《利用MARS技术加速玉米品种改良》

  • 来源专题:农业科技前沿与政策咨询快报
  • 编译者: 徐倩
  • 发布时间:2017-11-28
  • 国际玉米小麦改良中心(International Maize and Wheat Improvement Center, CIMMYT)的科学家在最近一份研究报告中指出,标记辅助轮回选择技术(Marker-Assisted Recurrent Selection, MARS)正以前所未有的速度帮助育种人员培育出高产、耐旱的玉米改良品种 。

    玉米是撒哈拉以南非洲地区3亿人口最重要的粮食。气候变化改变环境的速度已经超过了农业适应自然的速度。农民只有尽快获得抗旱玉米品种,才能适应新环境。

    常规育种通常需要7-8年时间,才能使改良品种最终为农民所用。而这项名为“在撒哈拉以南非洲地区干旱胁迫和无胁迫环境下使用MARS技术提高玉米产量”的研究表明,采用MARS技术,即使在干旱条件下,也可以使这个时间缩短到5年,并让改良品种表现出更大的遗传潜力。不仅速度更快、成本更低,而且还可以帮助研究人员快速了解哪些品种具备所需要的性状。MARS技术还可以利用基因型数据对最适宜种植品种进行预测,极大地降低了玉米种植成本。此前,种植者每年只能通过肉眼观察进行品种选择。

    这项研究的重点是在频繁遭受旱灾且气候多变的撒哈拉以南非洲地区,开发和改良耐旱、高产热带玉米品种。该研究对10个双亲热带玉米种群的遗传增益进行了估算。总体而言,通过MARS技术,在灌溉良好的情况下,这10个种群每年每公顷可增产105公斤;在干旱胁迫条件下,每年每公顷可增产51公斤。研究还发现测试种群的后代与其上一代和商业对照品种相比,产量明显更高。这表明在撒哈拉以南非洲地区,无论干旱还是适宜环境下,MARS在提高遗传增益方面都具备优异的潜力。

    通过前面提到的10个双亲种群的每一轮种植,研究人员利用MARS和谱系法得到了1,000个玉米改良品系并完成了多点试验,其中包括352个双单倍体品系,再利用这些品系得到杂交品种。目前,正在对每个种群中最好的杂交品种在全国范围内进行性状试验,之后将很快在撒哈拉以南非洲地区批准环境释放并进行商业化种植。

    (编译 徐倩,编审 孙巍)

