◇丝羽

我国分子育种迎来高通量时代
——记中玉金标记分子标记实验室

◇丝羽

近年来，随着生物技术迅猛发展，我国育种家利用高通量测序、分子标记等等先进的生物技术和信息技术手段，架起了种质基因资源信息衔接庞大数据的桥梁，建立起常规育种与生物育种相结合的平台，大幅度提高了育种效率，使育种工作实现了由“经验”向“科学”的根本性转变。

为了让分子标记技术和基因组测序技术带动我国种业的发展，中玉金标记（北京）生物技术股份有限公司于2014年投资5 500万元，初步建立了目前我国最先进、通量最高的分子标记实验室。

在中玉金标记分子标记实验室里，国内外种业科研精英正在为我国种业创造着无限动力；在这里，我国传统育种落后30年、分子育种落后20年的现状将被改写。

“实验室的建立为我国的种业公司和育种单位利用基因组学的最新研究成果有效提高育种效率和精确性提供了基础，可以说它承担着帮助提高我国种业研发能力与产品开发核心竞争力的重大使命”，实验室首席科学家卢洪说。

技术水平已经达到国际水平

分子标记技术和基因组测序技术的进步极大地推动了分子生物学和现代农业科技的发展。近10年来，基于分子标记技术的高通量基因型和第二代DNA测序技术的应用，使生物学的研究更加高效、广泛、深入。技术的进步使单个数据的生产和管理成本急剧下降，基因组的研究和应用进入了“大数据”时代，给分子生物学家、遗传学家、育种家等提供了海量信息。

卢洪介绍，目前以高通量DNA提取平台、高通量分子标记开发平台、高通量分子标记检测平台，以及高通量SNP芯片检测平台等4大平台为核心组建了分子育种实验室，已初步建立起来一个我国技术水平和通量都很高的分子标记检测体系。

据实验室工程师介绍，4大平台相互协同运行，从而使中玉金标记实验室拥有了每天产生200万个以上基因型信息数据点的能力；高通量DNA提取和分子标记检测平台，处理能力达到年处理样品100万份以上；承担的各项定制项目，年产生数十亿个SNP数据点。同时，实验室计划购置全球先进的Illumi naNextSeq500高通量测序系统，应用其测序可获得测序长度为2×150 bp，每张Flowcell每次产生的最大数据量为100～120 G，运行一次的时间为29 h，运行一年的数据产量为29 T。NextSeq500不仅可以进行基因组测序，同时可以用来进行转录组深度测序、甲基化高通量测序、染色质免疫共沉淀测序和小RNA高通量测序研究。实验室已经初步具备了应用KASPar和TaqManSNP基因分型技术，为我国种业同仁提供高通量分子标记分析的能力。

“可以说，目前我们的分子标记实验室的技术水平，与国际一流水平的分子实验室相比毫不逊色”，卢洪说。

为育种企业提供高端技术服务

分子育种是当今最前沿的育种技术，不过，也被认为是“最烧钱”的。一台设备动辄几百万元，而且每隔3～5年就要更新换代，设备费用十分昂贵。更主要的是，对普通的科研单位和育种企业来说，实验数据量不需要那么多，就算建起这样高端的实验室，一家企业的育种需求量也“喂不饱”实验设备，也是一种资源的浪费。

中玉金标记这家企业正是由此而生，他并不是一家育种企业，而是定义为“为育种企业提供高端技术服务的企业”，由国家相关部门倡导，北大荒垦丰种业公司等8家公司出资所建。因此，建立一流的实验室并为国内企业提供服务是他的使命所在。

日前中玉金标记已经与全球基因芯片技术的发明者、全球两大基因芯片供应商之一的美国昂飞公司达成战略合作协议：昂飞公司支持中玉金标记开发农作物基因芯片，中玉金标记也将成为昂飞公司在中国区的优先技术服务中心。

在国内服务方面，中玉金标记已经与中国农科院作物所签订了战略合作协议，双方对玉米、小麦、大豆等作物展开技术合作和服务。通过这些合作，中玉金标记实验室正在研发可应用的芯片，涉及玉米、小麦、大豆等主要粮油作物及蔬菜，具有多种作物的功能标记，涵盖不同密度等级，可应用于基因组研究及分子育种的不同过程。

此外，实验室还将开发一系列与抗病性状紧密关联的SNP标记，比如玉米的青枯病、丝黑穗病、灰斑病、矮化叶病毒病、粗缩病、大斑病等，这将为品种改良、种质资源的定向改良、育种材料的筛选鉴定等作出贡献。

五大中心构建完整服务体系

中玉金标记实验室充分融合田间试验的资源和优势，开发出服务于我国育种行业的5大科技服务中心，每个中心承担着不同的科技服务功能，同时又能够很好地整合服务。

分子育种中心。该中心由海归博士罗朗带领，提供以分子标记技术和生物信息技术为核心的分子育种技术的各种应用。“目前受农业部委托，我们已完成对全国3 000多份育种材料的遗传分析和杂种优势群划分，对种子公司更准确地利用现有种质资源有很大帮助，避免靠经验和表型检测带来的不准确性和盲目性。”罗朗介绍，“我中心的科研成果可以有针对性地改良和提高国内优秀玉米杂交品种的抗病能力，已开始为多家种业公司进行品种定制改良。”

种质资源创新中心。“我中心将通过新一代双单倍体（DH）技术，快速大规模产生玉米DH自交系，并从分子和田间表现两个不同层面上对DH自交系进行全面评价鉴定。”中心负责人董占山博士说，“从2014年开始，中玉金标记积极利用国内优秀种质资源，开始进行DH系生产，目前已经有一批单倍体材料在海南育种圃茁壮成长。此项目将在中国开启大规模种质资源创新的新篇章，目标是建成具有年产量在5万～10万个DH系能力的资源创新生产系统。”

大田测试中心。“把这个平台建成中国最值得信赖的玉米品种测试体系”，这是中心负责人郭仁峻及其团队的一贯信念。该中心将在全国玉米主产区建立一套约由500个试验点组成的中国最大的测试体系，专业人员负责试验的计划、落实、监督和培训，采用国际先进的育种信息管理软件AGROBASE进行实验设计和数据分析，依据国家主要农作物审定要求报告品种表现。

分子标记技术研发中心。中心负责人景润春博士介绍，每个育种材料、骨干自交系、审定的品种都需要建立一份完整的DNA指纹图谱数据系统。我国迫切需要开发新一代的SNP分子标记技术，制定相应的品种审定和资源评价标准来为知识产权的保护提供强大的技术支持，新制定的SNP分子标记标准将能够更准确鉴定品种真实性，更好地评价我国种质资源遗传多样性。“目前，我们与北京农林科学院玉米研究中心联合，共同开发玉米第三代SNP分子标记的品种鉴定及种质资源评价国家标准。”

生物信息研发中心。严勇攀博士表示，建立以专业数据库管理和大数据分析平台为代表的生物数据分析和信息管理中心，是现代育种不可缺少的重要组成部分。该中心帮助收集整理基因型数据、基因组信息、农艺性状、系谱关系、配合力、环境信息、农艺管理信息及多年多点试验数据等，让育种真正由经验向精准转变。