2.跨國公司商業(yè)化育種及發(fā)展趨勢

    考察團重點考察了孟山都、先鋒及先正達三大跨國公司商業(yè)化育種體系及其最新研發(fā)進展。

    2.1商業(yè)化育種基本模式

    三大跨國公司商業(yè)化育種結(jié)構(gòu)及主要流程，雖然相互區(qū)別、各有所長，但其模式基本類似，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、田間測試評價、生產(chǎn)與市場反饋等模塊組成。

    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，對其主要研發(fā)產(chǎn)品、實現(xiàn)途徑和技術(shù)路線等進行頂層設(shè)計。一般由少數(shù)具備豐富育種理論和經(jīng)驗的高層人士組成。

    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，對具有遺傳多樣性的種質(zhì)材料進行精確鑒評和分類管理，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，大幅增加育種試驗規(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。通過智能化信息技術(shù)，能夠高效分析和處理海量的生物遺傳信息，并在全體系實施共享，可大幅度提高對大量中間材料的鑒別、篩選和分類管理能力。

    2.1.5田間測試評價系統(tǒng)。是商業(yè)化育種中試產(chǎn)品的評估依據(jù)。在多個地點不同氣候、土壤等生態(tài)類型條件下，對商業(yè)化育種中試產(chǎn)品進行田間小區(qū)種植，測試選育品種的綜合表現(xiàn)，評估其商業(yè)化推廣的價值。

    2.1.6生產(chǎn)與市場反饋系統(tǒng)。是商業(yè)化育種體系的反饋調(diào)控機制。針對特定推廣區(qū)域生產(chǎn)和市場需求，對育種目標(biāo)、技術(shù)路線、研發(fā)產(chǎn)品特性等進行改進優(yōu)化，使其更好適合目標(biāo)區(qū)域生產(chǎn)和市場，以及商業(yè)化推廣的要求。

    2.2跨國公司商業(yè)化育種的主要特點

    2.2.1確立以市場需求為導(dǎo)向的育種目標(biāo)。在育種理念上，跨國公司商業(yè)化育種的目標(biāo)并不單純追求豐產(chǎn)性狀指標(biāo)，而是更注重強化抗病蟲、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，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)和市場需求。為此，從種子生產(chǎn)、推廣到市場營銷等人員都能參與育種研發(fā)過程，對育種決策發(fā)揮重要作用。如先鋒公司的生產(chǎn)和市場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)域和市場定位，針對性和指向性很強。

    2.2.2收集全球多樣化的種質(zhì)資源?？鐕痉浅Ｖ匾暿占头e累種質(zhì)資源，通過政府部門和遍及全球的分支機構(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)性狀的專利基因資源，另一方面擴充種質(zhì)材料遺傳基礎(chǔ)。孟山都已從一些野生或特質(zhì)種質(zhì)中挖掘出許多專利基因，先鋒公司通過80多年研究積累，已擁有全球60%以上的玉米種質(zhì)資源，先正達公司通過大量收購種子企業(yè)，迅速擴大種質(zhì)資源擁有量。同時，跨國公司對分布于各地的種質(zhì)資源可在統(tǒng)一管理平臺上實行集中分類管理，整個研發(fā)體系內(nèi)實現(xiàn)規(guī)范交流和共享，育種家可使用來自世界各地的種質(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，跨國公司也越來越重視上游相關(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，跨國公司密切跟蹤生物科技前沿領(lǐng)域的最新研究進展，對取得突破或技術(shù)方法成熟的成果，通過項目資助、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)積累了大量的專利基因和技術(shù)儲備。

    2.2.4運用現(xiàn)代自動化的技術(shù)手段。無論是實驗室操作還是田間作業(yè)，跨國公司都設(shè)計和采用各種現(xiàn)代自動化控制的分析儀器和機械設(shè)備，極大地提高了育種實驗規(guī)模和研發(fā)效率。孟山都（安克尼）SNP分子標(biāo)記實驗室，從籽粒激光切削取樣到DNA提取、引物加注、PCR擴增、生物信息讀取、目標(biāo)樣品選擇等實現(xiàn)了全程自動化，實驗室內(nèi)全部由機器人操控，每天可完成數(shù)百萬個樣品分子標(biāo)記測試和海量信息采集分析任務(wù)，實現(xiàn)了大規(guī)模、高通量、全自動基因型分析鑒定和篩選。先正達（斯萊特）育種研發(fā)基地，自行設(shè)計改裝的玉米田間小區(qū)收獲測產(chǎn)設(shè)備，每臺每小時收獲500個試驗小區(qū)，并準(zhǔn)確獲取產(chǎn)量等數(shù)據(jù)，可保證該基地23萬個小區(qū)在10多天內(nèi)及時收獲。

