本專題撰文：本報記者繆翼　實習生李國龍制圖：王澎劉耘竹

    資料圖

玉米DNA指紋圖譜。資料圖

    編者按

    我國每年參加國家及各省市區(qū)試玉米品種數(shù)以千計，已通過國家或省級審定雜交種5000多個，申請植物新品種保護品種2400多個。龐大的品種數(shù)量，加之品種間的遺傳差異越來越小，使得完全根據(jù)形態(tài)性狀進行玉米品種辨別不但耗時費力，而且越來越困難，加大了種企維權(quán)和種業(yè)市場管理難度。DNA指紋技術(shù)能夠從DNA分子水平給每個玉米品種一個“身份證號碼”，以其準確可靠、簡單快速、易于自動化的優(yōu)點越來越多的應用于品種管理。什么是DNA指紋技術(shù)？今天，本刊記者帶您走進北京農(nóng)林科學院玉米研究中心，為您揭開它的面紗。

    Q：什么是玉米DNA指紋？

    A：DNA指紋是玉米的“分子身份證”

    玉米DNA指紋，是從DNA分子水平給予每個玉米品種一個能夠準確表明其身份的代碼，就像每個人都有一張身份證，DNA指紋就是玉米的“分子身份證”。

    北京市農(nóng)林科學院玉米研究中心主任趙久然解釋道：“人的身份證信息都是外在的、直截了當?shù)?，而玉米?lsquo;分子身份證’則是采用DNA指紋技術(shù)，深入基因水平，用每個品種的特殊基因片段進行標記。”

    趙久然描述得雖然簡單，卻令記者感受到了高精尖科技的魅力，更讓記者驚訝的是，在趙久然的帶領(lǐng)下，他的團隊一張一張收集，如今北京農(nóng)林科學院玉米研究中心玉米DNA指紋庫里的玉米“分子身份證”已經(jīng)達到18000多張。

    “從1993年同工酶、蛋白電泳技術(shù)的應用到現(xiàn)在，歷經(jīng)20多年，玉米DNA指紋數(shù)據(jù)收集的難度不亞于飛機上天，科研人員投入了大量心血，終于建成了全球數(shù)量最大的玉米標準DNA指紋庫。”趙久然介紹，“指紋庫包括10000多個國家和各省區(qū)試組合、2000多個品種權(quán)保護品種、3500多個農(nóng)業(yè)部審定品種及800多個自交系和農(nóng)家種資源。同時制定了8項DNA指紋檢測標準，并參與了國際標準的制定，讓中國玉米DNA指紋技術(shù)走上了世界舞臺。”

    制作玉米“分子身份證”、構(gòu)建數(shù)據(jù)庫、制定標準等項目之間有什么關(guān)系嗎？“關(guān)系非常大，這都是玉米品種鑒定的必然步驟。玉米DNA指紋數(shù)據(jù)庫就和公安局身份證數(shù)據(jù)庫的作用是一樣的，可以為玉米品種鑒定提供足夠的依據(jù)，減少‘查無此人’情況的發(fā)生。”趙久然說，“另外，無規(guī)矩不成方圓，依據(jù)檢測標準才能保障檢測方法一致，以提高檢查結(jié)果的可信度。為了避免玉米‘身份鑒定’出錯，每次檢測都由兩組人同時進行，只有每組實驗的每個結(jié)果都達到一致時，才會繼續(xù)進行，以確保最終結(jié)果準確無誤。”

    Q：玉米DNA指紋有啥用？

    A：快捷分出種子里的——李逵和李鬼

    有沒有一種辦法能夠簡便、快捷地分出李逵和李鬼？

    答案是肯定的。

    就好像人類的DNA親子鑒定一樣，利用DNA指紋鑒定技術(shù)能夠讓每一個玉米品種與其“分子身份證”一一對應。

    在玉米研究中心的實驗室中，研究人員從各種玉米種子中取樣，提取DNA，對關(guān)鍵的基因片段進行擴增后，將其放進先進的DNA分析儀中進行檢測，信息自動發(fā)送到玉米DNA指紋庫中進行對比，如果這種品種是庫內(nèi)已存品種，就會被系統(tǒng)自動報出。趙久然說：“這就好比把玉米品種的關(guān)鍵性基因標記編成二維碼，一‘掃’就能驗明正身。”

