煙草在線據(jù)云南煙葉信息網(wǎng)報道 ?? 分子育種是相對于傳統(tǒng)育種，應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)開展品種選育的育種方法。

　　分子育種包括兩個階段研究：第一個階段是利用關(guān)鍵基因等分子標(biāo)記輔助選育品種。第二個階段是集成技術(shù)，對品種從基因到整體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計和操作，提出最佳策略，精確高效培育新品種。

　　“精確制導(dǎo)”育良種

　　“明年，通過分子育種手段培育出的世界上第一株能抗黑脛病的紅花大金元新品系將在這里誕生，到時候就能得到一批種子用于田間試驗了！”6月10日，在位于云南省玉溪市的云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院（以下簡稱“云南煙草農(nóng)科院”）研和實驗基地，負(fù)責(zé)人殷端按捺不住心中的喜悅，指著一號實驗大棚里一棵棵翠綠的煙株，向記者透露了這個好消息。

　　自從行業(yè)啟動煙草基因組計劃重大專項以來，中國煙草接連在結(jié)構(gòu)基因組學(xué)、功能基因組學(xué)取得重大進(jìn)展。作為該重大專項的最后一環(huán)，分子育種研究能否取得突破，關(guān)乎著該重大專項目標(biāo)（培育出“優(yōu)質(zhì)超級煙草品種”）的最終實現(xiàn)，而云南煙草農(nóng)科院帶來的這個好消息，無疑讓人們看到了成功的希望。

　　分子育種，是將常規(guī)育種手段與分子生物學(xué)技術(shù)有機(jī)結(jié)合而形成的一項育種新技術(shù)。近年來，該項技術(shù)在水稻、玉米、番茄、馬鈴薯等農(nóng)作物育種領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用；而該項技術(shù)在中國煙草領(lǐng)域的成功探索，也勢必為以后的良種培育提供廣闊的天地和無限遐想。

　　突破傳統(tǒng)育種困境

　　素有“種子搖籃”之稱的云南煙草農(nóng)科院是中國煙草育種研究的重鎮(zhèn)。成立近60年來，該院用傳統(tǒng)育種方式得到的云煙87、云煙97、云煙85、紅花大金元等品種，目前已經(jīng)成為全國各大煙區(qū)的主栽品種。不過，隨著市場對良種的要求越來越高、愿望越來越迫切，這種傳統(tǒng)的育種方式卻面臨著很多困境。

　　常規(guī)育種周期長、見效慢，通常要求科研人員必須在大田里仔細(xì)觀察，看見長勢好的煙株就把它選出來，然后一代代種下去，直至培育出一個相對滿意的新品種，過程很辛苦，也很困難。

　　“運(yùn)用這種手段選育新品種，即便方法得當(dāng)，一切進(jìn)展順利，最快也需要經(jīng)過13年的時間才能選育成功。”云南煙草農(nóng)科院煙草育種與生物技術(shù)研究中心主任肖炳光感慨地說，許多育種前輩們終其一生，能培育出一兩個優(yōu)良品種就已算幸運(yùn)的了。

　　更關(guān)鍵的是，依靠雜交育種很難解決有利性狀與不利性狀的矛盾。這就好比父親睿智、母親漂亮，生出來的孩子不一定就聰明漂亮。況且有的性狀，是由多種基因共同決定的。因此，要實現(xiàn)多個優(yōu)良性狀的有效聚合，并非易事。

　　分子育種的出現(xiàn)，則為問題的解決帶來了曙光。“我們現(xiàn)在的工作主要是通過分子標(biāo)記的手段，使得優(yōu)異基因在雜交過程中成功轉(zhuǎn)育到定向改良品種中，最終得到新的優(yōu)良品種。”云南煙草農(nóng)科院煙草育種與生物技術(shù)研究中心副主任劉勇告訴記者。

　　而要想得到優(yōu)異基因，首先要準(zhǔn)確識別它。這就為分子標(biāo)記手段的使用提供了大顯身手的機(jī)會。“打個比方，分子標(biāo)記之于基因組，就如高速公路上的路標(biāo)，提醒著行人來到了哪個地方。”

　　因此，分子標(biāo)記遺傳連鎖圖譜的繪制，就顯得極為重要。高質(zhì)量的分子標(biāo)記遺傳連鎖圖譜是后續(xù)進(jìn)行性狀基因定位、分子標(biāo)記輔助選擇的重要基礎(chǔ)。

