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作物杂志,2024, 第1期: 1–7 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2024.01.001

• 专题综述 •    下一篇

我国作物设计育种体系发展及挑战

杜明1(), 王阿红2, 冯旗2(), 方玉1,3()   

  1. 1上海中科荃银分子育种技术有限公司，200234，上海
    2中国科学院分子植物科学卓越创新中心/国家基因研究中心，200233，上海
    3浙江大学作物科学研究所/生物信息学研究所，310058，浙江杭州
  • 收稿日期:2022-12-07 修回日期:2023-02-11 出版日期:2024-02-15 发布日期:2024-02-20
  • 通讯作者: 方玉，主要从事作物遗传育种工作，E-mail：fy@zkwbreeding.com; 冯旗，主要从事水稻基因组和功能基因研究工作，E-mail：qfeng@ncgr.ac.cn
  • 作者简介:杜明，主要从事农作物遗传育种工作，E-mail：dm@zkwbreeding.com
  • 基金资助:
    上海市科技兴农项目(HNKTZ-2021-1-3)

Development and Challenge of Crop Breeding by Design System in China

Du Ming1(), Wang Ahong2, Feng Qi2(), Fang Yu1,3()   

  1. 1Shanghai ZKW Molecular Breeding Technology Co., Ltd., Shanghai 200234, China
    2Center for Excellence in Molecular Plant Sciences, Chinese Academy of Sciences / National Center for Gene Research, Shanghai 200233, China
    3Institute of Crop Science & Institute of Bioinformatics, Zhejiang University, Hangzhou 310058, Zhejiang, China
  • Received:2022-12-07 Revised:2023-02-11 Online:2024-02-15 Published:2024-02-20
  • Contact: Feng Qi,Fang Yu

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PDF (PC)

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摘要：

作物设计育种是全球育种技术研究的“圣杯”。由于农作物有其环境适应性和应用多元化，作物设计育种是需要将有利等位基因聚合并克服同时空表达可能出现的问题，选育出在不同环境下所需品种的过程，是一个以遗传学为基础，结合作物栽培与耕作学、生物技术、信息技术，并涉及材料学和机械工程等多学科交叉的技术体系。育种的发展经历了最初的基于表型的选择，到当前基于基因组或基因水平的设计，是一个逐渐进步和技术化的过程。本文通过梳理总结作物育种的发展历程，结合作物育种的发展规律和人们的主观需求，提出作物设计育种未来的趋势，并对设计育种在新技术与常规育种的融合及其商业化发展中遇到的挑战进行了重点阐述，探索符合我国种业发展需求的底层技术驱动下未来商业化作物设计育种体系。

关键词: 设计育种, 作物, 分子育种, 体系

Abstract:

Crop breeding by design is a crucial area of research in global breeding technology. In order to create crop varieties that satisfy a range of environmental requirements and are useful for a variety of purposes, it aims to combine advantageous alleles and overcome obstacles related to gene spatial expression. Crop breeding by design is a multidisciplinary field that necessitates the integration of genetics, biotechnology, information technology, mechanical engineering, agriculture, and materials science. From phenotype-based selection in the beginning to genome-based or gene-level design in the present, it has changed, demonstrating a process of incremental development and technological breakthrough. This paper summarized the development history of crop breeding, based on the development rules and requirements, and outlined the future trend of crop breeding by design formation. This paper also highlighted the challenges facing the integration of new and conventional breeding technologies and commercialization of crop breeding by design. Ultimately, it aimed to explore a future commercial crop breeding by design system that meets the evolving needs of Chinese seed industry, driven by underlying technologies.

Key words: Breeding by design, Crops, Molecular breeding, System

图1

作物设计育种发展路径

表1

不同发展阶段的育种技术

育种阶段Breeding stage 文献 [14] Reference [14] 文献 [11] Reference [11]
1.0
 覆盖过去上万年的作物育种发展历程，耕作者的偶然选择 原始驯化选育（通过人工选择，优中选优，将野生种驯化为栽培种并进一步选育为优良品种与种质）
2.0 始于19世纪末，统计和试验设计提高选育能力 常规育种（包括杂交育种、诱变育种、杂种优势利用等育种方法）
3.0
 贯穿20世纪末至今，遗传与基因组数据的集成（目前国际上的技术水平） 分子育种（将分子生物学技术手段应用于育种中，通常包括分子标记辅助育种、转基因育种和分子模块育种等）
4.0
 能够实现任何已知等位基因的最优组合，一些作物会很快实现 正在向设计育种或智能化育种（将基因编辑、生物育种、人工智能等技术融合发展，实现性状的精准定向改良）发展
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