    業(yè)內(nèi)人可能都知道北京市農(nóng)林科學院玉米研究中心有一個玉米標準DNA指紋比對服務平臺，可以提供玉米DNA標準指紋數(shù)據(jù)信息查詢服務以及DNA指紋數(shù)據(jù)比對服務。目前此項技術(shù)已成功地應用于玉米新品種區(qū)試審定、種子市場監(jiān)督抽查、品種權(quán)保護、侵權(quán)案司法鑒定等領(lǐng)域中，并對品種權(quán)保護和在品種權(quán)糾紛案件中的司法鑒定提供了技術(shù)支撐，在種子純度的快速鑒定上節(jié)約了時間，減少人力、物力、財力的開支。“過去每年抽檢，田間做試驗少則3個月、多則半年才能出結(jié)果，通過玉米標準DNA指紋庫，當天檢測當天就能出結(jié)果。”趙久然說。

    據(jù)統(tǒng)計，玉米研究中心依托平臺已開展品種真實性、一致性、種子真?zhèn)蔚确肿蛹夹g(shù)鑒定30000多份次，其中有17000多份樣品是為企業(yè)、科研單位、農(nóng)民等提供的打假維權(quán)、科研育種、種子生產(chǎn)、生產(chǎn)經(jīng)營等多方面的技術(shù)服務。

    為推動分子技術(shù)在作物育種及品種鑒定中的應用，玉米研究中心受農(nóng)業(yè)部委托，多次舉辦國際國內(nèi)技術(shù)培訓班，并為企業(yè)和科研單位隨時上門進行培訓學習，累計培訓3000多人次。培訓班就分子技術(shù)在玉米品種鑒定檢測和育種中的應用，企業(yè)在維護品種權(quán)和種子管理部門查處侵權(quán)的過程中如何快速鑒定玉米品種真實性和純度、企業(yè)在育種過程中如何利用分子技術(shù)加快育種進程以及玉米DNA指紋數(shù)據(jù)庫推廣應用的模式進行培訓和探討。

    Q：誰在用玉米DNA指紋鑒定？

    A：農(nóng)業(yè)主管部門、種企以及農(nóng)民

    我國是玉米生產(chǎn)和消費大國，每年參加國家及各省市區(qū)試玉米品種數(shù)以千計，在激烈的市場競爭中，為了追求品種更強的抗病性、更高的產(chǎn)量、更好的商品性、更廣的適應性，高頻率雜交育種成為常態(tài)。然而由于少數(shù)骨干親本集中應用，在原品種基礎(chǔ)上僅改良少數(shù)甚至單個性狀的依賴性派生品種在增多，玉米品種間的遺傳差異越來越小，同質(zhì)化現(xiàn)象普遍，隨之而來的套牌現(xiàn)象也成為了行業(yè)的潛在隱患。

    “這些問題，都可以通過玉米DNA指紋鑒定得到解決。”趙久然介紹，“這項技術(shù)最早于2002年開始推廣使用，目前應用量越來越大、應用范圍越來越廣，為農(nóng)業(yè)執(zhí)法部門、育種科研單位、種子公司以及農(nóng)民做‘親子鑒定’。”

    “玉米DNA指紋鑒定技術(shù)是農(nóng)業(yè)主管部門打擊套牌侵權(quán)違法行為的重要技術(shù)支撐。”農(nóng)業(yè)部種子管理局副巡視員吳曉玲說，“農(nóng)業(yè)部組織查辦的玉米假種和侵權(quán)案件一般都送往北京農(nóng)林科學院玉米研究中心進行品種真實性鑒定。DNA指紋鑒定為打擊套牌侵權(quán)提供了快捷、科學的技術(shù)依據(jù)，是遏制制假售假勢頭蔓延，有效維護種子市場秩序的重要保障。”

    今年4月，執(zhí)法人員在河南新鄉(xiāng)的3個假種子生產(chǎn)和銷售窩點查獲了30個種子品種，涉案金額近千萬元。執(zhí)法人員當場對其進行了查封，并提取30個樣品送到玉米研究中心做技術(shù)鑒定。經(jīng)鑒定，大量包裝為“鑫碩豐1號”、“鑫碩豐3358”、“隆平206”、“良玉88”、“先玉335”等品名的種子均為假種子。