    2.2.5建立廣泛覆蓋的試驗網(wǎng)絡(luò)。跨國公司在全球近百個國家建立育種研發(fā)中心或試驗站，如孟山都全球育種試驗站有180多個，先鋒公司有126個，并以這些研發(fā)中心為依托，廣泛布局試驗點，開展大規(guī)模育種材料篩選和品種適應(yīng)性試驗，所有試驗數(shù)據(jù)與公司總部實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)共享，所有試驗站均可利用。據(jù)了解，先鋒公司在全球設(shè)立育種試驗點1000多個，每年測試育種組合上百萬個，試驗小區(qū)200多萬個。每個雜交組合在商業(yè)化推廣前至少經(jīng)過150多個試驗點和200多個不同地區(qū)農(nóng)民的種植測試評價，確保適合當(dāng)?shù)胤N植。

    2.2.6擁有精干高效的研發(fā)團隊?？鐕窘⒑屯菩芯仃囆?、標(biāo)準(zhǔn)化、自動化、信息化大規(guī)模商業(yè)育種程序，擁有高素質(zhì)育種研究團隊，實行程序化、流水線式（pipeline）管理機制。研發(fā)崗位和人員分工精細(xì)，銜接緊密，不論是實驗室研究還是田間操作，從試驗設(shè)計、實施到數(shù)據(jù)采集、分析及目標(biāo)篩選等環(huán)節(jié)都高度專業(yè)化，每個崗位配有專業(yè)研發(fā)人員，軟件工程師研制了先進的試驗數(shù)據(jù)分析和管理軟件系統(tǒng)，實行計算機管理，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)體系和團隊，即使人員變動也不會影響研發(fā)工作進展。據(jù)了解，三大跨國公司都有數(shù)千人以上育種研發(fā)人員，大多有高學(xué)歷專業(yè)背景。

    2.3商業(yè)化育種的最新進展

    隨著跨國公司商業(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)勢愈發(fā)明顯。

    2.3.1雄性核不育制種（SPT）技術(shù)。為進一步降低制種成本，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，開發(fā)出玉米雄性核不育制種（SPT）技術(shù)，既可免除人工或機械去雄程序，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)險大幅降低，制種質(zhì)量顯著提高。該項突破性技術(shù)將會改變現(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，可通過色選機將不育系籽粒與保持系完全分開，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)還進一步拓寬雜種優(yōu)勢利用配組親本的選擇范圍，對未來育種研究帶來深刻影響，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)計制造的籽粒切削取樣、DNA提取、引物加注、PCR擴增、數(shù)據(jù)讀取及分析選擇全程現(xiàn)代化的流水線設(shè)備，實現(xiàn)了種質(zhì)和中試材料遺傳信息的全自動化分析，用于研究產(chǎn)量、抗逆、農(nóng)藝等性狀基因發(fā)現(xiàn)、精準(zhǔn)測序和識別選擇，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，必須篩選出恰當(dāng)?shù)腟NP位點并研制相應(yīng)引物，才能啟動分子標(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，跨國公司用來做基因發(fā)現(xiàn)和輔助育種使用的芯片包含5.6萬個SNP突變位點，年內(nèi)可能推出100萬突變位點的玉米芯片。由于這些SNP引物知識是企業(yè)的商業(yè)秘密，不對外公開，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，才能實施分子標(biāo)記輔助育種。

    2.3.3新推出的新品種?？鐕久磕甓寄芡瞥鲂碌膬?yōu)良品種，目前仍以抗蟲、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、蟲害抗藥性，有些品種已轉(zhuǎn)入兩種以上抗除草劑或抗蟲的多價基因，不同除草劑或殺蟲劑輪流施用，避免超級雜草、蟲害發(fā)生。先正達在美發(fā)布了具有廣譜抗蟲效果的轉(zhuǎn)基因玉米新品種Viptera，該品種將7-8種抗蟲基因復(fù)合后產(chǎn)生一種抗蟲蛋白，可抗玉米一生14種地上或地下蟲害?？购灯贩NArtesian是利用“基因圖譜”專利技術(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。先正達還大量投資研發(fā)用于提取燃料乙醇的專用品種。孟山都以轉(zhuǎn)基因育種見長，新上市的有8價轉(zhuǎn)基因（3個抗地上害蟲、3個抗地下害蟲、2個抗除草劑）玉米品種Smartstax，該公司計劃未來的轉(zhuǎn)基因品種可能含20多個外源基因，包括多種抗蟲、抗除草劑、抗旱、N肥利用、高產(chǎn)等性狀基因。孟山都一代單價基因抗旱品種（少于500mm降雨地區(qū)）已提交USDA審批，預(yù)計2013年上市，目前正在研發(fā)二代多價基因抗旱品種。據(jù)了解，孟山都已研發(fā)出3價抗除草劑（草甘磷、草胺磷、滅草威）以及多價抗蟲、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。