以下文章來源于南北學苑 ，作者黎亮

      春節(jié)后在海南和幾位老師一起參觀了單倍體田間加倍情況，大家探討了第三方技術(shù)服務(wù)的重要性。受此啟發(fā)，今天我就如何提升我國種業(yè)的工程化育種水平和大家分享，請大家批評指正。

      1）工程化育種水平的提升是提升種業(yè)競爭力的關(guān)鍵

      如何提升我國的種業(yè)競爭力，是打好種業(yè)翻身仗的重要內(nèi)容。根據(jù)經(jīng)驗，可以簡單歸納為：競爭力 = 種質(zhì)水平 x 工程化體系效率 x 規(guī)模 x 產(chǎn)品開發(fā)能力。從種質(zhì)水平來看，在春播區(qū)我國現(xiàn)有種質(zhì)水平與國際差距差距很大，其中極早熟與利馬格蘭、KWS等差距很大，中早熟和中熟與孟山都差距很大，中晚熟與先鋒差距很大；但是在黃淮海夏播區(qū)由于我國具有唐四平頭、78599以及本土改良瑞德等，所以該區(qū)域本土品種一直占領(lǐng)優(yōu)勢。從種質(zhì)改良的工程化體系效率來看，我國玉米種業(yè)企業(yè)盡管數(shù)量多，但是大部分企業(yè)并不具備完整的研發(fā)能力，即使少數(shù)企業(yè)具備一定的研發(fā)能力但是競爭力不強，尚未建立高效的商業(yè)化育種技術(shù)體系，與跨國公司的差距很大。從育種規(guī)模來看，單個企業(yè)的育種規(guī)模肯定要小很多，但是從整體來看我國育種規(guī)模非常龐大，遠遠比國際種業(yè)公司要大，但是缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和交流，如果能有效地組織起來將極具競爭力；從產(chǎn)品開發(fā)能力來看，本土公司熟悉生態(tài)環(huán)境與市場需求在這些方面明顯比國外公司更有優(yōu)勢。通過上述對比，提高我國種業(yè)競爭力的關(guān)鍵在于構(gòu)建高效的工程化育種體系，在優(yōu)勢區(qū)域繼續(xù)保持優(yōu)勢水平，在劣勢區(qū)域盡快提升我國種質(zhì)創(chuàng)制水平，從而實現(xiàn)良種自主可控。

      在育種技術(shù)方法方面，我國總體處于2.0向3.0的轉(zhuǎn)換期。估計還有很多人對作坊式育種抱有很大希望，因為過高地估計了育種材料的重要性和育種經(jīng)驗的重要性，認為構(gòu)建幾個好的育種群體，遵循好的育種經(jīng)驗，憑借吃苦耐勞的精神，就能選出非常好的自交系。這種想法的局限性很大，可以偶然選出一個好自交系或好的品種，但是無法確保和滿足持續(xù)不斷地出好品種的市場需求。我們可以憑借人多勢眾或者東方不亮西方亮的育種模式推動品種水平的提升。但是在外企進入我國之后就發(fā)現(xiàn)這種差距非常明顯，因為外企是流水線操作和集團化作戰(zhàn)，標準的工程化育種模式。

      關(guān)于工程化育種的概念這幾年越來越被大家所接受?，F(xiàn)代育種系統(tǒng)越來越龐大和復雜，工程化特征越來越明顯，工程技術(shù)發(fā)展非常迅速。如何把這些技術(shù)有機整合到育種流程中挑戰(zhàn)很大。因此，如何提高我國工程化育種水平，對于提升我國種業(yè)的核心競爭力至關(guān)重要。梳理一下當前的現(xiàn)代育種技術(shù)，對廣大育種單位最亟需的是單倍體育種技術(shù)、分子育種技術(shù)和多環(huán)境測試技術(shù)，需要圍繞這三個方面切實提高工程化水平，從而提高我國玉米育種的整體水平。

      2）單倍體育種逐漸成為我國玉米育種的常規(guī)形式

      單倍體育種的優(yōu)越性很多，在這里不再贅述。但是這項技術(shù)的接受、推廣和應(yīng)用差不多經(jīng)歷了二十多年的時間。我碩士和博士期間主要研究單倍體育種技術(shù)，當時的愿望就是國內(nèi)育種單位都能用上這個技術(shù)。到2010年前后，玉米單倍體育種在技術(shù)上已經(jīng)基本不存在卡點，建立了高效的技術(shù)體系，這方面陳紹江老師團隊做出了巨大的貢獻，我也很榮幸作為團隊成員做了一些工作。但是隨后單倍體育種技術(shù)的推廣并沒有想象那么快。