    吳曉玲介紹說，種子套牌和制假售假行為極大損害了育種者權(quán)益和農(nóng)民利益，嚴重阻礙了企業(yè)品種創(chuàng)新的積極性，破壞了種業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的良好環(huán)境，必須嚴厲打擊，并持續(xù)保持打假的高壓態(tài)勢。

    “玉米DNA指紋鑒定技術(shù)是種子維權(quán)打假的利器，為國家糧食安全保駕護航。”吳曉玲說，“目前，我國還建立了雜交水稻DNA指紋庫，小麥等作物的DNA指紋庫正在籌劃研究之中。”

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    玉米品種鑒定方法

    定義及分類：根據(jù)玉米品種的種子、幼苗和植株外部形態(tài)的差異鑒定品種，分為種子形態(tài)鑒定法、幼苗形態(tài)鑒定法和田間種植鑒定法等。

    種子形態(tài)鑒定法特點：簡單、方便、快速，在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用普遍，但可供鑒定的種子性狀少且易受種子成熟度、種子生產(chǎn)生態(tài)環(huán)境和種子貯藏等條件影響，鑒定結(jié)果具有一定的主觀性。品種間種子形態(tài)差異越來越小，鑒定形態(tài)差異來辨別種子越來越困難，準確性也越來越低。

    幼苗形態(tài)鑒定法特點：所需試驗設備及操作簡易、成本低，但能用于品種鑒定的幼苗特異性狀較少，所以只能用于有明顯差異品種間的鑒定。

    田間種植鑒定法特點：具有合法性、科學性、準確性等優(yōu)點，是進行品種真實性鑒定結(jié)論判定的最終方法，但周期性長、時效性差、工作量大，不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及種子貿(mào)易中快速鑒定的要求。

    蛋白質(zhì)指紋圖譜法

    定義與分類：利用電泳技術(shù)對待檢測樣品的種子或幼苗的蛋白質(zhì)進行分離、染色，形成蛋白質(zhì)電泳圖譜，與標準樣品進行比較，來鑒定品種。包括同工酶電泳、種子貯藏蛋白電泳法等。

    同工酶電泳法特點：目前，已有30多種同工酶用在作物品種鑒定中，最常用的是脂酶同工酶和過氧化物同工酶等。同工酶電泳雖然比形態(tài)鑒定更加快速，但同工酶具有植物組織及器官特異性，受個體發(fā)育及生態(tài)環(huán)境的影響，且一些種類的同工酶在提取和分離過程中容易失去活性。

    種子貯藏蛋白電泳法特點：在品種鑒定上應用較多的是醇溶蛋白（和谷類）和球蛋白（豆類）。該方法直接從種子中提取蛋白質(zhì)，操作技術(shù)簡單，結(jié)果相對穩(wěn)定，但是隨著近親品種的不斷涌現(xiàn)，尋找品種鑒定用的特異蛋白的難度增大。

    DNA指紋圖譜法

    定義與分類：學名為DNA分子標記鑒定法，通常也稱為DNA指紋圖譜法，種類較多，當前在農(nóng)業(yè)行業(yè)標準中常用的方法為簡單重復序列（SSR）標記法。

    SSR標記法通常是指以2個~5個核苷酸為單位串聯(lián)重復不同次數(shù)形成簡單重復序列，在不同品種的基因組DNA中簡單重復序列的重復次數(shù)有差異，這種差異可以通過聚合酶鏈反應（PCR）擴增及電泳法進行檢測，從而能夠區(qū)分不同品種。

    SSR標記法特點：SSR標記廣泛、隨機、均勻的分布在基因組中，可以提供整個基因組的遺傳信息，參與遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變、基因調(diào)控等過程，能夠直接反應品種遺傳物質(zhì)在DNA水平上的差異。具有準確性高、多態(tài)性高、檢測重復性好、操作簡便、經(jīng)濟、不受季節(jié)和環(huán)境影響等特點。以SSR標記法為主，形態(tài)鑒定方法為輔，能夠更高效、更準確進行品種鑒定。