相关报告
  • 《应用生物组学分析方法研究90天饲喂试验的转基因玉米品种》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:zhangyi8606
    • 发布时间:2019-05-30
    • 利用欧洲唯一栽培的转基因玉米MON810品种,对转基因玉米及对应的非转基因玉米进行了比较。通过包括转录组学、蛋白质组学和代谢组学在内的组学特征分析谷物样品的差异。对其他栽培玉米品种进行了分析,为不同栽培品种间存在的变异性提供参考。观察到的改良玉米品种与未改良玉米品种之间的差异不超过未改良玉米品种之间的典型差异。使用这些先进的分析方法以分析新的植物材料,与全食品评估的动物喂养试验的结果进行了比较。没有观察到需要进一步调查的转基因品种的变化迹象。此外,还表明如果对劣质玉米样品进行类似的分析,就可以获得这种迹象。生物组学数据提供了植物材料的详细分析信息,有助于建立新(转基因)植物品种的风险评估程序。
  • 《新型转基因玉米产量提高10%》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:zhangyi8606
    • 发布时间:2019-12-13
    • 长期以来,基因工程的支持者们一直坚信,它将有助于满足全球日益增长的粮食需求。然而,尽管已经培育出许多抗虫害和抗除草剂的转基因作物,科学家在促进农作物产量方面却一直难有作为。如今,研究人员首次证明,通过改变一种促进植物生长的基因,他们终于可以放心地将玉米产量提高10%,而不用管生长条件是好是坏。 “这太不可思议了。”并未参与该项研究的美国艾姆斯市爱荷华州立大学分子生物学家Kan Wang说。她表示,除了提高玉米产量外,新的转基因技术还将激励研究人员努力提高其他农作物的产量。 全世界种植最广泛的转基因作物(包括大豆、玉米和棉花)都是通过一些相对简单的基因改良创造出来的。例如,通过将细菌的一个基因添加到特定的农作物品种中,科学家赋予了它们合成一种可以杀死多种昆虫的蛋白质的能力。另一种简单的基因操作结果可以使农作物抵抗草甘膦或其他除草剂,这样做的一个好处是让农民可以在不侵蚀土壤的前提下除掉杂草。还有一种操作可以在干旱时保护农作物。但是,由于植物的生长过程涉及了许多复杂的遗传因素,因此想要培育出在良好条件下能够产出更多粮食的农作物,难度很大。 从2000年开始,世界各地的转基因公司开始认真筛选能够提高农作物产量的单个基因。然而只有少数经过鉴定的基因显示出了希望,并且由于成功率低,许多公司已经减少或停止筛选与农作物产量有关的基因。 但是Corteva农业科学公司(一家位于特拉华州威明顿的化学和种子公司)的研究人员决定研究那些像总开关一样影响农作物生长和产量的基因。 研究人员选择了在许多植物中常见的一类名为MADS-box基因,然后在其中选择了一种基因(zmm28)来改变玉米植株。研究调节发育的基因的挑战在于确保它们在正确的时间和正确的组织类型中开启了正确的数量。参与领导这项研究的Corteva农业科学公司的植物生理学家Jeff Habben说,如果基因过于活跃,“很容易把植物搞得一团糟”。 研究小组的目标是使zmm28与一个新的启动子融合,后者是一段控制基因激活时间的脱氧核糖核酸。在尝试了十几次之后,他们找到了一种可靠的方法。 通常,当玉米开始开花时,zmm28就会启动。而增加的启动子能够比自然发生更早地启动zmm28,并且在开花后继续促进基因的有益作用。 “如果你让基因工作得更努力、更长久,你就能让植物表现得更好。”Wang说。 研究人员在48种商用玉米中测试了增强基因的表现,这些玉米被称为杂交玉米,通常用于饲养牲畜。在2014年至2017年的美国玉米种植区田间试验中,研究人员发现,转基因杂交作物的产量通常比对照组作物多3%至5%。 研究小组本周在美国《国家科学院院刊》上发表报告称,有些玉米的产量增加了8%至10%。同时不管生长条件是好是坏,这种好处都是存在的。 “这是转基因作物在田间环境中对产量发挥实际作用的最好例子之一。”英国哈彭登市洛桑研究所农作物科学家Matthew Paul说。 导致玉米增产的原因有几个。首先,经过基因改造的植物的叶子要稍大一些,从而使植物将阳光转化为糖分的能力提高了8%到9%。 “这种增长确实是一件大事。”Corteva农业科学公司植物生理学家Jingrui Wu说,因为通过基因工程很难改善光合作用。 同时这些植物在利用氮的效率方面也提高了16%到18%。氮是一种重要的土壤营养物质,由于复杂的遗传因素,使其成为植物育种家难以控制的另一种特性。 比利时佛兰德斯VIB研究所分子生物学家Dirk Inze说:“从商业角度来说,这看起来很有希望。”Corteva农业科学公司已经向美国农业部(USDA)申请批准新的高产杂交品种。(虽然zmm28及其启动子在玉米中自然存在,但它们是使用被USDA监管的一种生物技术配对的。) Habben估计,这项新技术大概需要6到10年的时间才能获得世界各国的正式批准。Inze说,相关的调控基因很有可能提高其他谷物的产量。 玉米的大规模田间示范“强化了我们的信念,即如果我们处理得当,内在产量是可以提高的”。Wang说,“这确实会给人们带来灵感。” 相关论文信息:https://doi.org/10.1073/pnas.1902593116