鲁妮 项意恣

高通量分子育种听起来似乎离我们很遥远，分子育种可能还有人听说过，高通量分子育种可能就没有多少人知道了。高通量分子育种技术是农业加速器，可以提高育种速度、缩短育种周期，提高农业生产效率。那所谓的高通量分子育种到底是什么呢？

什么是高通量分子育种

“高通量”其实是一个因为市场需求的扩大而产生的概念。由于育种规模不断扩大，传统的育种方式以及普通的分子育种实验室逐渐无法满足市场的需求，高通量分子育种应运而生，高通量分子育种就好比育种技术进入了“大数据”时代。高通量分子育种是辅助和加速传统育种的一个方式，主要通过分子标记技术，对植株的基因进行检测标记，进行分子层面的辅助选择、辅助回交育种、杂交种纯度检验等。

簡单来说，传统的育种需要育种家把材料全部都种植到地里，然后通过观察植株的性状，选择一些高产、抗病的材料。这样的方式需要把所有材料都种到地里，效率与准确率都不高，而且周期比较长。特别是一些抗病、抗虫的性状，难以通过经验在短期内形成准确判断。而高通量分子育种则能在把植株往地里种之前，就快速检测出某个材料是否抗病、是否高产，从而缩短周期，提高选择效率，在一定面积的土地上种植更多有效、优质的单株。

与传统的分子育种相比，高通量分子育种具有检测速度更快、成本更低、通量更大等特点，能够更高效地对更多植株进行检测和反馈。北京通州国际种业园区高通量分子育种实验室主任张东峰介绍：“原来育种家可能每年种两三亩地，现在一个育种家的种植面积可能会达到一两百亩，他需要往地里种的材料非常多。这么多材料如果通过传统的实验室去做分子标记会很慢，但种植对时间却是有要求的，例如，玉米最晚4月底就需要种到地里，等到6月才给对方检测结果就错过了最佳种植时机。所以需要高通量，高通量就是可以大规模、快速地帮助育种家去检测这些材料。”据了解，以单株为单位，如果一个单株只测某一个基因的性状，北京通州国际种业园区高通量分子育种实验室一天可以检测20万个单株，相当于2000台常规96通道PCR仪同时工作的结果，而常规的分子育种实验室可能一天只能检测一两千个单株。

哪里可以做高通量分子育种

高通量分子育种已经是一项成熟的技术，现在处于应用阶段。在 21 世纪初，国际种业公司如孟山都、先锋公司等已经采用新一代的单核苷酸多态性（SNP）分子标记检测技术，它具有检测快速、成本低、通量大的特点。在我国，汤斌博士2012年就提出中国迫切需要建立多个大规模、高效率的高通量分子遗传育种平台，引进全自动化的单株筛选培育技术和设备。目前，我国多地已经建立了高通量分子育种实验室，为育种家或育种单位提供育种服务。

2014年成立的中玉金标记（北京）生物技术股份有限公司，就建立了以高通量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芯片检测平台等四大平台为核心的分子育种实验室，可提供种子质量检测服务、转基因检测服务、分子育种服务等。华智水稻生物技术有限公司也建立了高通量SNP分子标记检测平台，每天最多可以做近40万个DNA数据点。北京通州国际种业科技园区也积极搭建了高通量分子育种服务平台，组建了以分子标记技术为核心的开放实验室，其高通量分子育种实验室运用高通量分子标记检测技术，一天可以检测20万个单株。

值得一提的是，一台高通量分子育种设备动辄几百万元，对普通育种单位来说是一笔昂贵的费用，而且普通育种单位也不需要这么多的实验数据，如果自购设备进行分子育种，对于育种单位来说并不明智，而且还会造成资源浪费。与高通量分子育种实验室合作进行分子标记辅助育种，育种家或育种单位就不用承担巨额的设备成本，而且其筛选优质单株的成本比直接往地里种的成本还要低。张东峰解释说：“如果通过这种方式筛选的成本比传统育种的成本要高，就没有推广价值了。恰恰是因为采用新的技术能够改善传统育种，对其提供帮助，才要去推广它，让它为育种家、为我国的农业发展服务。”

高通量分子育种实验室的检测流程也较为简单明了，能节省育种家和育种单位的时间。张东峰介绍：“我们实验室的流程通常是需求方送来样品——种子或叶片，如果是叶片就先提取DNA，如果是种子就先通过发芽让种子形成叶片再提取DNA;然后，根据不同的需求，例如做纯度检测，或是抗病性检测，或是一致性检测等，实验室安排不同的人员利用分子标记对DNA进行检测;然后读取结果，分析结果，最后将数据返还需求方。”

技术推广成为发展难点

高通量分子育种流程简单，效率高、精度高，给育种带来了极大的便利，但是，其在国内的普及并不够。不只是在普通大众中普及度不高，在育种家和育种单位中，仍然有许多人对这一技术比较陌生。“国内的育种单位都是一些中小企业，它们没办法建立自己独立的实验室来开展高通量分子育种;而且，国内育种家的整体受教育程度没有那么高，他们对生物学以及新技术没有那么了解，还是更加信任传统的育种方法。”普及度不高，推广成本高，是张东峰认为的高通量分子育种目前面临的主要难题。

另一方面的发展困境在于，并不是所有的基因都已经准确地知道其功能，分子标记辅助育种所作用的还是我们已知的这些功能基因，并没有形成一个非常好的体系。解决这一困境需要对农作物基因有更多的了解，在基因测序和基因组图谱的精细绘制上进一步努力探索。