2.跨國(guó)公司商業(yè)化育種及發(fā)展趨勢(shì)
考察團(tuán)重點(diǎn)考察了孟山都、先鋒及先正達(dá)三大跨國(guó)公司商業(yè)化育種體系及其最新研發(fā)進(jìn)展。
2.1商業(yè)化育種基本模式
三大跨國(guó)公司商業(yè)化育種結(jié)構(gòu)及主要流程，雖然相互區(qū)別、各有所長(zhǎng)，但其模式基本類(lèi)似，一般由育種目標(biāo)決策、種質(zhì)資源利用、育種技術(shù)研發(fā)、生物信息處理、田間測(cè)試評(píng)價(jià)、生產(chǎn)與市場(chǎng)反饋等模塊組成。
2.1.1育種目標(biāo)決策系統(tǒng)。是商業(yè)化育種的中樞，決定其研發(fā)理念和發(fā)展方向，對(duì)其主要研發(fā)產(chǎn)品、實(shí)現(xiàn)途徑和技術(shù)路線等進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)。一般由少數(shù)具備豐富育種理論和經(jīng)驗(yàn)的高層人士組成。
2.1.2種質(zhì)資源利用系統(tǒng)。是商業(yè)化育種材料的基礎(chǔ)，決定商業(yè)化育種品種的遺傳背景，對(duì)具有遺傳多樣性的種質(zhì)材料進(jìn)行精確鑒評(píng)和分類(lèi)管理，為育種研發(fā)提供帶有目標(biāo)性狀、特質(zhì)基因等優(yōu)異種質(zhì)材料。
2.1.3育種技術(shù)研發(fā)系統(tǒng)。是商業(yè)化育種體系的核心模塊，技術(shù)含量最高，通常由常規(guī)育種、分子標(biāo)記輔助育種、基因?qū)＠夹g(shù)研發(fā)三部分組成。以常規(guī)育種技術(shù)為主線，分子輔助育種可替代部分田間試驗(yàn)，大幅增加育種試驗(yàn)規(guī)模，顯著提高育種效率，基因研發(fā)為常規(guī)育種定向提供目標(biāo)基因性狀、專(zhuān)利技術(shù)產(chǎn)品。
2.1.4生物信息處理系統(tǒng)。是商業(yè)化育種遺傳信息的管理平臺(tái)。通過(guò)智能化信息技術(shù)，能夠高效分析和處理海量的生物遺傳信息，并在全體系實(shí)施共享，可大幅度提高對(duì)大量中間材料的鑒別、篩選和分類(lèi)管理能力。
2.1.5田間測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)。是商業(yè)化育種中試產(chǎn)品的評(píng)估依據(jù)。在多個(gè)地點(diǎn)不同氣候、土壤等生態(tài)類(lèi)型條件下，對(duì)商業(yè)化育種中試產(chǎn)品進(jìn)行田間小區(qū)種植，測(cè)試選育品種的綜合表現(xiàn)，評(píng)估其商業(yè)化推廣的價(jià)值。
2.1.6生產(chǎn)與市場(chǎng)反饋系統(tǒng)。是商業(yè)化育種體系的反饋調(diào)控機(jī)制。針對(duì)特定推廣區(qū)域生產(chǎn)和市場(chǎng)需求，對(duì)育種目標(biāo)、技術(shù)路線、研發(fā)產(chǎn)品特性等進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，使其更好適合目標(biāo)區(qū)域生產(chǎn)和市場(chǎng)，以及商業(yè)化推廣的要求。
2.2跨國(guó)公司商業(yè)化育種的主要特點(diǎn)
2.2.1確立以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向的育種目標(biāo)。在育種理念上，跨國(guó)公司商業(yè)化育種的目標(biāo)并不單純追求豐產(chǎn)性狀指標(biāo)，而是更注重強(qiáng)化抗病蟲(chóng)、抗旱等抗逆性狀，以提高品種穩(wěn)產(chǎn)性；注重農(nóng)藝措施的改進(jìn)，如抗除草劑、耐密植、養(yǎng)分高效利用等，使育種目標(biāo)更符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和市場(chǎng)需求。為此，從種子生產(chǎn)、推廣到市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)等人員都能參與育種研發(fā)過(guò)程，對(duì)育種決策發(fā)揮重要作用。如先鋒公司的生產(chǎn)和市場(chǎng)人員可自始至終參與品種選育，優(yōu)先選擇具有更好商業(yè)化開(kāi)發(fā)前景的品種組合，育成品種有明確的推廣區(qū)域和市場(chǎng)定位，針對(duì)性和指向性很強(qiáng)。
