來(lái)自 | 徐云碧

      作者 | 徐云碧

      前言：

      在第三屆三亞國(guó)際種業(yè)科學(xué)家大會(huì)暨 2024 國(guó)際種業(yè)科技博覽會(huì)落下帷幕之際，今次【舊文重播】，介紹 2021 年發(fā)表在《中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)》關(guān)于如何推動(dòng)南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的文章：

      張興平，錢(qián)前，張嘉楠，鄧興旺，萬(wàn)建民，徐云碧. 2021.分子植物育種助推南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí). 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué) 54(18):3789-3804

      北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院公眾號(hào)介紹了這篇文章：

      專(zhuān)家建言：分子植物育種助推南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)

      https://mp.weixin.qq.com/s/vEfmXrvhpUy15UH1umoM5w

      過(guò)去幾年來(lái)，在中國(guó)種業(yè)發(fā)展歷史上發(fā)生了幾件大事，始自 2018 年的海南自貿(mào)區(qū)建設(shè)。這一年，中國(guó)國(guó)家主席習(xí)近平在海南省暨海南經(jīng)濟(jì)特區(qū) 30 周年大會(huì)上鄭重宣布，黨中央決定支持海南全島建設(shè)自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)。海南開(kāi)啟自貿(mào)區(qū)建設(shè)，把南繁育種作為重要的科技創(chuàng)新內(nèi)容之一。

      根據(jù)過(guò)去四十年本人參加南繁育種的實(shí)踐，深感海南在未來(lái)的育種中不應(yīng)該僅僅是為了加代，每年多繁育一個(gè)世代，而是應(yīng)該發(fā)揮真正的冬季育種基地的作用。在分子標(biāo)記輔助育種、DH 育種、快速育種、工廠化育種、轉(zhuǎn)基因育種、基因編輯育種等現(xiàn)代育種技術(shù)正在與常規(guī)育種技術(shù)完全整合的時(shí)代，海南完全可以發(fā)展成為“海南育種、全國(guó)測(cè)試”的重要育種基地。

      于是，從 2019 年開(kāi)始思考如何實(shí)現(xiàn)南繁育種轉(zhuǎn)型升級(jí)的問(wèn)題，這個(gè)重大轉(zhuǎn)變應(yīng)該是未來(lái)南繁科技城建設(shè)的重要目標(biāo)，并在 2019 下半年在海南召開(kāi)的兩次與南繁育種相關(guān)的會(huì)議上提出了分子植物育種助推南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的設(shè)想。

      第一次是在?？谡匍_(kāi)的 “海南自貿(mào)區(qū) (港) 南繁 · 深海 · 航天科技創(chuàng)新暨產(chǎn)業(yè)發(fā)展國(guó)際合作交流大會(huì)——南繁種業(yè)創(chuàng)新發(fā)展與國(guó)際合作交流會(huì)（11月18-21日）。

      第二次是 12 月 9-12 日在三亞召開(kāi)的“崖州論壇：南繁與現(xiàn)代育種國(guó)際論壇”。會(huì)上，分子育種踐行者作了題為“分子植物育種助推南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)” 的主旨報(bào)告。報(bào)告討論了:

      (1) 實(shí)現(xiàn)南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)所需要的支撐條件；

      (2) 分子標(biāo)記輔助育種在轉(zhuǎn)型升級(jí)中的關(guān)鍵作用；

      (3) 我國(guó)在液相芯片檢測(cè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)換道超車(chē)，走在世界前列，一舉突破了成本、平臺(tái)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三重制約，在大幅度降低了分子標(biāo)記檢測(cè)成本的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)平臺(tái)儀器設(shè)備的通用化和分析試劑的國(guó)產(chǎn)化。

      (4) 南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)所需整合的現(xiàn)代育種技術(shù)體系。

      在幾次全國(guó)性大會(huì)報(bào)告的基礎(chǔ)上，聯(lián)合多家單位的著名專(zhuān)家學(xué)者，以專(zhuān)家建言的形式，撰寫(xiě)了“分子植物育種助推南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)“的論文。該論文發(fā)表在 2021 年《中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)》上，論文作者包括了三名中美院士、兩名國(guó)家特聘專(zhuān)家、一位公司老總，被認(rèn)為是作者級(jí)別最高的中文論文之一，其目的是希望引起有關(guān)部門(mén)對(duì)南繁問(wèn)題的關(guān)注，為國(guó)家南繁科技城的建設(shè)和南繁育種轉(zhuǎn)型升級(jí)提供參考和指導(dǎo)意見(jiàn)。

