更大、更好、更快……
實驗室科學的創(chuàng)新可以指導實際規(guī);a中的培育者,培育高產種子以及新的雜交品種,以達到快速抵抗疾病、蟲害和不良環(huán)境條件如干旱和高鹽等目的。農藝性狀的優(yōu)化日益提供了更好的產品保質期、均勻性、穩(wěn)定性、耐洗性,密度和耐久性,這些優(yōu)化大幅提高了種植者的利潤和食品供應,如更美味的番茄比薩和沙拉。
現(xiàn)代化的育種關注于如何抵抗真菌、細菌、病毒和害蟲如蚜蟲、粉虱等已知會導致番茄生產的問題上。“番茄植物需要高產,抗病和適應當?shù)氐纳L條件”,Engels碩士解釋說,“水果必須有良好的形狀,顏色,硬度,耐貯性,大小和味道。我們的番茄品種不但要滿足種植者的需求,同時也要滿足貿易商、零售商和消費者的要求!
分子育種的應用
分子標記育種方法在種子生產、促進植物基因的識別以及關注性狀,如抗性的選擇上都具備明顯的優(yōu)勢。細胞和組織培養(yǎng)更適于在體外發(fā)展DH株特異種質資源繁殖并進一步擴大作物遺傳庫。
“在分子水平上了解植物的特點加快了新的種子品種的生產過程,” Engels說,“從研發(fā)到市場的釋放時間平均為10年左右。通過分析葉子樣本,可快速識別存在的一個理想基因,而無需等待植物的成熟,分子生物學家可以節(jié)約大量的時間,大幅減低研發(fā)成本!
SNP檢測在育種中的優(yōu)勢——從藤蔓SNP-ing出番茄
據(jù)拜耳作物科學標記輔助育種科學家van Poppel博士稱,在此項研究中,他們利用Fluidigm公司的EP1™系統(tǒng),結合Juno™ 96.96 Genotyping IFC和192.24 DynamicArray™ IFC,進行了終點法基因分型研究。
“我們利用全基因組標記物和分子標記輔助回交技術代替單一性狀連鎖標記,對新的性狀進行基因圖譜分析以區(qū)分不同作物群”,van Poppel博士解釋說,“在Fluidigm IFC研究體系上進行基因分型分析,可以優(yōu)化最佳的SNP數(shù)量和樣本數(shù)搭配。”
Engels對此表示贊同:“每個群體需要特定的標記選擇,這可以通過使用Fluidigm IFCS來實現(xiàn)。一旦被映射的數(shù)量性狀位點被確定,就可通過單性狀連鎖標記輔助進行更進一步的篩選。表型分析鑒定往往是昂貴和費時的,同時還依賴于季節(jié)。而分子標記則使育種學家可以輕松跟蹤他們感興趣的農藝性狀,如顏色和外觀,同時全基因組標記物使育種專家們可以將分子標記輔助回交技術應用于后代的選擇上!
拜耳公司研發(fā)的種子新品種主要為了改善上述性狀,包括:產量、外觀、保質期、抗病蟲害、抗旱性和抗?jié)承缘取A硗馀c口味相關的特征也很關鍵(已知100個左右的基因特異性的與口味相關)。Engels發(fā)現(xiàn),為了研發(fā)出新的雜交品種,并使其具備純近交系父本和母本中的某些特定性狀,可能需要多達七代獨立自花授粉的基因純度的雜交品種。分子標記方法則可以快速幫助選擇所需性狀。
Engels說:“在一個育種步驟中無法改變數(shù)百個基因。分子標記輔助育種主要關注那些可以同時調控多種作物表型的基因!彼忉屨f,通過子代番茄的藤蔓SNP位點等基因表型信息數(shù)據(jù)的分析,即能看出個體中所需性狀是否表達,而無需等待表型出現(xiàn),從而大大加快育種速度。目前,拜耳正在利用這一技術開發(fā)一些和性狀緊密相關的SNP標記物。
提高種子價值
比傳統(tǒng)的種系相比,由于雜交品種一般都有較高的產量,更強的抗性,因此拜耳采用雜交活力控制方法進行親本純自交系的交叉選擇。當育種家進行優(yōu)化育種時,導致植株表現(xiàn)出明顯的雜種優(yōu)勢。他指出:“利用廣泛的種質資源和區(qū)域差異,可以使親本自交系的遺傳差異更大,從而獲取更強的雜種優(yōu)勢”。
最近幾年的改進研究源于為發(fā)展高質量的雜交品種而進行的最適親本選擇。事實上,雜種優(yōu)勢只是故事的一部分。與世界范圍內的種質資源雜交育種,選擇具有理想性狀的種系,開發(fā)新的種子,改良全球作物品種則是育種專家們一直在思考的問題。
當拜耳開發(fā)一個新的種子時,會申請植物新品種保護(PVP)。監(jiān)管機構可能會給予這樣的要求,以禁止第三方復制特定品種,但種植者可以繼續(xù)使用經改善的植物種質資源,無論起源。
Engels簡要概況了拜耳公司如何培育具有耐特殊的生長條件如干旱,低溫或高鹽的種子品種:“我們針對蔬菜種子建立了專門的技術和方法,用以提高種子質量、產量,改善生產技術和流程。包埋、造粒過程使種子萌發(fā)時能夠更均勻,而種子激發(fā)作用則使播種更簡單,更有針對性。”
他補充道:“一旦我們發(fā)現(xiàn)特定的基因與耐受性或抵抗特定的不良條件相關,我們會尋找分子標記物,以使進一步的研究和未來的發(fā)展更容易和更快!
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