2.2.2收集全球多樣化的種質(zhì)資源。跨國(guó)公司非常重視收集和積累種質(zhì)資源，通過(guò)政府部門(mén)和遍及全球的分支機(jī)構(gòu)從世界各地廣泛收集種質(zhì)資源，尤其是含有特質(zhì)性狀的優(yōu)異種質(zhì)和野生資源，一方面篩選目標(biāo)性狀的專(zhuān)利基因資源，另一方面擴(kuò)充種質(zhì)材料遺傳基礎(chǔ)。孟山都已從一些野生或特質(zhì)種質(zhì)中挖掘出許多專(zhuān)利基因，先鋒公司通過(guò)80多年研究積累，已擁有全球60%以上的玉米種質(zhì)資源，先正達(dá)公司通過(guò)大量收購(gòu)種子企業(yè)，迅速擴(kuò)大種質(zhì)資源擁有量。同時(shí)，跨國(guó)公司對(duì)分布于各地的種質(zhì)資源可在統(tǒng)一管理平臺(tái)上實(shí)行集中分類(lèi)管理，整個(gè)研發(fā)體系內(nèi)實(shí)現(xiàn)規(guī)范交流和共享，育種家可使用來(lái)自世界各地的種質(zhì)資源。
2.2.3尋求現(xiàn)代生物科技的最新成果。為更好地支撐商業(yè)化育種，跨國(guó)公司也越來(lái)越重視上游相關(guān)領(lǐng)域基礎(chǔ)性研究，廣泛與世界各地的科研機(jī)構(gòu)或大學(xué)合作，其商業(yè)化育種研發(fā)不斷向種質(zhì)創(chuàng)新、基因發(fā)掘、分子標(biāo)記、遺傳分析、生物信息處理等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域延伸。先鋒公司分別建立了玉米、大豆等種質(zhì)資源分子遺傳信息分析模型。同時(shí)，跨國(guó)公司密切跟蹤生物科技前沿領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，對(duì)取得突破或技術(shù)方法成熟的成果，通過(guò)項(xiàng)目資助、技術(shù)轉(zhuǎn)讓等方式迅速承接，為己所用。據(jù)了解，孟山都等公司都已經(jīng)積累了大量的專(zhuān)利基因和技術(shù)儲(chǔ)備。
2.2.4運(yùn)用現(xiàn)代自動(dòng)化的技術(shù)手段。無(wú)論是實(shí)驗(yàn)室操作還是田間作業(yè)，跨國(guó)公司都設(shè)計(jì)和采用各種現(xiàn)代自動(dòng)化控制的分析儀器和機(jī)械設(shè)備，極大地提高了育種實(shí)驗(yàn)規(guī)模和研發(fā)效率。孟山都（安克尼）SNP分子標(biāo)記實(shí)驗(yàn)室，從籽粒激光切削取樣到DNA提取、引物加注、PCR擴(kuò)增、生物信息讀取、目標(biāo)樣品選擇等實(shí)現(xiàn)了全程自動(dòng)化，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)全部由機(jī)器人操控，每天可完成數(shù)百萬(wàn)個(gè)樣品分子標(biāo)記測(cè)試和海量信息采集分析任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模、高通量、全自動(dòng)基因型分析鑒定和篩選。先正達(dá)（斯萊特）育種研發(fā)基地，自行設(shè)計(jì)改裝的玉米田間小區(qū)收獲測(cè)產(chǎn)設(shè)備，每臺(tái)每小時(shí)收獲500個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，并準(zhǔn)確獲取產(chǎn)量等數(shù)據(jù)，可保證該基地23萬(wàn)個(gè)小區(qū)在10多天內(nèi)及時(shí)收獲。