      2020 年《海南自由貿(mào)易港建設(shè)總體方案》印發(fā)，海南自貿(mào)港建設(shè)上升至國(guó)家戰(zhàn)略，賦予三亞及崖州灣發(fā)展國(guó)際化中心化的高標(biāo)準(zhǔn)要求。12 月 2 日，《海南自由貿(mào)易港三亞崖州灣科技城條例》發(fā)布。條例指出，科技城應(yīng)按照海南自由貿(mào)易港建設(shè)的有關(guān)要求，高水平推進(jìn)深?？萍?、南繁科技、動(dòng)植物種質(zhì)資源引進(jìn)中轉(zhuǎn)研發(fā)、科教研發(fā)、遙感等產(chǎn)業(yè)發(fā)展。隨后幾年，南繁科技城發(fā)展迅速。

      2021 年 5 月 12 日，崖州灣種子實(shí)驗(yàn)室揭牌并隨后進(jìn)入正式運(yùn)轉(zhuǎn)。南繁科技城現(xiàn)已匯集中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)等大學(xué)和科研院所，中國(guó)種子集團(tuán)、隆平生物等幾百家種業(yè)企業(yè)，產(chǎn)生了顯著的南繁產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)。

      近日，為期 3 天的第三屆三亞國(guó)際種業(yè)科學(xué)家大會(huì)暨 2024 國(guó)際種業(yè)科技博覽會(huì)落下帷幕。三亞日?qǐng)?bào)發(fā)表了綜合述評(píng)：

      大咖齊聚三亞開(kāi)啟“頭腦風(fēng)暴”，共話(huà)種業(yè)發(fā)展

      https://mp.weixin.qq.com/s/a0L0Dp5U0qTlgXyJZ9OcMg

      文中提到：在海南獨(dú)特的氣候條件下，在南繁基地已有品種、技術(shù)、人才聚集區(qū)的基礎(chǔ)上，為更好發(fā)揮南繁產(chǎn)業(yè)集群優(yōu)勢(shì)，打造南繁“種業(yè)高地”，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)種業(yè)“走出去”，三亞市政府聯(lián)合南繁精英，以崖州灣科技城為先驅(qū)搭建南繁平臺(tái)，打通集“檢測(cè)前端、田間服務(wù)、實(shí)驗(yàn)室管理、成果轉(zhuǎn)化、經(jīng)營(yíng)創(chuàng)收”等為一體的南繁全產(chǎn)業(yè)鏈條，探索實(shí)現(xiàn)南繁由季節(jié)加代向全年研發(fā)、由育制種向產(chǎn)業(yè)鏈、由分散獨(dú)立向集群協(xié)同拓展，創(chuàng)建以種業(yè)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園，著力打造立足海南、服務(wù)全國(guó)、走向世界的“南繁硅谷”。……

      希望南繁科技城能夠真正發(fā)揮社會(huì)主義大協(xié)作的精神，做到南繁育種設(shè)施、平臺(tái)等的協(xié)同、共享，避免重復(fù)建設(shè)和低水平內(nèi)卷，減少浪費(fèi)，充分發(fā)揮海南的自然資源優(yōu)勢(shì)和政策優(yōu)勢(shì)，助推南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，提升中國(guó)種業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。在種業(yè)受到日益重視的今天，很多大學(xué)、科研院所和種業(yè)企業(yè)都在利用國(guó)家提供的優(yōu)惠條件和政策支持，在海南開(kāi)展大規(guī)模的育種平臺(tái)和設(shè)施建設(shè)。為充分利用海南有限的土地資源，重點(diǎn)建設(shè)滿(mǎn)足異地育種、快速育種等現(xiàn)代育種所需的高效、低成本公共設(shè)施和共享平臺(tái)，依然是南繁科技城建設(shè)所面臨的一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。

      實(shí)現(xiàn)南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，將改變歷史上單一的繁殖加代模式，實(shí)現(xiàn)向資源引進(jìn)和評(píng)價(jià)、育種選擇、品種鑒定和品種權(quán)保護(hù)等在內(nèi)的全產(chǎn)業(yè)鏈模式的轉(zhuǎn)型升級(jí)，將南繁基地轉(zhuǎn)變?yōu)橛N基地，將海南的冬天轉(zhuǎn)變?yōu)橛N家的春天。與南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)相對(duì)應(yīng)的是“動(dòng)植物分子育種共性技術(shù)和平“的建設(shè)。正如第一屆前沿分子育種技術(shù)研討會(huì)（2019.5.15-17北京）所倡議的，期待建立 “動(dòng)植物分子育種共性技術(shù)和平臺(tái)合作聯(lián)盟” ，開(kāi)展共性理論的探討，共性技術(shù)的開(kāi)發(fā)，共性平臺(tái)的構(gòu)建，共性應(yīng)用的實(shí)踐。

