以下文章來源于南北學(xué)苑 ，作者李召輝

      編輯 | 新銳恒豐研究院

      來源 |南北學(xué)院

      作者 |李召輝

      今天就玉米轉(zhuǎn)基因品系回交轉(zhuǎn)育過程中的問題談一點自己的粗淺看法，本人才疏學(xué)淺不當(dāng)之處敬請各位老師專家批評指正！

      2020 年初，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布 2019 年農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全證書(生產(chǎn)應(yīng)用)批準(zhǔn)清單，玉米、大豆位列其中，轉(zhuǎn)基因玉米的品種研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程開啟。2022 年 6 月 8 日，轉(zhuǎn)基因玉米大豆品種的國家審定標(biāo)準(zhǔn)印發(fā)，可謂是一個里程碑式的進(jìn)展。2022 年國家組織在甘肅已進(jìn)行部分轉(zhuǎn)基因玉米品種的制種約6.6 萬畝，2023 年，農(nóng)業(yè)部監(jiān)督實施在內(nèi)蒙古、吉林、遼寧、河北、四川和云南六個省份的指定區(qū)域進(jìn)行大面積的轉(zhuǎn)基因玉米品種示范銷售。

      據(jù)悉 2023 年國家組織在甘肅進(jìn)行部分轉(zhuǎn)基因玉米品種的制種約 7 萬畝，國家玉米品種區(qū)試處今年也調(diào)整了轉(zhuǎn)基因玉米品種試驗參試申報的條件，允許種企自身在性狀公司合法授權(quán)下進(jìn)行轉(zhuǎn)基因品種參試申報，2023 年度轉(zhuǎn)基因玉米品種參試申報數(shù)量 173 個，其中參加大區(qū)試驗品種數(shù)量 122 個。

      諸多證明，轉(zhuǎn)基因玉米品種市場化有望在近階段逐漸放開。在此大背景下，我們種業(yè)公司大部分都已經(jīng)開展了優(yōu)良品種的轉(zhuǎn)育工作，據(jù)悉好多大公司已經(jīng)在轉(zhuǎn)基因玉米品種的轉(zhuǎn)育、報審進(jìn)展迅速。但對于種企優(yōu)良品種的回交轉(zhuǎn)育，應(yīng)該注意什么？今天就玉米品種轉(zhuǎn)育工作的有關(guān)事項分享一下本人的淺見之談。

      截止 2023 年 1 月，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布《2022 年農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全證書（生產(chǎn)應(yīng)用）批準(zhǔn)清單（二）》， 其中包括 2 個轉(zhuǎn)基因玉米項目。至此，我國已陸續(xù)頒布 13 張轉(zhuǎn)基因玉米安全證書。其中，北京大北農(nóng)生物技術(shù)有限公司共擁有 4 個玉米轉(zhuǎn)基因生物安全證書；北京國豐生科生物科技有限公司，擁有 1個玉米轉(zhuǎn)基因生物安全證書；杭州瑞豐生物科技有限公司擁有 3 個玉米安全證書；中國種子集團（先正達(dá)）擁有 3 個玉米安全證書；北京糧元生物科技有限公司擁有 2 個玉米轉(zhuǎn)基因生物安全證書。詳情如下表所示：

      當(dāng)前種企與性狀公司轉(zhuǎn)基因育種合作方式主要有兩種:

      首先，大部分種企合作轉(zhuǎn)育的方式是種業(yè)公司提供受體親本材料，委托性狀公司做轉(zhuǎn)育工作；其二是性狀公司提供轉(zhuǎn)化體的供體自交系材料，企業(yè)自己對優(yōu)良自交系材料進(jìn)行轉(zhuǎn)育工作。

      這兩種方式優(yōu)缺點：

      1）委托性狀公司進(jìn)行轉(zhuǎn)育的優(yōu)點，其有合法的轉(zhuǎn)基因育種試驗基地，并且可以借助其高通量分子實驗室，通過分子標(biāo)記多世代輔助檢測目標(biāo)性狀，轉(zhuǎn)化選擇針對性強；缺點是對所轉(zhuǎn)育親本材料不夠了解，在受體自交系材料的田間表型性狀上的鑒定篩選有欠缺，導(dǎo)致轉(zhuǎn)育親本與最初的輪回親本在田間表型性狀上有差異，最終會影響組配后雜交品種的優(yōu)良農(nóng)藝性狀的表達(dá)。

