??? 植物分子生物學技術的發展和應用,對作物遺傳育種產生了極其深遠的影響。以轉基因技術、分子標記為核心的現代分子育種技術大幅提升了育種的效率和準確性。在提高選擇效率、改善品質、增強品種抗逆性方面,分子育種發揮了重要作用,取得了顯著的成果。
奧瑞金率先在國內種業界建立了生命科學研究中心,配備了各種基礎設施以及先進的實驗室儀器設備。多年來,在與北京大學、中國農業大學、中科院微生物所、中國農科院等國內知名科研院所開展廣泛合作的同時,奧瑞金一直從事分子育種的研發工作。在耐除草劑和抗蟲Bt轉基因玉米及水稻、抗旱抗低溫轉基因草坪草、氮高效利用基因(GDH)玉米等方面做了大量的工作,并取得了突破性的進展。
(一)、植酸酶轉基因玉米
植酸磷廣泛存在于植物界,玉米、水稻、大豆等作物種子中約80%的磷元素都以植酸磷的形式存在。單胃動物(豬、雞、鴨)和水產類(魚、蝦)消化道內缺乏植酸酶,無法有效利用玉米、大豆等飼料原料中的植酸磷。通常在飼料中添加無機磷來滿足家禽對磷的需求。這樣,一方面增加了飼料的成本,另一方面使自然界中的無機磷資源受到嚴重威脅,而且家禽排泄出的未經分解的植酸磷還會帶來嚴重的環境污染。
植酸酶是優良的飼料添加劑,可以把玉米等飼料原料中大量存在的植酸磷分解成無機磷,從而提高了單胃動物對飼料磷的利用率和動物的生產性能,降低動物糞便中磷的排泄量。應用基因工程的方法在作物種子中直接表達植酸酶, 不僅能減小微生物發酵植酸酶所帶來的不利影響,而且還能提高植物性飼料的營養價值以及種子的商品價值。
以玉米為支柱產業的飼料工業中,若將外源植酸酶基因通過基因工程的方法導入玉米,就可以實現利用玉米種子生物反應器來生產高活性植酸酶。植酸酶轉基因玉米的研發不僅可以提高玉米的商品價值,增加農民的收入,而且還在降低飼料生產成本, 控制環境磷污染等多個方面具有巨大的社會效益以及生態效益。
公司通過與中國農業科學院生物技術研究所合作,在第一代植酸酶產品的基礎上,利用具有自主知識產權的植酸酶基因,把生物技術和常規育種技術相結合,培育出具有高活性、高含量植酸酶并且能穩定遺傳的轉基因玉米,并在2009年10月獲得農業部頒發的安全證書。
(二)、耐草苷磷轉基因玉米
草甘膦(glyphosate)是一種廣譜滅生性、內吸傳導型優秀除草劑,具有良好的輸導性,在環境中容易降解,不易污染地表水,低毒、安全等特點,因其結構簡單、價格低廉而被廣泛應用。自研制成功以來,成為世界上使用面積最大的除草劑品種。我國自八十年代開始生產草甘膦,目前年產量約3萬噸,實際生產能力超過4.5萬噸,已成為繼美國之后世界第二大生產和出口國。但是,草甘膦是一種非選擇性除草劑,它在殺死雜草的同時,對農作物產生藥害,這就限制了其使用范圍和使用時間,大大地制約了草甘膦的發展。
因此,耐抗草甘膦轉基因農作物的研發,不僅可以節省農業生產成本,而且還能極大地促進草甘膦工業的發展。
我們可以通過轉基因技術獲得耐草甘膦轉基因作物。比如,將草甘膦降解酶基因導入作物,獲得耐草甘膦轉基因玉米。
(三)、抗蟲轉基因玉米
玉米螟是世界性的主要玉米害蟲,每年因玉米螟危害損失產量在5%左右。我國是亞洲玉米螟的多發區和重發區,20世紀70年代以來,幾乎每2年就大發生一次,年損失玉米380-640萬噸商品玉米。多年來,各國都在致力于培育和推廣抗螟蟲品種以控制玉米螟危害,但用常規育種方法培育抗螟雜交種進展緩慢。
蘇云金芽胞桿菌(Bacillus thuringiemis,簡稱Bt)是一種革蘭氏陽性細菌,廣泛存在于土壤、塵埃、沙漠、植物、昆蟲尸體中。該菌在形成芽胞的同時,能產生殺蟲晶體蛋白。殺蟲晶體蛋白通常也被稱為δ-內毒素,對人畜無害,不污染環境。
Bt殺蟲蛋白本身是不具有生物活性的,稱為原毒素,當敏感昆蟲在吸食過程中,殺蟲結晶包涵體便隨之進入到昆蟲的消化道內,并釋放出特定的δ-內毒素,即為活性毒素,從而使昆蟲死亡。Bt殺蟲蛋白特異性毒殺昆蟲的種類不同,主要取決于Bt殺蟲蛋白與昆蟲中腸道上皮細胞膜上的受體相互作用的結果。
通過基因工程的方法,將Bt毒蛋白基因等外源抗蟲基因導入玉米的基因組中,使其正確表達,即可獲得抗玉米螟的轉基因玉米。Bt抗蟲轉基因玉米不但能有效的防治害蟲,而且對環境、有益昆蟲及人畜等均無不良影響,因此發展轉基因Bt抗蟲玉米不但能減少化學農藥的使用量,有效保護生態環境,還能節約人力、物力,節約社會資源。
(四)、分子標記輔助選擇育種
選擇是育種中最重要的環節。傳統的基于表型的選擇方法存在許多缺點,效率較低。分子標記技術的成功開發為實現對基因型的直接選擇提供了可能,從而大大提高育種效率,加快育種進程。
借助分子標記對目標性狀的基因型進行選擇,稱之為分子標記輔助選擇(molecular assisted selection,MAS)。MAS是一種高效的育種方法,與傳統表型選擇相比,它可在任何生長期進行,不受環境條件影響,可排除非等位基因相互作用而造成的干擾,具有快速、經濟、效率高、準確性強等優點。MAS還可以進行基因聚合,將數個基因聚合到一個品種中,產生更有價值的育種材料。
奧瑞金是國內開展分子標記輔助選育育種的少數研發單位之一,在玉米青枯病抗性分子標記輔助選擇方面做了大量的開創性工作,并取得了階段性結果。