      今天舊文重播，希望能夠引起相關(guān)部門(mén)的關(guān)注，在助推南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的同時(shí)，如何協(xié)調(diào)、整合和統(tǒng)籌南繁育種相關(guān)的資源、設(shè)施和平臺(tái)，推進(jìn)中小種業(yè)企業(yè)的分子植物育種和種業(yè)的發(fā)展。

      附原文：

分子植物育種助推南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)

      Transforming and upgrading off-season breeding in Hainan through molecular plant breeding

      為了加快育種進(jìn)程，育種家采用了各種異地繁殖的方式，就是在目標(biāo)環(huán)境不適合繁殖的條件下，到氣溫適合作物生長(zhǎng)的地方，主要是海南，進(jìn)行繁殖和加代，簡(jiǎn)稱(chēng)南繁。但由于異地環(huán)境條件與目標(biāo)環(huán)境存在很大差異，一般無(wú)法在異地進(jìn)行育種所需的各種表型評(píng)價(jià)選擇。同時(shí)，由于育種材料通常處于分離時(shí)代，一般需要在目標(biāo)環(huán)境和異地進(jìn)行交替的穿梭育種，而不宜在異地進(jìn)行連續(xù)兩個(gè)或多個(gè)世代的繁殖。因此傳統(tǒng)的育種方法極大地限制了南繁育種和選擇。分子育種技術(shù)的發(fā)展為充分利用熱帶的光溫資源、開(kāi)展一年多代的南繁育種并進(jìn)行有效的異地評(píng)價(jià)和選擇創(chuàng)造了條件。分子標(biāo)記輔助育種與其他現(xiàn)代育種技術(shù)相融合，將助推南繁種業(yè)從單一的繁殖加代向資源引進(jìn)和評(píng)價(jià)、育種選擇、純度檢測(cè)、種質(zhì)交流和產(chǎn)權(quán)保護(hù)等在內(nèi)的全產(chǎn)業(yè)鏈模式轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)從海南冬繁到周年育種的轉(zhuǎn)變，將海南的南繁地理和生態(tài)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為南繁與育種相整合的全產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)，加快育種進(jìn)展、提高育種效率，促進(jìn)種業(yè)發(fā)展。

      近日，《中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)》發(fā)表了由北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所和石家莊博瑞迪生物技術(shù)有限公司幾位專(zhuān)家組成的團(tuán)隊(duì)撰寫(xiě)的長(zhǎng)篇評(píng)述。該文全面討論了如何利用分子育種技術(shù)實(shí)現(xiàn)南繁種業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，內(nèi)容包括海南地理生態(tài)優(yōu)勢(shì)與南繁種業(yè)現(xiàn)狀，南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必要性和可能性，以及所面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。這一討論關(guān)系到南繁科研育種基地建設(shè)，國(guó)家種業(yè)發(fā)展和糧食安全，值得相關(guān)專(zhuān)家、管理人員和政府決策機(jī)構(gòu)參考。論文信息如下：

      張興平,錢(qián)前,張嘉楠,鄧興旺,萬(wàn)建民,徐云碧. 2021. 分子植物育種助推南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí). 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)54 (18): 3789-3804. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.001

      論文全文可以通過(guò)以下鏈接下載（如下圖）：

      https://www.chinaagrisci.com/CN/10.3864/j.issn.0578-1752.2021.18.001

      文章在分析了海南地理生態(tài)優(yōu)勢(shì)與南繁種業(yè)現(xiàn)狀之后，討論了南繁種業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)及其所需條件。實(shí)現(xiàn)南繁種業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)有賴(lài)于異地選擇觀念的轉(zhuǎn)變、國(guó)家相關(guān)政策的支持、分子育種平臺(tái)的支撐、生物安全防控和品種保護(hù)制度的建立和完善、資源共享和交流機(jī)制的形成（表1）。

      隨后討論了南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)之育種理論：數(shù)量和群體遺傳、基因型和環(huán)境互作、分子設(shè)計(jì)和大數(shù)據(jù)構(gòu)。分子設(shè)計(jì)包括微觀水平的基因設(shè)計(jì)、代謝設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，宏觀水平的個(gè)體設(shè)計(jì)、群體設(shè)計(jì)和物種設(shè)計(jì)。論文首次正式提出了有關(guān)宏觀和微觀層次分子設(shè)計(jì)育種的戰(zhàn)略設(shè)想（表2）。