      這里主要有三個方面的原因：1）對該技術(shù)的認識和接受有個過程，即使到現(xiàn)在還有一些育種家認為傳統(tǒng)系譜育種優(yōu)于單倍體技術(shù)；2）不同育種單位DH系生產(chǎn)的技術(shù)體系效率差異較大，成本總體較高；3）如何進行DH系的高通量評價成為新的卡點。但是近幾年單倍體育種的應(yīng)用規(guī)模越來越大，保守估計國內(nèi)每年生產(chǎn)的玉米DH系數(shù)量已經(jīng)超過了60萬個，已經(jīng)非常厲害了。我認為這除了與國家玉米產(chǎn)業(yè)體系、科研團隊、政府部門等不斷的宣傳推廣密不可分之外，另外一個很重要的推動原因是第三方技術(shù)服務(wù)公司的出現(xiàn)。之前很多小的育種公司即使想用單倍體技術(shù)，但是限于人力物力財力限制難以單獨建立DH系生產(chǎn)體系，現(xiàn)在完全可以靈活地采購外包服務(wù)?，F(xiàn)在一些大公司也在逐漸考慮停止本公司的DH系生產(chǎn)體系，從而轉(zhuǎn)向?qū)ν獠少彿?wù)。這里要非常感謝孫文濤、賀偉等人對該技術(shù)推廣應(yīng)用所作的貢獻！

      3）全基因組選擇技術(shù)推動分子育種落地應(yīng)用

      前段時間在智種網(wǎng)公眾號看到了 Stephen Smith 的報告，談到了 PULL 和 PUSH 的育種理念深有體會。長期以來，大家都期望把控制重要農(nóng)藝性狀的基因都解析清楚，然后根據(jù)基因型進行選擇，開展分子設(shè)計育種。但是目前來看離期望還有很大的距離，而且重要育種性狀都受多個微效數(shù)量位點控制。這也是分子育種進展緩慢的原因，因為前期的分子育種以分子標記輔助選擇（MAS）策略為主，但是可供育種中開展 MAS 的基因很少。全基因組選擇（GS）的策略和 MAS 不一樣，不需要事先進行 QTL 定位，不是針對某個位點開展選擇，而是通過訓練群體的基因型信息和表型信息估計每個位點的效應(yīng)，從而去估計單個個體的育種值。鑒于 GS 技術(shù)的優(yōu)越性，其在玉米育種中的應(yīng)用非常迅速，據(jù)我所知跨國種業(yè)公司已經(jīng)建立了成熟的 GS 育種技術(shù)體系，逐漸成為常規(guī)流程了。

      前面提到了 DH 系的高通量評價已經(jīng)成為了單倍體育種的卡點。因為隨著第三方技術(shù)服務(wù)公司的出現(xiàn)，越來越多的育種團隊可以較為容易地獲得成千上萬的 DH 系，但是如何評價這些 DH 系成為新的難題。傳統(tǒng)的評價策略是和多個測驗種雜交然后在多個環(huán)境下進行測試，這種策略無疑成本非常高。而 GS 技術(shù)則為 DH 系的高通量評價提供了新的思路和策略。結(jié)合本人之前在公司的育種體會，聯(lián)合多個團隊提出了 GS4.0 的育種思路，去年發(fā)表在 Molecular plant 上，這為 GS 技術(shù)與 DH 育種流程進行有機整合提供了很好的落地應(yīng)用解決方案。

      影響 GS 技術(shù)育種應(yīng)用的兩個關(guān)鍵卡點是芯片和成本。目前國內(nèi)可能用的比較多的是北京農(nóng)林的 60K 芯片，以及博瑞迪 1K 和 10K 芯片（了解不多還請大家提供更多信息）。育種家對 GS 的成本還是比較敏感，而且目前 1K 和 10K 芯片的位點數(shù)量還是偏少。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)國內(nèi)缺乏一款中通量的芯片可專門用于全基因組選擇，為此我們團隊把這個事情作為一個研究項目，結(jié)合本人過去的 GS 育種經(jīng)驗，通過參考公共數(shù)據(jù)庫以及我搜集整理的核心育種材料的重測序信息，并挖掘了孟山都和先鋒種質(zhì)的一些關(guān)鍵選擇位點，整合了目前玉米關(guān)鍵農(nóng)藝性狀的關(guān)聯(lián)選擇位點，目前已經(jīng)設(shè)計完成了 20K 的芯片，即將可供大家使用。

      成本無疑是育種技術(shù)流程決策的關(guān)鍵因素。就以 DH 技術(shù)為例，如果每個 DH 系的成本降在 15 元錢左右，我相信很少有育種家愿意開展傳統(tǒng)的系譜育種。所以在比較傳統(tǒng)育種與 DH 育種的優(yōu)劣時關(guān)鍵還是成本因素的比較。而限制 GS 技術(shù)應(yīng)用的另外一個關(guān)鍵卡點也是成本。但是，隨著測序成本的大幅下降，液相芯片技術(shù)以及其他新技術(shù)的出現(xiàn)，基因型檢測的成本下降的很快，如果每個 DH 系的基因型檢測成本降低到 30 元，估計 GS 技術(shù)將很快成為常規(guī)育種技術(shù)。當然，這些成本的降低都有賴于工程化水平的提升，有賴于第三方技術(shù)服務(wù)平臺的規(guī)?；僮?。

      4）測試，測試和測試是玉米育種的基礎(chǔ)保障

      Forret Troyer 是美國先鋒公司一個非常重要的育種家，其所選育的3780，3732等品種為先鋒公司擴大市場立下了汗馬功勞。他寫的很多經(jīng)典文章影響深遠，值得細細品讀。其中他在 “Breeding widely adapted, popular maize hybrids” 中談到了如何選育廣適性的品種以超越當時的 XL45，其中有一段話是這樣寫的：

