抗穗粒腐病、抗纹枯病、玉米株高及产量性状QTL的精细定位、发展实用分子标记;利用分子标记定位玉米氮高效、磷高效、以及株型相关性状的QTL。
      玉米新材料和新品种的研制———以我国优良玉米自交系为材料,采用共同分子标记进行基因型分析,同时结合育种收集农艺、抗性和产量性状的表型数据及配合力数据,构建用于分子育种的优良玉米自交系分子标记数据库和表型性状数据库。利用已经获得的与抗性、品质及产量性状连锁的分子标记,筛选我国优良玉米自交系,进一步评估分子标记的育种利用价值,为组配优良玉米新组合提供信息。利用本课题重点开发玉米抗矮花叶病毒病、高油、高赖氨酸、高维生素A源性状的分子标记,以现有的高产玉米品种或组合的优良骨干亲本为受体,采用分子标记辅助选择方法,将其转育成抗病、优质新材料,并组配抗病、优质新品种。在利用分子标记筛选育种基础材料和划分玉米杂种优势群的基础上,结合玉米常规育种技术培育高产、优质、多抗玉米新杂交种,并进行试验、示范和推广。
      课题的预期目标是:获得玉米抗病、优质、高产、抗旱、营养高效性状的各类分子标记120至150个,其中可以直接用于育种的实用分子标记60至80个。建立以育种为目的的分子标记开发的技术体系。利用已经建立的分子育种技术,培育玉米抗病、优质、高产、抗旱、营养高效的自交系等材料30至50份。建立相应的分子标记辅助选择的技术体系。建成分子标记与表型性状相结合的分子育种数据库。采用分子育种与常规育种相结合的方法,育成高产多抗优质玉米新品种8至10个;优质专用玉米新品种3至5个。“十一五”期间,新品种累计推广面积2500万亩。申请分子标记辅助育种技术及功能型分子标记制种和发明专利8至10项。申请新自交系和新品种保护权8至10项。培养硕士和博士研究生15至20名,培训技术骨干10人。在国内核心学术刊物上发表论文60至80篇,其中SCI收录论文20篇。
      课题进展显著,具备三大创新
      课题启动一年来,已在重要性状功能标记的开发、重要性状QTL定位及分子标记开发、玉米优良自交系的分子标记辅助改良、优良玉米杂交种的选育及专用品种的推广示范等方面取得了明显进展;共培育通过省级以上审定的优良品种9个,其中国审品种1个,省审品种8个;发表论文26篇,其中SCI论文7篇;培养硕士和博士研究生40名。
      李建生介绍,该课题共有三大创新点:应用基因组学、比较基因组学和生物信息学手段,以及关联分析的方法,开发玉米重要性状尤其是数量性状基因的功能分子标记;以优良玉米自交系为受体材料,通过分子标记辅助选择,创造抗病、优质的玉米新材料。这些优异材料不仅可以直接用于育种,而且可以为进一步研究玉米抗病、优质的分子生物学基础提供材料;通过分子育种与常规育种结合的方式,将高产的遗传背景与抗病、优质特性结合,培育高产、多抗、优质的玉米新品种。
      他表示,课题汇集了我国玉米育种实力最强的6个优势单位,包括:中国农业大学、中国农业科学院作物科学研究所、四川农业大学、河南农业大学、吉林省农科院和山东省农科院。他说:“课题组把全国玉米分子育种的优势人力、技术、基础、成果整合在一起,形成一个团队,将为完成本课题任务提供可靠的保障。”
      ■数字863
      “高产优质多抗玉米分子品种创制”课题起止年限为2006年12月至2010年10月。
      课题的预期目标是,获得玉米抗病、优质、高产、抗旱、营养高效性状的各类分子标记120至150个,其中可以直接用于育种的实用分子标记60至80个。建立以育种为目的的分子标记开发的技术体系。利用已经建立的分子育种技术,培育玉米抗病、优质、高产、抗旱、营养高效的自交系,渐渗系,近等基因系等30至50份。建立相应的分子标记辅助选择的技术体系。建成分子标记与表型性状相结合的分子育种数据库。采用分子育种与常规育种相结合的方法,育成高产多抗优质玉米新品种8至10个;优质专用玉米新品种3至5个。“十一五”期间,新品种累计推广面积2500万亩。申请分子标记辅助育种技术及功能型分子标记制种和发明专利8至10项。申请新自交系和新品种保护权8至10项。
      课题主持单位与5家合作单位签订了子合同,明确了各自的任务。课题开展一年来,已经进行了高油、高赖氨酸、高维生素A源的功能标记的开发玉米,共获得4个基因的功能标记;抗丝黑穗病、抗穗粒腐病、抗纹枯病、玉米株高等QTL定位,共定位了17个QTL、完成了玉米氮高效、磷高效、以及株型相关性状永久定位群体的构建;应用分子标记辅助选择改良玉米自交系的杂交和回交群体,并配置组合以鉴定优良的玉米杂交种,育成优良玉米杂交种9个,高产多抗优质新品种及优质专用新品种示范面积达到近170万亩。
      2006年度至2007年度,863项目专项拨款385万元,分两次下拨,分别为224万元和161万元。
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