2.2.5建立廣泛覆蓋的試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)?？鐕?guó)公司在全球近百個(gè)國(guó)家建立育種研發(fā)中心或試驗(yàn)站，如孟山都全球育種試驗(yàn)站有180多個(gè)，先鋒公司有126個(gè)，并以這些研發(fā)中心為依托，廣泛布局試驗(yàn)點(diǎn)，開(kāi)展大規(guī)模育種材料篩選和品種適應(yīng)性試驗(yàn)，所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)與公司總部實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)共享，所有試驗(yàn)站均可利用。據(jù)了解，先鋒公司在全球設(shè)立育種試驗(yàn)點(diǎn)1000多個(gè)，每年測(cè)試育種組合上百萬(wàn)個(gè)，試驗(yàn)小區(qū)200多萬(wàn)個(gè)。每個(gè)雜交組合在商業(yè)化推廣前至少經(jīng)過(guò)150多個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)和200多個(gè)不同地區(qū)農(nóng)民的種植測(cè)試評(píng)價(jià)，確保適合當(dāng)?shù)胤N植。
2.2.6擁有精干高效的研發(fā)團(tuán)隊(duì)?？鐕?guó)公司建立和推行矩陣型、標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化、信息化大規(guī)模商業(yè)育種程序，擁有高素質(zhì)育種研究團(tuán)隊(duì)，實(shí)行程序化、流水線式（pipeline）管理機(jī)制。研發(fā)崗位和人員分工精細(xì)，銜接緊密，不論是實(shí)驗(yàn)室研究還是田間操作，從試驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)施到數(shù)據(jù)采集、分析及目標(biāo)篩選等環(huán)節(jié)都高度專(zhuān)業(yè)化，每個(gè)崗位配有專(zhuān)業(yè)研發(fā)人員，軟件工程師研制了先進(jìn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和管理軟件系統(tǒng)，實(shí)行計(jì)算機(jī)管理，確保育種研發(fā)程序化和標(biāo)準(zhǔn)化，既能保證極高的育種效率，又能穩(wěn)定研發(fā)體系和團(tuán)隊(duì)，即使人員變動(dòng)也不會(huì)影響研發(fā)工作進(jìn)展。據(jù)了解，三大跨國(guó)公司都有數(shù)千人以上育種研發(fā)人員，大多有高學(xué)歷專(zhuān)業(yè)背景。
2.3商業(yè)化育種的最新進(jìn)展
隨著跨國(guó)公司商業(yè)化育種不斷發(fā)展，許多新的育制種技術(shù)和優(yōu)良品種已逐步推向生產(chǎn)應(yīng)用，一些更加先進(jìn)的育制種技術(shù)正在取代原有技術(shù)，育種規(guī)模和效率、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量等優(yōu)勢(shì)愈發(fā)明顯。
2.3.1雄性核不育制種（SPT）技術(shù)。為進(jìn)一步降低制種成本，先鋒公司采用轉(zhuǎn)基因方法成功解決了玉米雄性核不育自然保持難題，開(kāi)發(fā)出玉米雄性核不育制種（SPT）技術(shù)，既可免除人工或機(jī)械去雄程序，又克服了細(xì)胞質(zhì)雄性不育受葉斑病害、育性恢復(fù)等缺陷困擾，制種成本和風(fēng)險(xiǎn)大幅降低，制種質(zhì)量顯著提高。該項(xiàng)突破性技術(shù)將會(huì)改變現(xiàn)有玉米雜交制種模式，主要原理是：在雜合恢復(fù)系導(dǎo)入一個(gè)與可育基因緊密連鎖、與不育基因不連鎖的致死基因，產(chǎn)生1∶1可育和不育兩種花粉，自交后代一半為不育系、另一半為保持系，再利用常規(guī)育種將一個(gè)紅色果皮帶熒光基因與可育基因緊密連鎖，即保持系籽粒為紅果皮帶熒光，不育系為普通黃色，可通過(guò)色選機(jī)將不育系籽粒與保持系完全分開(kāi)，生產(chǎn)純合的不育系。該技術(shù)于2011年6月被USDA解除轉(zhuǎn)基因管制審批。此外，SPT技術(shù)還進(jìn)一步拓寬雜種優(yōu)勢(shì)利用配組親本的選擇范圍，對(duì)未來(lái)育種研究帶來(lái)深刻影響，值得重視和關(guān)注。
