《 農(nóng)民日?qǐng)?bào) 》（ 2013年05月27日 06 版）
本報(bào)記者 吳佩
來自巴基斯坦的FarooqIAzams是中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所博三的學(xué)生。他沒有豐富的大田作物育種實(shí)踐，但求學(xué)中國(guó)最讓他興奮的是可以在電腦上全程模擬育種過程，完成試驗(yàn)訓(xùn)練。
FarooqIAzams使用的可不是一款普通的電腦軟件，它叫做“集成育種平臺(tái)”(IBP)，是由國(guó)際農(nóng)業(yè)磋商組織實(shí)施的世代挑戰(zhàn)計(jì)劃項(xiàng)目（GCP）的科研成果。如今，F(xiàn)arooqIAzams已將這一全新的育種方法推薦給了家鄉(xiāng)的同學(xué)和老師，希望能讓自己國(guó)家更多的農(nóng)業(yè)科研工作者在農(nóng)作物育種中獲益。
自2003年起，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所研究員王建康率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)參與了世代挑戰(zhàn)計(jì)劃，進(jìn)行育種新方法和新工具的研究。如今，隨著“集成育種平臺(tái)”的建成和完善，通過新的育種方法大大提高作物育種效率，已成為可能。
傳統(tǒng)育種耗時(shí)耗力，急需一種全新的育種方法
一粒種子可以改變世界。作為農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，加之世界糧食安全問題日益嚴(yán)峻，加快育種進(jìn)程，提高育種過程的可預(yù)見性和效率，成為育種家們的迫切需求。
國(guó)內(nèi)不少的農(nóng)作物育種者，在育種過程中都有過“用眼看、用秤稱、用尺量、用牙咬”的種子檢測(cè)經(jīng)歷，能否選育出一個(gè)理想的作物品種，往往只能依靠育種者的經(jīng)驗(yàn)。
“育種家需要根據(jù)大田經(jīng)驗(yàn)，利用設(shè)計(jì)的方法組配親本、估計(jì)后代種植規(guī)模、選擇優(yōu)良后代，這種經(jīng)驗(yàn)育種，工作辛苦，耗時(shí)耗力。”王建康說，對(duì)育種工作者來說，從資源搜集到選系、配組合，每一個(gè)環(huán)節(jié)都非常重要。有時(shí)為了測(cè)試某兩個(gè)品種能不能進(jìn)行雜交，需要大量的田間試驗(yàn)和數(shù)據(jù)來證明，一旦失敗，只能從頭開始。育種是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，一個(gè)周期結(jié)束后，還需要10多個(gè)這樣的循環(huán)，如果一年種一季，需要10年。
對(duì)于嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的育種工作來說，能不能找到一種全新的方法，幫助育種家提高育種效率，少走一些彎路？據(jù)了解，目前在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，有一些大公司會(huì)專門組織一支隊(duì)伍處理育種過程中的信息資源、材料親樣關(guān)系等數(shù)據(jù)，并確保這些數(shù)據(jù)有效保存和利用，提高育種效率，而對(duì)于許多國(guó)家來說，實(shí)現(xiàn)這種公司化的操作條件并不成熟。
“集成育種平臺(tái)”問世，引來育種“全科學(xué)”時(shí)代
2003年，國(guó)際農(nóng)業(yè)磋商組織成立了一個(gè)世代挑戰(zhàn)計(jì)劃項(xiàng)目，旨在整合組織內(nèi)各研究中心以及各成員國(guó)的研究力量，在全球范圍內(nèi)開展作物遺傳資源的研究方法和利用途徑研究，以提高作物育種效率。2009年，在比爾和梅琳達(dá)·蓋茨基金會(huì)的支持下，集合了育種家需要的分析資料，一個(gè)可持續(xù)性的公共信息平臺(tái)逐漸建立起來了，這就是集成育種平臺(tái)。在集成育種平臺(tái)的幫助下，中國(guó)和世界的育種家們實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化育種的愿望。
