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“集成育种平台”为育种提供一站式服务

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2013年05月27日 09:42 农博网

  来自巴基斯坦的FarooqIAzams是中国农业科学院作物科学研究所博三的学生。他没有丰富的大田作物育种实践,但求学中国最让他兴奋的是可以在电脑上全程模拟育种过程,完成试验训练。

  FarooqIAzams使用的可不是一款普通的电脑软件,它叫做“集成育种平台”(IBP),是由国际农业磋商组织实施的世代挑战计划项目(GCP)的科研成果。如今,FarooqIAzams已将这一全新的育种方法推荐给了家乡的同学和老师,希望能让自己国家更多的农业科研工作者在农作物育种中获益。

  自2003年起,中国农业科学院作物研究所研究员王建康率领的团队参与了世代挑战计划,进行育种新方法和新工具的研究。如今,随着“集成育种平台”的建成和完善,通过新的育种方法大大提高作物育种效率,已成为可能。

  传统育种耗时耗力,急需一种全新的育种方法

  一粒种子可以改变世界。作为农业发展的基础和关键,加之世界粮食安全问题日益严峻,加快育种进程,提高育种过程的可预见性和效率,成为育种家们的迫切需求。

  国内不少的农作物育种者,在育种过程中都有过“用眼看、用秤称、用尺量、用牙咬”的种子检测经历,能否选育出一个理想的作物品种,往往只能依靠育种者的经验。

  “育种家需要根据大田经验,利用设计的方法组配亲本、估计后代种植规模、选择优良后代,这种经验育种,工作辛苦,耗时耗力。”王建康说,对育种工作者来说,从资源搜集到选系、配组合,每一个环节都非常重要。有时为了测试某两个品种能不能进行杂交,需要大量的田间试验和数据来证明,一旦失败,只能从头开始。育种是一个长期的过程,一个周期结束后,还需要10多个这样的循环,如果一年种一季,需要10年。

  对于严谨科学的育种工作来说,能不能找到一种全新的方法,帮助育种家提高育种效率,少走一些弯路?据了解,目前在美国等发达国家,有一些大公司会专门组织一支队伍处理育种过程中的信息资源、材料亲样关系等数据,并确保这些数据有效保存和利用,提高育种效率,而对于许多国家来说,实现这种公司化的操作条件并不成熟。

  “集成育种平台”问世,引来育种“全科学”时代

  2003年,国际农业磋商组织成立了一个世代挑战计划项目,旨在整合组织内各研究中心以及各成员国的研究力量,在全球范围内开展作物遗传资源的研究方法和利用途径研究,以提高作物育种效率。2009年,在比尔和梅琳达·盖茨基金会的支持下,集合了育种家需要的分析资料,一个可持续性的公共信息平台逐渐建立起来了,这就是集成育种平台。在集成育种平台的帮助下,中国和世界的育种家们实现了数字化育种的愿望。

  自参与世代计划以来,王建康研究员为首的团队成员主要从事育种模拟软件的开发,即通过计算机模拟软件,根据小麦、玉米等作物的特点,模拟它们的育种过程,帮助育种家进行方法决策。

  “研究人员将所有开发出来的软件,都集结到了集成育种平台上。它是一个可持续、基于互联网的一站式服务平台。”王建康介绍说,集成育种平台不但能模拟各种植物上的交配方式,还能模拟不同的选择方法。育种家在开展田间试验之前,利用各种遗传信息对杂交组合的表现、后代选择效果以及整个育种过程进行模拟,提出最佳的亲本选配、杂交和后代选择策略,实现亲本选配、后代预测和选择的科学化,提高育种过程中的可预见性和效率,实现育种的“全科学”。

  “如果让育种家完全靠田间试验进行育种,工程量非常大,而集成育种平台帮助专家少走了很多弯路,为育种决策提供了参考。”王建康说,“虽然集成育种平台只是一个模拟工具和平台,无法取代真正的田间育种工作,更不能缩短实际需要的育种时间,但是它的出现是革命性的,它将对中国和世界种业的发展起到不可估量的促进作用。”

  如今,集成育种平台已经开始发挥作用,在国内外诸多育种项目里应用。在通过品种改良提高作物微量营养元素的生物强化挑战计划中,科研工作者希望在进行玉米育种时将高产和高微量元素两个性状结合起来,但由于原先的玉米育种,多是对产量性状的选择,对品质性状的选择很少,育种家很难判断5年或10年周期后能否育种成功。王建康团队通过建立玉米育种模型,模拟育种方法和过程,发现在现有的育种规模下,成功率只有50%,而如果增加50%的育种规模,成功率则可以达到90%,这一发现有效地为生物强化计划提供了决策依据。

  集成育种平台还将完善,致力为分子设计育种服务

  2012年7月,世代挑战计划首次在北京举办中国育种家开放日活动,用中文向中国育种家介绍IBP网站、作物信息系统、电子田间计划书等实用育种工具。

  “今后,集成育种平台还要提供更多的解决育种问题的服务,遗传基因资料的搜集等数据更新工作要不断地进行,平台中的许多工具和软件也将持续更新。”王建康介绍说,尽管世代挑战计划会在2014年结束,但集成育种平台将会继续运转下去。

  集成育种平台成为突破传统育种瓶颈的有效途径,它的发展最终是为分子设计育种服务的,分子设计育种是世界也是中国今后育种的一个方向。与发达国家相比,我国仍然缺少大规模、高效率的国家级分子设计育种平台。为此,王建康建议,我国要重视数字育种的人才培养和团队建设,加强育种中的预测方法和模拟工具的研究,加强基因与环境互作以及遗传交配设计和分析方法研究,加强作物功能基因组、生物信息学方法和生物信息学工具的研究,加强分子设计育种技术体系和决策支持平台的研究,使中国早日进入育种的全新时代。

(文章来源:农民日报-中国农业新闻网,作者:吴佩)

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