      “每晚睡覺前，我都在思考品種的適應(yīng)性。很顯然，廣適性的雜交種是存在的，比如XL45。但是一個合理的問題是：如何找到它們？1966年春天的一天早晨，我一覺醒來，突然就感覺想的很清楚了，并在臥室的墻上寫下了”TEST WIDELY”，我明白，這就是答案。但是，這和傳統(tǒng)育種的依靠多年逐代測試的策略是相反的”。

      現(xiàn)在，多生態(tài)環(huán)境測試的理念對于玉米育種家來說不是問題了。但是，測試的成本和通量卻是實實在在的限制因素。準確來說，目前國內(nèi)育種單位真正基于多環(huán)境測試數(shù)據(jù)做育種決策的還不是很多。這個問題需要上上下下給予足夠的關(guān)注并想辦法解決。沒有好的表型數(shù)據(jù)，GS 育種技術(shù)也難以有效開展起來。

      第三方技術(shù)服務(wù)平臺在這種情況下也應(yīng)運而生了，現(xiàn)在各個地方都有承擔田間測試的公司，但是水平參差不齊。應(yīng)該說做的最早也最成功的還是鐵嶺東升。我們希望這樣的服務(wù)平臺越多越好。對于如何降低成本，機械化是必由之路。機械化也是工程化水平提升的一個標志性進展。個人認為，國家支持種業(yè)其中一個很重要的是支持種業(yè)機械。如果在機械采購方面提供補貼，假如幾萬或十來萬塊錢就可以買到聯(lián)合收割機的話，數(shù)據(jù)的質(zhì)量和通量都將大大提升。但是也發(fā)現(xiàn)了一些問題，很多公司利用國家項目經(jīng)費購買了聯(lián)合收割機等設(shè)備并沒有真正利用起來，因為沒有配套的隊伍去操作。這些都可以通過第三方服務(wù)平臺解決。下一步，高通量表型技術(shù)以及環(huán)境型技術(shù)都將在育種中應(yīng)用，以獲取大量的信息可供育種決策。因此，第三方服務(wù)平臺還有很多提升的空間。

      5）構(gòu)建新型育種生態(tài)實現(xiàn)共享育種的可能性

      上面簡要談了三個關(guān)鍵育種技術(shù)由于高通量、低成本的需要，第三方服務(wù)平臺是一個很重要的發(fā)展趨勢。其他技術(shù)比如轉(zhuǎn)基因技術(shù)、基因編輯技術(shù)等由于技術(shù)要求很高，估計從一開始就要以第三方服務(wù)平臺的形式開展合作。種業(yè)的競爭關(guān)鍵在于優(yōu)良產(chǎn)品的競爭，一個是種質(zhì)作為底盤育種材料，一個是生態(tài)區(qū)所需的重要性狀。短期來看性狀的重要性要大些，但是長期來看種質(zhì)的重要性更大，所以跨國種業(yè)公司絲毫沒有放松對種質(zhì)改良的步伐。

      第三方服務(wù)平臺一個很重要的優(yōu)勢是利于規(guī)模化操作，成本優(yōu)勢非常明顯。規(guī)?；厝粫苿庸こ袒教嵘瑥亩苿游覈衩子N整體水平的提升。從全國層面來思考，這可能是未來一段時間種業(yè)創(chuàng)新能力提升的一個有效路徑。

      “open source breeding”的概念提出了很多年，但是目前做起來還有很多障礙，主要是實現(xiàn)共享的條件還不成熟，也需要大家不斷推動。但是我認為這一定是趨勢。新銳恒豐在這一方面做了很好的探討，大大推動了國內(nèi)在種質(zhì)資源方面的合作。下一步，如果能實現(xiàn)育種數(shù)據(jù)共享的合作，將有很大的合作空間，也會催生新的第三方服務(wù)平臺誕生。

      CRO 的概念在醫(yī)藥領(lǐng)域并不陌生，20 世紀 80 年代初起源于美國，它是通過合同形式為制藥企業(yè)、醫(yī)療機構(gòu)、中小醫(yī)藥醫(yī)療器械研發(fā)企業(yè)、甚至各種政府基金等機構(gòu)在基礎(chǔ)醫(yī)學和臨床醫(yī)學研發(fā)過程中提供專業(yè)化服務(wù)的一種學術(shù)性或商業(yè)性的科學機構(gòu)。種業(yè)的CRO 值得探討，未來可期。

      讓我們共同為提高我國玉米育種工程化水平而努力！

      組內(nèi)交流中張建總點評的非常好，也把原話放在這里：需要探討如何建立發(fā)揮舉國創(chuàng)新體制，從而追趕和超越跨國種業(yè)的現(xiàn)代育種技術(shù)水平。可能還需要深入從體制機制方面使得相關(guān)利益方能整合在一起，使得研發(fā)創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、人才鏈和資金鏈有效融合在一起，達到共創(chuàng)共贏的新局面。