2.3.2分子標(biāo)記（SNP）輔助育種。SNP（單核苷酸多態(tài)性）作為第三代分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)，隨著DNA芯片技術(shù)的發(fā)展，已成功應(yīng)用于玉米、大豆等作物分子輔助育種。孟山都、先鋒、先正達(dá)等公司均大規(guī)模應(yīng)用了SNP分子標(biāo)記輔助選擇，研制了大量SNP引物，自行設(shè)計(jì)制造的籽粒切削取樣、DNA提取、引物加注、PCR擴(kuò)增、數(shù)據(jù)讀取及分析選擇全程現(xiàn)代化的流水線設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了種質(zhì)和中試材料遺傳信息的全自動(dòng)化分析，用于研究產(chǎn)量、抗逆、農(nóng)藝等性狀基因發(fā)現(xiàn)、精準(zhǔn)測(cè)序和識(shí)別選擇，幫助育種家優(yōu)選目標(biāo)材料，提高了選擇效率。由于目標(biāo)性狀可能涉及很多SNP位點(diǎn)，必須篩選出恰當(dāng)?shù)腟NP位點(diǎn)并研制相應(yīng)引物，才能啟動(dòng)分子標(biāo)記輔助育種流程。因此，SNP引物精準(zhǔn)研發(fā)是分子標(biāo)記輔助育種的關(guān)鍵。目前，跨國(guó)公司用來(lái)做基因發(fā)現(xiàn)和輔助育種使用的芯片包含5.6萬(wàn)個(gè)SNP突變位點(diǎn)，年內(nèi)可能推出100萬(wàn)突變位點(diǎn)的玉米芯片。由于這些SNP引物知識(shí)是企業(yè)的商業(yè)秘密，不對(duì)外公開(kāi)，如果僅有現(xiàn)代化硬件設(shè)備，但不具備基因發(fā)現(xiàn)和研制SNP引物的技術(shù)能力，也不可能啟動(dòng)大規(guī)模分子標(biāo)記輔助育種。只有集中研制足夠多的SNP引物，才能實(shí)施分子標(biāo)記輔助育種。
2.3.3新推出的新品種?？鐕?guó)公司每年都能推出新的優(yōu)良品種，目前仍以抗蟲(chóng)、抗除草劑、抗旱品種為主。先鋒公司2011年推出了玉米非轉(zhuǎn)基因抗旱品種AQUAmaxT和轉(zhuǎn)內(nèi)源基因耐旱品種Drought Tolerance Ⅱ，目前正在研發(fā)轉(zhuǎn)外源基因的抗旱品種。為有效降低雜草、蟲(chóng)害抗藥性，有些品種已轉(zhuǎn)入兩種以上抗除草劑或抗蟲(chóng)的多價(jià)基因，不同除草劑或殺蟲(chóng)劑輪流施用，避免超級(jí)雜草、蟲(chóng)害發(fā)生。先正達(dá)在美發(fā)布了具有廣譜抗蟲(chóng)效果的轉(zhuǎn)基因玉米新品種Viptera，該品種將7-8種抗蟲(chóng)基因復(fù)合后產(chǎn)生一種抗蟲(chóng)蛋白，可抗玉米一生14種地上或地下蟲(chóng)害。抗旱品種Artesian是利用“基因圖譜”專(zhuān)利技術(shù)和常規(guī)育種，定向選育的非轉(zhuǎn)基因品種，目前正在研發(fā)轉(zhuǎn)基因的二代抗旱品種。先正達(dá)還大量投資研發(fā)用于提取燃料乙醇的專(zhuān)用品種。孟山都以轉(zhuǎn)基因育種見(jiàn)長(zhǎng)，新上市的有8價(jià)轉(zhuǎn)基因（3個(gè)抗地上害蟲(chóng)、3個(gè)抗地下害蟲(chóng)、2個(gè)抗除草劑）玉米品種Smartstax，該公司計(jì)劃未來(lái)的轉(zhuǎn)基因品種可能含20多個(gè)外源基因，包括多種抗蟲(chóng)、抗除草劑、抗旱、N肥利用、高產(chǎn)等性狀基因。孟山都一代單價(jià)基因抗旱品種（少于500mm降雨地區(qū)）已提交USDA審批，預(yù)計(jì)2013年上市，目前正在研發(fā)二代多價(jià)基因抗旱品種。據(jù)了解，孟山都已研發(fā)出3價(jià)抗除草劑（草甘磷、草胺磷、滅草威）以及多價(jià)抗蟲(chóng)、抗旱、N肥利用、高產(chǎn)等性狀基因產(chǎn)品，正在玉米、大豆、棉花等作物上應(yīng)用。
