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基因组学引领生物育种变革

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2019年12月06日 10:04 农博网

  记者从近日举行的第五届国际农业基因组会议暨深圳国际食品谷研讨会上获悉,现代农业研究已迈入生物组学大数据时代,特别是基因组学及其衍生技术在生物育种中发挥着重要的引领作用。

  基因组学是对生物体所有基因进行集体表征、定量研究及不同基因组比较研究的一门交叉生物学学科。基因组学主要研究基因组的结构、功能、进化、定位和编辑等,以及它们对生物体的影响。农业农村部种子管理局巡视员周云龙指出,农业基因组学技术,在种业领域,不仅能大幅提高传统育种效率、设计“定制作物”,而且可为食品安全和生物安全服务,利用合成基因组学技术还可能颠覆农业生产格局。

  中国农科院农业基因组研究所所长黄三文研究员用一个形象的比喻来描述:“打个比方,育种好像在一个黑屋子摸索,传统育种打着手电靠育种家的火眼金睛,而基因组学点亮了一盏灯,帮你看到房间全貌,这样育种的效率大大提升了!”

  利用基因组学、蛋白组学、代谢组学等技术手段,可以探明农产品贮藏、加工过程中色、香、味、形等品质形成机理,加工过程对食品营养组分消化、吸收及代谢等作用机制,全面解析食用农畜产品的营养组分及转化规律,筛选主要农作物与畜禽产品的营养品质性状调控及代谢关键基因,进行靶向设计与定向导入,实现高品质精准功能育种。比如,我国已经实现了番茄的“种质资源收集-基因组测序与分析-功能基因挖掘-分子设计育种-品种推广”全产业的创新链条,培育出美味番茄新品种。

  黄三文长期从事番茄基因组研究,科研团队完成了360份番茄品系的变异组研究,阐明了人工选择如何改变番茄基因组,为种质资源的育种应用提供了理论框架。又与国际团队合作,确定了33种影响消费者喜好的主要风味物质,揭示了番茄风味的物质基础和遗传改良路径,为培育美味番茄提供了切实可行的育种方案。在上述研究的基础上,黄三文团队整理和收集了番茄育种不同历史时期具有代表性的品种,通过生物信息学分析,利用骨干亲本全基因分析开发了美味番茄的背景选择芯片,用于在育种中保持现有主要亲本的良好遗传背景。之后,通过传统育种与分子标记相结合的方法,创制了第一批美味番茄的优良品种“深爱1号”和“深爱2号”,实现了美味番茄从基因组设计到合成育种的战略构想。

  中国农科院农业基因组研究所农艺师吕亚清告诉记者,“深爱1号”番茄含有34个美味番茄的优异位点,在育种设计之初,便是为了找回儿时番茄的味道,如今面向消费者,经过一年的多次品尝试验,组成特有的香气和黄金甜酸比,共同形成了特有的原本属于早期栽培番茄的味道,真正勾起舌尖对儿时味道的回忆。“深爱2号”番茄含有36个美味番茄的优异位点,皮薄,糖度可达10以上。“不用等到番茄果实成熟,幼苗阶段我们就可以进行基因标记风味选择,再进行杂交育种,这大大缩短育种周期。”

  如今农业生物技术正在以前所未有的速度向前发展,特别是基因组学及其衍生技术正在影响全球农业产业发展。我国是世界上较早启动农业基因组学研究的国家之一,在水稻、黄瓜、番茄等农作物基因组学等领域研究水平已居世界前列,由我国科学家主导完成了70%左右的重要农作物的基因组测序与分析工作,克隆了大量的产量、品质、抗逆等性状基因。黄三文表示,随着生物技术特别是基因组学发展,美味番茄的育种路径将会越来越多复制到其他农作物、畜禽品种,也会有更多的美味蔬菜瓜果畜禽肉蛋,通过精准设计培育出来,让传统农产品焕发出新活力。

  中国科学院院士李家洋在会上指出,现代农业的可持续性发展,人类的食品营养和健康,将愈发依赖生物组学大数据技术的进步。会议建议,我国要把握现代农业和未来食品研究进入生物组学大数据时代的重要战略机遇,尽早布局,充分融合全基因组设计育种、个性化食品开发等技术,通过数据平台和智能设计研发农产品新品种和个性化营养食品。

(文章来源:农民日报)

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