　　2010年12月，我國煙草基因組計劃重大專項啟動，并對構(gòu)建分子標(biāo)記遺傳連鎖圖譜做了重點布局。一年后，云南煙草農(nóng)科院的科研人員便成功獲得世界上密度最高、標(biāo)記數(shù)最多的烤煙分子標(biāo)記遺傳連鎖圖譜。

　　在此基礎(chǔ)上，2012年，他們又繼續(xù)整合入717個單核苷酸多態(tài)性標(biāo)記（SNP）和238個多樣性序列芯片技術(shù)（DArT）標(biāo)記，獲得了含1566個標(biāo)記、由24個連鎖群組成的烤煙遺傳連鎖圖。

　　“通過這張圖，既能用來鎖定諸如優(yōu)質(zhì)、抗病等性狀相關(guān)的基因，也能作為一個標(biāo)記，快速篩選鑒定出具有上述這些優(yōu)異基因的煙草品系。”作為該項目的主攻專家之一，肖炳光至今談起這張圖仍然抑制不住內(nèi)心的激動。

　　自此，傳統(tǒng)育種手段融合分子生物學(xué)技術(shù)，使品種主要性狀的改良可通過實驗室在分子層面進(jìn)行描述、設(shè)計，不僅加快了育種速度，工作量相比以前也大幅減少。

　　從傳統(tǒng)到現(xiàn)代，從宏觀到微觀，一場引領(lǐng)未來煙草生物育種的技術(shù)變革正悄然到來。　

　　定向改良“紅大”抗性

　　長期以來，紅花大金元作為特色品種，深受國內(nèi)外卷煙工業(yè)企業(yè)的青睞，但在種植過程中，卻因易感染黑脛病等不足，讓煙農(nóng)備受困擾。

　　事實上，有一些科學(xué)家嘗試運(yùn)用傳統(tǒng)育種手段，培育一種能抗黑脛病的新品種，但因工作量過于龐大且低效，并沒有取得突破性成果。

　　隨著基因組重大專項的不斷推進(jìn)，更多的人將目光投向了分子育種技術(shù)。

　　2013年1月，云南省煙草農(nóng)科院歷時兩年艱苦攻關(guān)，將煙草抗黑脛病基因鎖定在特定分子標(biāo)記之間，與其中一個標(biāo)記的距離約0.43cM（厘摩，連鎖圖譜中的距離單位）。目前，已獲得與該基因共分離的標(biāo)記。

　　“該抗性基因的精確定位，有助于有針對性地改良提升現(xiàn)有煙草品種的黑脛病抗性，為從根本上解決煙草黑脛病等病害邁出了一大步。”肖炳光說。

　　接下來，科研人員將帶有抗黑脛病基因的品種與紅花大金元進(jìn)行雜交和回交，在保持“紅大”品種現(xiàn)有性狀的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對黑脛病的抗性。

　　回交一代將會出現(xiàn)性狀分離的現(xiàn)象。所謂性狀分離，是指具有一對相對性狀的親本雜交，子一代全部個體都表現(xiàn)顯性性狀，子一代與親本之一雜交得到回交一代，回交一代個體一部分表現(xiàn)顯性性狀，一部分表現(xiàn)隱性性狀的現(xiàn)象。

　　例如，以純種開紅花的豌豆與開白花的豌豆雜交，雜種一代（F1）的全部植株都是開紅花的。讓F1植株花粉為開白花的豌豆植株傳粉，得到BC1個體，其中約有1/2個體開紅花，約有1/2個體開白花。這種在回交后代中顯出不同性狀（如開紅花和開白花）的現(xiàn)象，就是性狀分離。

　　而對于帶有黑脛病基因的品種與其母本紅花大金元品種進(jìn)行再次雜交，則因其性狀差異度小，無法依靠外觀的表型性狀進(jìn)行子代的鑒別。“因此分子標(biāo)記這時候就能幫我們有效地甄別出黑脛病抗性基因，告訴我們哪個子代單株的基因組更像紅花大金元，從而加快品種純化速度。”肖炳光說。

　　為了幫助記者理解，云南煙草農(nóng)科院博士李文正向記者打了個比方：“這就好比在一群大部分穿紅衣服的球隊中，找出來那個穿藍(lán)衣服的人，一目了然，非常高效且準(zhǔn)確。大約經(jīng)過三輪回交后，我們就能得到較為滿意的一株。”