自參與世代計(jì)劃以來，王建康研究員為首的團(tuán)隊(duì)成員主要從事育種模擬軟件的開發(fā)，即通過計(jì)算機(jī)模擬軟件，根據(jù)小麥、玉米等作物的特點(diǎn)，模擬它們的育種過程，幫助育種家進(jìn)行方法決策。
“研究人員將所有開發(fā)出來的軟件，都集結(jié)到了集成育種平臺(tái)上。它是一個(gè)可持續(xù)、基于互聯(lián)網(wǎng)的一站式服務(wù)平臺(tái)。”王建康介紹說，集成育種平臺(tái)不但能模擬各種植物上的交配方式，還能模擬不同的選擇方法。育種家在開展田間試驗(yàn)之前,利用各種遺傳信息對(duì)雜交組合的表現(xiàn)、后代選擇效果以及整個(gè)育種過程進(jìn)行模擬,提出最佳的親本選配、雜交和后代選擇策略,實(shí)現(xiàn)親本選配、后代預(yù)測(cè)和選擇的科學(xué)化，提高育種過程中的可預(yù)見性和效率，實(shí)現(xiàn)育種的“全科學(xué)”。
“如果讓育種家完全靠田間試驗(yàn)進(jìn)行育種，工程量非常大，而集成育種平臺(tái)幫助專家少走了很多彎路，為育種決策提供了參考。”王建康說，“雖然集成育種平臺(tái)只是一個(gè)模擬工具和平臺(tái)，無法取代真正的田間育種工作，更不能縮短實(shí)際需要的育種時(shí)間，但是它的出現(xiàn)是革命性的，它將對(duì)中國(guó)和世界種業(yè)的發(fā)展起到不可估量的促進(jìn)作用。”
如今，集成育種平臺(tái)已經(jīng)開始發(fā)揮作用，在國(guó)內(nèi)外諸多育種項(xiàng)目里應(yīng)用。在通過品種改良提高作物微量營(yíng)養(yǎng)元素的生物強(qiáng)化挑戰(zhàn)計(jì)劃中，科研工作者希望在進(jìn)行玉米育種時(shí)將高產(chǎn)和高微量元素兩個(gè)性狀結(jié)合起來，但由于原先的玉米育種，多是對(duì)產(chǎn)量性狀的選擇，對(duì)品質(zhì)性狀的選擇很少，育種家很難判斷5年或10年周期后能否育種成功。王建康團(tuán)隊(duì)通過建立玉米育種模型，模擬育種方法和過程，發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有的育種規(guī)模下，成功率只有50%，而如果增加50%的育種規(guī)模，成功率則可以達(dá)到90%，這一發(fā)現(xiàn)有效地為生物強(qiáng)化計(jì)劃提供了決策依據(jù)。
集成育種平臺(tái)還將完善，致力為分子設(shè)計(jì)育種服務(wù)
2012年7月，世代挑戰(zhàn)計(jì)劃首次在北京舉辦中國(guó)育種家開放日活動(dòng)，用中文向中國(guó)育種家介紹IBP網(wǎng)站、作物信息系統(tǒng)、電子田間計(jì)劃書等實(shí)用育種工具。
“今后，集成育種平臺(tái)還要提供更多的解決育種問題的服務(wù)，遺傳基因資料的搜集等數(shù)據(jù)更新工作要不斷地進(jìn)行，平臺(tái)中的許多工具和軟件也將持續(xù)更新。”王建康介紹說，盡管世代挑戰(zhàn)計(jì)劃會(huì)在2014年結(jié)束，但集成育種平臺(tái)將會(huì)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下去。
集成育種平臺(tái)成為突破傳統(tǒng)育種瓶頸的有效途徑，它的發(fā)展最終是為分子設(shè)計(jì)育種服務(wù)的，分子設(shè)計(jì)育種是世界也是中國(guó)今后育種的一個(gè)方向。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)仍然缺少大規(guī)模、高效率的國(guó)家級(jí)分子設(shè)計(jì)育種平臺(tái)。為此，王建康建議，我國(guó)要重視數(shù)字育種的人才培養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)建設(shè)，加強(qiáng)育種中的預(yù)測(cè)方法和模擬工具的研究，加強(qiáng)基因與環(huán)境互作以及遺傳交配設(shè)計(jì)和分析方法研究，加強(qiáng)作物功能基因組、生物信息學(xué)方法和生物信息學(xué)工具的研究，加強(qiáng)分子設(shè)計(jì)育種技術(shù)體系和決策支持平臺(tái)的研究，使中國(guó)早日進(jìn)入育種的全新時(shí)代。
