透过芯片看基因

走进中国种子生命科学技术中心

（ 2015年11月02日  06 版）

    水稻全基因组育种芯片。　本报记者王澎摄

    实验室操作台前忙碌着的工作人员。

    资料图

    本报记者王澎乐明凯

    近日，中国种子集团有限公司生命科学技术中心通过了企业国家重点实验室评定。早有耳闻，以生物信息为依据，以高通量分子标记筛选为手段，分段式工厂化流水线的生物育种技术——基因组育种是该中心的“王牌”，而这项技术的核心之一竟是一块小小的芯片。本期《前沿》带您走进中国种子生命科学技术中心，探寻其中的奥秘。——编者

    育种芯片——筛选优化基因

    【每一张育种芯片都比一块电脑内存条还要小，8厘米长，2.5厘米宽，厚度不到0.2厘米。芯片的一端贴着一块带编号的条码，在贴条码的一面上，隐约可以看到两排每排12个泛着光的长方形“小方块”，每个“小方块”的大小不到0.1平方厘米。“每一个‘小方块’就对应着一个被检测样品，一块芯片可以同时检测24个样品。”中国种子生命科学技术中心基因组育种部邱树青拿起一张育种芯片说，“针对每一个样品，每次可以检测近7万个高质量基因标记位点。”】

    2000年人类基因组测序完成标志着人类生物技术研究迈进基因时代，2005年在植物领域，水稻全基因组测序也随即完成，这为科学家研究生物性状奠定了科学基础。“以前，传统育种是根据田间植物形态和农艺性状的表现来筛选亲本，将高产优质的亲本和抗病抗虫的亲本进行杂交，在后代中通过大群体多年多地点筛选性状表现好的植株，不断繁殖鉴定，培育出高产抗病虫的品种。这种筛选依靠植物的田间表现和育种家的经验，需要世代累积才能寻求最佳植株，工作强度大，非常辛苦。育种家只观察植株各个性状的表现，不知道性状是由什么基因控制的，传统筛选方法的效率和可靠性都有待进一步提升。”基因组育种部总监周发松告诉记者，“通过育种芯片可以了解影响各个性状的基因，从而进行精准筛选和性状优化。如果能筛选出最好的基因组合，就为培育出理想的品种组合创造了技术条件。”

    传统育种手段里，育种家通过观察和经验来预测作物带有的不同基因，而随着基因技术的发展和育种芯片的不断完善，基因的神秘面纱正在被揭开，育种家们也迎来了基因育种的新时代。通过科学手段去了解鉴定各个亲本资源所携带的优良基因，将最优良的基因组合在一起，培育出最理想的作物新品种，成为了整个中心共同努力的目标。

    以往育种家根据作物的田间表现进行判断，能观察到的性状很有限，而且并不是所有的性状都能观察得到。“以水稻为例，田间能观察到的性状只有20多个，而水稻有3万多个主要基因和6万多个可能的基因，传统育种手段观察到的只是冰山一角。”周发松说，“育种芯片的作用就是把科学家对功能基因组的研究成果转换成育种工具。”

    分子标记筛选——一次检测成百上千指标

    【谈到育种芯片的作用，邱树青这样比喻：就像做抽血化验，以前抽一次血只能检测一两个指标，而如今化验一次可以检测成百上千个指标。育种芯片通过高通量分子标记筛选技术极大地加快了育种中个体植株性状的检测速度，传统育种方式就像中医一样，通过“望闻问切”等方式查看和筛选植株，而育种芯片可以通过基因检测，从大量后代中迅速找出优秀植株，从而缩短育种时间。】

    “育种芯片是检测工具，帮助育种家快速排除95%以上的非目标单株，节约了资源，提高了效率。这样培育一个新品种只需要3至5年的时间。”基因组育种部喻辉辉说，“与传统育种方式一样，杂交回交等产生新后代的方法还是不变的。”

    通过育种芯片的检测，可以对种质资源进行快速分析和筛选，从而得到具有高产、抗病、高肥效、优质等基因的不同种质资源。通过对种质资源的综合分析和考量后，可以筛选出具有多数优良基因的资源材料做亲本。选出亲本后的下一步就是杂交，通过育种芯片，科学家可以选定杂交后代中带有更多优良基因的植株。由于育种芯片检测的对象是基因，所以杂交后代不需要等待植株经过漫长的生长阶段，在种子上或者幼苗的叶子上取点样品，就能进行基因检测了。这样一来可以提前至少半年时间，更重要的是极大地提高了检测效率。

点击支持一下 共有条评论 筛选 水稻 品种 检测