　　有了分子育種這把利器，在煙草品種抗性性狀改良上，行業(yè)內(nèi)多家科研單位奮力攻關(guān)，紛紛有了突破：青州煙草研究所接連完成抗青枯病、抗TMV突變體鑒定和煙草抗CMV與赤星病連鎖分子標(biāo)記開發(fā)，并將應(yīng)用在中煙100、翠碧一號以及NC82、K326等品種改良上；云南煙草農(nóng)科院聯(lián)合黑龍江煙草研究所，完成了煙草抗PVY基因功能驗證并將應(yīng)用在K326、中煙100品種改良上。

　　不僅如此，他們還利用該項技術(shù)，開展農(nóng)藝性狀改良、品質(zhì)性狀改良等研究，目前正在積極推進(jìn)相關(guān)基因克隆和利用：利用煙草開花期調(diào)控基因加快育種進(jìn)程；探索煙堿合成調(diào)控相關(guān)基因、煙草腋芽形成相關(guān)基因、煙草特有亞硝胺（TSNA）合成調(diào)控基因、鎘轉(zhuǎn)運(yùn)基因、煙草抗旱相關(guān)基因和煙草類黃酮相關(guān)基因，爭取培育出抗旱、減害等品種，為優(yōu)質(zhì)超級品種培育奠定堅實基礎(chǔ)。　

　　打造高端科研團(tuán)隊

　　1500平方米的實驗室、200多畝的實驗基地、4000平方米的栽培溫室、200多臺（套）專用儀器設(shè)備……這是云南煙草農(nóng)科院煙草行業(yè)生物技術(shù)育種重點實驗室的過硬家底。

　　不僅硬件設(shè)施一流，云南煙草農(nóng)科院在科研軟環(huán)境的打造上也是不遺余力。他們采用煙草基因組計劃重大專項“項目+平臺+人才”的立體攻關(guān)模式，吸引了大批海內(nèi)外高層次人才紛紛加入生物技術(shù)育種的行列中來。

　　美國北卡羅來納州立大學(xué)博士王丙武，2011年畢業(yè)后，就來到了云南煙草農(nóng)科院并成為功能基因研究團(tuán)隊負(fù)責(zé)人。歷經(jīng)三年研究，該團(tuán)隊率先成功克隆了煙草抗馬鈴薯Y病毒基因，正在進(jìn)行優(yōu)質(zhì)減害相關(guān)基因的克隆驗證；與王丙武一樣，畢業(yè)于德國馬普學(xué)會的楊大海博士同樣被云南煙草農(nóng)科院基因?qū)ｍ椦芯康目蒲协h(huán)境所吸引，并擔(dān)當(dāng)了基因功能鑒定平臺的負(fù)責(zé)人。

　　在云南煙草農(nóng)科院煙草行業(yè)生物技術(shù)育種重點實驗室，像王丙武和楊大海這樣的高層次研發(fā)人員，目前已經(jīng)有12位，并且實驗室對優(yōu)秀人才的引進(jìn)力度還在繼續(xù)加大。

　　“這些高層次人才，不僅視野開闊，還具有踏實務(wù)實的科研態(tài)度，對于提升我們整體科研實力發(fā)揮了很大作用。”云南煙草農(nóng)科院副院長李永平認(rèn)為，科研機(jī)構(gòu)不能閉門搞研究，必須敞開大門，吸引更多優(yōu)秀人才的加入。

　　目前，在云南煙草農(nóng)科院，圍繞著以分子育種為核心的生物育種技術(shù)研究，已經(jīng)形成了包括基因克隆定位平臺、基因功能鑒定平臺、表型鑒定平臺等多個平臺在內(nèi)的科研創(chuàng)新體系。

　　這種類似于“流水線”的管理模式，讓科研人員在不同的育種環(huán)節(jié)各展所長，不但避免了科研工作的重復(fù)，還有效保障了整個研發(fā)工作的高效推進(jìn)，規(guī)避了因為個別人才流失給整個研發(fā)工作帶來的影響。

　　“正是有了這些優(yōu)秀的人才和良好的科研管理模式，再依托行業(yè)重點實驗室和正在籌備的國家煙草基因工程研究中心，我們的團(tuán)隊有信心培育出更多優(yōu)秀的品種，讓良種種遍全國。”肖炳光說。　

　　“標(biāo)記”良種

　　葉面出現(xiàn)褐色壞死斑，葉片不同程度地皺縮、畸形……這是煙草黃瓜花葉病毒病（CMV）的典型癥狀。長期以來，包括CMV在內(nèi)的病害嚴(yán)重影響著我國煙葉生產(chǎn)。

　　不過，這種情形將有望得到改觀----目前，借助分子標(biāo)記輔助選擇手段，中國煙草總公司青州煙草研究所（以下簡稱“青州所”）育