      高通量精準(zhǔn)表現(xiàn)型鑒定、環(huán)境型鑒定、信息處理和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、決策支撐系統(tǒng)等是南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)所需的育種平臺(tái)。現(xiàn)代育種技術(shù)平臺(tái)將在南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。平臺(tái)將推動(dòng)異地選擇（完成主要目標(biāo)性狀的異地評(píng)價(jià)、鑒定和選擇）、分子檢測(cè)（轉(zhuǎn)基因性狀的轉(zhuǎn)移、基因編輯檢測(cè)）、增規(guī)減耗（通過(guò)早期和播前選擇增加規(guī)模、提高土地利用率、降低成本）、品種權(quán)利保護(hù)（品種真實(shí)性、實(shí)質(zhì)性派生品種、品系和雜交種純度檢測(cè)）、DH 育種（單倍體篩選、早期淘汰和選擇）、快速育種（通過(guò)控制環(huán)境條件加速植物生長(zhǎng)發(fā)育、分子標(biāo)記輔助的快速篩選和鑒定）、全基因組選擇和預(yù)測(cè)以及開(kāi)源育種（種質(zhì)資源和信息資源的共享、交流和利用）。

      分子檢測(cè)技術(shù)以及標(biāo)記輔助的選擇使評(píng)價(jià)和選擇不再依賴(lài)于特定的環(huán)境條件。過(guò)去四十年來(lái)，分子標(biāo)記檢測(cè)技術(shù)發(fā)生了革命性的變化，經(jīng)歷了從凝膠電泳到熒光檢測(cè)、固相芯片和液相芯片的 4G 發(fā)展過(guò)程。作為分子育種的核心支撐，現(xiàn)已發(fā)展了基于靶向測(cè)序-液相芯片的基因型檢測(cè)（genotyping by target sequencing and liquid chip，GBTS-LC）技術(shù)，通過(guò) GenoPlexs 可以實(shí)現(xiàn)高達(dá) 5000 對(duì)標(biāo)記引物高度均一的多重 PCR 靶向擴(kuò)增，而基于液態(tài)探針捕獲的 GenoBaits，可以獲取高達(dá) 40K 個(gè)目標(biāo)位點(diǎn)（每個(gè)位點(diǎn)包含多個(gè) SNP）。該技術(shù)具有平臺(tái)廣適性、標(biāo)記靈活性、檢測(cè)高效性、信息可加性、支撐便捷性、應(yīng)用廣普性，已成為分子育種中取代固相芯片的重要分子檢測(cè)技術(shù)。關(guān)于靶向測(cè)序-液相芯片技術(shù)的詳細(xì)介紹，請(qǐng)參考：徐云碧等 2020（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué) 53: 2983-3004）和郭子鋒等 2021（Plant Communications 2: 100230）。

      南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)需要建立完整的綜合育種技術(shù)體系，也就是將各種現(xiàn)代育種技術(shù)整合在一起形成一條完整的鏈條。綜合育種技術(shù)體系涉及多種育種方法的綜合應(yīng)用，包括常規(guī)育種程序以及在此基礎(chǔ)上整合各種現(xiàn)代育種技術(shù)和方法及其優(yōu)化和組合形式。要實(shí)現(xiàn)“海南育種，全國(guó)測(cè)試”，需要構(gòu)建包括高效育種設(shè)施、快速育種、轉(zhuǎn)基因和基因編輯技術(shù)、雙單倍體育種技術(shù)、全基因組選擇等在內(nèi)的綜合育種體系。隨著各種技術(shù)的綜合應(yīng)用，育種周期縮短、遺傳增益提升、育種效率提高、投入產(chǎn)出比增加。整合多種方法和技術(shù)的育種體系將變每年南繁一代為每年南育多代，同時(shí)大大降低品種的培育成本。為此，要倡導(dǎo)資源共享的開(kāi)源育種模式，建設(shè)橫跨動(dòng)植物的共性方法、技術(shù)和平臺(tái)，開(kāi)展資源引進(jìn)、監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，構(gòu)建種質(zhì)資源指紋圖譜，強(qiáng)化品種權(quán)保護(hù)、種子質(zhì)量控制和純度檢測(cè)。希望借此推進(jìn)有關(guān)南繁種業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的公眾討論和政府決策，從而推進(jìn)整個(gè)種業(yè)的科技進(jìn)步和現(xiàn)代化。

實(shí)現(xiàn)南繁育種轉(zhuǎn)型升級(jí)的綜合育種策略及其效率