      2）企業(yè)自行轉(zhuǎn)育優(yōu)點是可以適當(dāng)放開穗行，增加規(guī)模，對輪回親本自交系材料了解透徹，在田間性狀選擇上針對性強；缺點是大部分種業(yè)公司沒有合法的轉(zhuǎn)基因試驗基地，只能到國家指定的轉(zhuǎn)育基地進(jìn)行種植，操作上不太方便。

      綜上來看，要想提高轉(zhuǎn)育成功率，則需要性狀公司與育種家緊密配合，依據(jù)性狀公司提供的分子實驗室檢測依據(jù)（轉(zhuǎn)基因事件檢測、回交后代的背景恢復(fù)率、40SSR 標(biāo)記檢測等等），育種家進(jìn)行田間表型篩選、配合力測定。下面談一下本人對回交轉(zhuǎn)育工作的淺薄認(rèn)識。

      A、利用轉(zhuǎn)化體進(jìn)行回交轉(zhuǎn)育注意事項

      1）（轉(zhuǎn)化體）供體親本和輪回親本進(jìn)行質(zhì)控經(jīng)過檢測合格的（轉(zhuǎn)化體）供體親本、以及輪回親本，在回交轉(zhuǎn)育過程中嚴(yán)格自交保純。

      整個回交轉(zhuǎn)育選擇中，目標(biāo)基因、40SSR 標(biāo)記檢測、背景恢復(fù)率的計算都是以雙親的標(biāo)記作為依據(jù)的，為了避免因田間管理或檢測等原因?qū)е碌挠H本偏差，應(yīng)該首先對多份親本進(jìn)行質(zhì)控，檢測親本的雜合率和缺失率，來選擇最正確的親本進(jìn)行后續(xù)轉(zhuǎn)育及對比分析。

      根據(jù)目前轉(zhuǎn)基因品種申報參試要求，受體親本最好是母本系，可以在將來制種過程中避免蟲子危害，從而保證種子產(chǎn)量與質(zhì)量的提升

      2）轉(zhuǎn)育一份自交系材料一般需要 6-7 代的回交和 2-3 代的自交，共 8-10代才能完全穩(wěn)定純合，需要注意的是導(dǎo)入時要盡可能做到“近緣轉(zhuǎn)育”，即受體材料和供體材料血緣關(guān)系相近（近緣轉(zhuǎn)化供體），這樣不會因為供體與受體因遠(yuǎn)緣而造成轉(zhuǎn)育后代血緣關(guān)系混亂，轉(zhuǎn)育目標(biāo)親本自交系較容易與原親本保持一致性，從而進(jìn)行轉(zhuǎn)育更容易、更高效。

      應(yīng)用分子標(biāo)記進(jìn)行輔助回交選擇（Marker-assisted backcrossing, MAB），在每輪后代個體中篩選出背景恢復(fù)率最高的材料用于下一輪回交，可以大大提高回交效率，甚至可能僅用 3-4 個回交世代就可恢復(fù) 98%以上輪回親本的基因組，還可以大大降低田間回交成本和工作量，再做 2 次自交基本可以達(dá)到國家規(guī)定的轉(zhuǎn)育品種與原品種 DNA 的位點差異小于 2 個的基因純度要求。

      B、利用轉(zhuǎn)化體進(jìn)行回交轉(zhuǎn)育流程

      1）雜交導(dǎo)入原則：受體材料和供體材料選擇近緣轉(zhuǎn)化體進(jìn)行雜交組配，構(gòu)建轉(zhuǎn)育基礎(chǔ)材料。

      2）靶向藥劑篩選：每次回交后經(jīng)過鑒定篩選出的自交系材料，苗期要用指定的除草劑進(jìn)行噴霧處理，目前國內(nèi)已獲批的玉米農(nóng)業(yè)應(yīng)用型轉(zhuǎn)化體，抗蟲基因和耐除草劑基因基本都是連鎖的，可以通過除草劑進(jìn)行目標(biāo)性狀基因田間篩選。

