在中關(guān)村北大生物城內(nèi)設(shè)立的國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)良種創(chuàng)制中心前沿實(shí)驗(yàn)室中，鄧興旺教授正與工作人員一同進(jìn)行作物前沿育種技術(shù)的研發(fā)、試驗(yàn)工作。
本報(bào)記者 孫戉攝
本報(bào)記者 孫奇茹
昨日，由國(guó)際著名植物分子生物學(xué)家、國(guó)家作物分子設(shè)計(jì)工程技術(shù)研究中心首席科學(xué)家鄧興旺帶領(lǐng)的未名興旺系統(tǒng)作物設(shè)計(jì)前沿實(shí)驗(yàn)室入駐中關(guān)村高端人才基地。記者在入駐儀式上了解到，全球最高精度玉米全基因組育種芯片已于近日由鄧興旺團(tuán)隊(duì)研發(fā)成功，原來(lái)8年到10年的育種周期可以減少至4年到5年。同時(shí)，其團(tuán)隊(duì)研發(fā)的第三代雜交水稻育種技術(shù)已進(jìn)入國(guó)家安全認(rèn)證階段，最早將于2016年產(chǎn)業(yè)化，將大幅度提高水稻產(chǎn)量。
配對(duì)前先驗(yàn)DNA
育種時(shí)間可減半
一個(gè)約2厘米寬、20厘米長(zhǎng)的褐色平板，用顯微鏡看，上面布滿了密密麻麻的小探針。記者在實(shí)驗(yàn)室里看到的這個(gè)褐色的小板子，是鄧興旺團(tuán)隊(duì)剛剛完成的玉米全基因組育種芯片。它能夠從9萬(wàn)個(gè)位點(diǎn)觀測(cè)種子，是全球精度最高的玉米全基因組育種芯片。
這里所說(shuō)的“芯片”，可跟我們?cè)陔娔X等電子設(shè)備中的電子芯片不同，它是指一套可以從數(shù)萬(wàn)個(gè)位點(diǎn)對(duì)種子基因進(jìn)行觀測(cè)的技術(shù)。
拿玉米來(lái)說(shuō)，一株玉米里有4萬(wàn)個(gè)基因，每個(gè)基因的活性高低直接決定了這種玉米的口感、產(chǎn)量等，而這些都是由DNA決定。顯微鏡里看到的小探針，就是用來(lái)檢測(cè)種子DNA特性的。一種植株體內(nèi)哪種基因活性高，哪種活性低，通過(guò)這個(gè)芯片就能完成檢測(cè)。
“傳統(tǒng)的育種方式，得由育種專家人工從田間作物里選出一對(duì)一對(duì)來(lái)進(jìn)行‘雜交’，等到植株長(zhǎng)大后，再根據(jù)肉眼辨別、稱重等方式識(shí)別其性能。其實(shí)，雜交后的玉米、水稻好不好吃、產(chǎn)量高不高，這些都是由兩種雜交品種的基因決定的，在雜交之前就應(yīng)該先查清楚。”鄧興旺實(shí)驗(yàn)室的一位研究員告訴記者。
“觀測(cè)的樣本多了以后，哪幾種基因存在能讓大米特別好吃、哪幾種基因能一定程度改變產(chǎn)量，這些都能找到數(shù)據(jù)規(guī)律，而不僅僅是靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷了。”這名研究員介紹，通過(guò)芯片檢測(cè)出雜交種類的基因特性，能進(jìn)一步推動(dòng)傳統(tǒng)“經(jīng)驗(yàn)育種”方式向“精確育種”方式改變。
鄧興旺透露，利用這一技術(shù)，原來(lái)8年到10年的育種周期，可以減半到4年到5年，將大大提升我國(guó)種業(yè)的育種效率。此外，這種雜交前先驗(yàn)DNA的方法，還能夠更好地觀測(cè)到種子的隱性基因、預(yù)測(cè)后代的特征，為農(nóng)民減少種植風(fēng)險(xiǎn)。
第三代雜交水稻育種技術(shù)
有望于2016年投產(chǎn)
“跟手機(jī)系統(tǒng)的更新?lián)Q代一樣，新一代雜交育種技術(shù)，就好像從‘塞班’系統(tǒng)升級(jí)到了‘安卓’系統(tǒng)。”鄧興旺做了一個(gè)形象的比喻。近日，由他帶頭研發(fā)的第三代雜交水稻育種技術(shù)已進(jìn)入國(guó)家安全認(rèn)證階段，最早有望于2016年投入大田生產(chǎn)，并將大幅提高水稻產(chǎn)量。
在中國(guó)現(xiàn)有的雜交水稻種植面積里，八成以上都使用的是第一代雜交育種技術(shù)。這種技術(shù)有一個(gè)缺點(diǎn)，100份水稻品種資源里，只有四五份可以利用——可利用的雜交品種資源有限，使得其雜交育種的質(zhì)量遇到了瓶頸。
“在街上找了5個(gè)人選運(yùn)動(dòng)員，和在街上找了100個(gè)人選運(yùn)動(dòng)員，前者選出優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的幾率肯定要小很多。這就是第一代技術(shù)遇到的問(wèn)題。”鄧興旺說(shuō)。
第二代雜交育種技術(shù)解決了第一代存在的一些問(wèn)題，但卻存在另一個(gè)致命的弱點(diǎn)——高度依賴溫度環(huán)境。育種溫度從21攝氏度到23攝氏度的變化，就有可能導(dǎo)致一年的育種周期以失敗告終。
看到有不少育種公司因?yàn)闆]有把握好溫度而一年下來(lái)“顆粒無(wú)收”，鄧興旺和他的團(tuán)隊(duì)坐不住了。
2009年8月，未名興旺系統(tǒng)作物設(shè)計(jì)前沿實(shí)驗(yàn)室（北京）有限公司宣告成立，鄧興旺出任公司董事長(zhǎng)兼首席科學(xué)家。全身心撲在科研和技術(shù)產(chǎn)業(yè)化上的他，雖然家人和孩子都還在美國(guó)，自己每年卻有10多個(gè)月待在國(guó)內(nèi)。2010年，第三代雜交水稻育種技術(shù)終于被攻克，雜交水稻制種徹底擺脫了對(duì)溫度的依賴。
除了讓水稻制種不再“嬌氣”地挑剔溫度，第三代雜交育種技術(shù)在產(chǎn)量上也有突破。從實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)來(lái)看，利用第三代雜交育種技術(shù)培育出來(lái)的水稻與目前產(chǎn)量最高的水稻相比，一株最高可提高50%的產(chǎn)量。
“今年秋天我們?cè)诮K、湖南兩地的試驗(yàn)田收割時(shí)，采用第三代雜交育種技術(shù)大田生產(chǎn)的畝產(chǎn)量增產(chǎn)數(shù)據(jù)也就出來(lái)了，相信會(huì)看到一個(gè)鼓舞人心的數(shù)字。”鄧興旺充滿信心地說(shuō)。
據(jù)悉，該技術(shù)今年已經(jīng)遞交了最后一輪的論證實(shí)驗(yàn)申請(qǐng)報(bào)告，最快到2016年，這種在種子領(lǐng)域通用的技術(shù)就能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，可以幫助中國(guó)的育種業(yè)準(zhǔn)確地培養(yǎng)出高產(chǎn)、抗逆境的新后代了。
?。ㄔ瓨?biāo)題：全球精度最高玉米全基因組育種芯片推出）