      一般在玉米苗期 3-8 葉期進(jìn)行噴施，一定要使用耐受基因指向的、同一品牌標(biāo)號的除草劑進(jìn)行處理，因為不同品牌的除草劑成份和含量都不盡相同，很容易造成選擇上的偏差和失誤，如果是雙耐受基因的特別注意除草劑噴施順序。除草劑藥劑篩選，從第一回交世代 BC1F1 開始直到到材料純合（如 BC5F3），在每個世代苗期均需嚴(yán)格執(zhí)行。

      3）世代選擇：對于公司優(yōu)良品種的親本進(jìn)行轉(zhuǎn)育時，要根據(jù)企業(yè)條件和成本預(yù)算，適當(dāng)增加群體量、多放穗行，回交轉(zhuǎn)育過程中的單株性狀分離，相對設(shè)置比較大的群體，分離單株表型表達(dá)更豐富，有更大幾率篩選出最契合目標(biāo)性狀的單株，一般一份材料每個世代最少要種 20-30 個穗行、每穗行 60-100株。另外就是田間性狀的選擇，隨著回交世代的增加，要選擇接近于原材料性狀的穗行，尤其到了自交純合的各個世代，更要注重接近原材料的整齊一致的優(yōu)良穗行。

      通過分子標(biāo)記檢測輔助育種家進(jìn)行鑒定篩選：對目標(biāo)基因（或轉(zhuǎn)基因事件）進(jìn)行檢測（PCR/qPCR）根據(jù)每代的篩選原則（BCnF1 雜合、BCnF2 純合）對后代材料的目標(biāo)基因進(jìn)行篩選；并在回交世代對背景恢復(fù)率進(jìn)行檢測篩選（SNP），篩選出后代材料中背景恢復(fù)率最高的材料進(jìn)行下一代回交，從而加速選育周期降低選育成本。育種家在分子標(biāo)記檢測結(jié)果再進(jìn)行單株表型鑒定篩選確定最優(yōu)轉(zhuǎn)育材料進(jìn)行下代篩選，從而準(zhǔn)確更高效。

      4）組合測配：一般在回交完成或自交兩代時進(jìn)行，到自交工作完成后，根據(jù)配合力產(chǎn)量結(jié)果及田間農(nóng)藝性狀選擇優(yōu)良穗行進(jìn)行小面積配制，最終通過品比鑒定其豐產(chǎn)性和適應(yīng)性決留 1-2 個與原品種相近的組合，做 40SSR 的 DNA指紋檢測，是否與原品種的差異位點小于 2 個。

      5）對最終篩選出來的材料組合進(jìn)行田間種植觀測產(chǎn)量性狀和農(nóng)藝表型雙標(biāo)選擇！按玉米轉(zhuǎn)基因品種審定試行標(biāo)準(zhǔn)要求，轉(zhuǎn)基因品種基本性狀與受體品種無顯著性差異，試驗平均產(chǎn)量較受體品種增產(chǎn)≥0.0%。同時回交過程可能引入不利基因和發(fā)生突變，所以一定需要育種家田間表型篩選才能鎖定最終的轉(zhuǎn)基因品種。最終確定一個最優(yōu)組合參試報審。

      感想體會

      在目前的市場形勢看來，轉(zhuǎn)基因玉米品種推廣進(jìn)程推進(jìn)的沒有預(yù)期的反響熱烈，可能是因為不同區(qū)域的種植戶的對轉(zhuǎn)基因玉米品種需求和認(rèn)知不同，以及國家對糧食安全的把控更為嚴(yán)格。如果在今年農(nóng)業(yè)部指定的 6 省份中指定的轉(zhuǎn)基因玉米示范銷售區(qū)域內(nèi)，轉(zhuǎn)基因玉米品種的增產(chǎn)、耕作管理成本的減低，種植戶增收的話，將會大大有利轉(zhuǎn)基因玉米推廣進(jìn)程的推進(jìn)。轉(zhuǎn)基因玉米品種的推廣或快或慢，但勢在必行，國家已經(jīng)配備了相應(yīng)的政策，所以要利用有限資源選擇合適的轉(zhuǎn)化體基因，積極并快速開展自有優(yōu)良品種的轉(zhuǎn)育工作，不被生物育種時代所拋棄！