专家访谈
严建兵:基因组测序助力分子育种技术发展

 

【编者按】:国以农为本,农以种为先。对于一个人口突破13亿的国家来说,如何培育出优质高产的农业生物品种,是未来国家农业科技的重中之重,也是国家粮食安全的重中之重。2013年7月23日,国内12家种企投资3亿元,共建分子育种平台,一时间传的备受相关行业注目。一种发展时间只有20多年历史的育种方式——分子育种,已经逐渐悄然替代其他育种方式成为了全世界作物育种的主流。百度百科关于分子育种的解释让没有直接从事过分子育种工作的人不知所云,分子育种究竟是什么?风生水起的植物基因组测序捷报频传,这些测序结果真的会影响分子育种技术发展吗?我们应该如何看待这项已经悄然来到身边的技术?就此生物谷编辑专访了分子育种领域的专家——华中农业大学生命科学技术学院教授,作物遗传改良国家重点实验室副主任严建兵教授。

 

严建兵教授

1976年5月出生,2003年博士毕业于华中农业大学生命科学技术学院。毕业后受聘于中国农业大学作物遗传育种系讲师,曾在国际玉米小麦改良中心和康奈尔大学学习和工作,现为华中农业大学生命科学技术学院教授,副院长,作物遗传改良国家重点实验室副主任。

  • 生物谷:严教授您在华中农业大学2010年新生开学典礼上校友代表的讲话中提到“地上长茄子,地下长土豆这样美好的梦想”尚未实现,请问现在您的梦想实现了吗?

    严建兵:我在开学典礼上举这个例子,主要是为了鼓励新生,科技改变生活,希望大学新生,对未知世界充满好奇,在科学的道路上能有所追求。我本人并没有具体从事这个工作,但在实验室水平应该已经能够实现了“地上长茄子,地下长土豆”。虽然可能还没有进行商业化推广,但技术层面上应该已经没有问题了。

  • 生物谷:何谓分子育种?

    严建兵:分子育种狭隘来看分为两个领域:以分子标记为基础的基因组育种和以转基因技术为支撑的基因工程育种。


    众所周知杂种优势的发现和利用大大推动了农作物产量的大幅度提升,就是一个性状一般的材料A和另外一个性状一般的材料B杂交,产生一个性状非凡的后代C。做培育出有杂交优势的C,需要找到合适的材料A和B。要从数以万计的材料中各自找出A和B,再用A*B,将会出现亿计的组合,这样的工作量是非常大的,也是非常难以控制的。而以分子标记为基础的基因组育种技术部分解决了这一难题,不需要一个个组合,一个个测试,使选择更加有针对性。


    转基因育种,即利用重组DNA技术,将功能明确的基因通过遗传转化手段导入受体品种的基因组,并使其表达期望性状的育种方法。相对于传统育种技术目标其更加精准,更加有效!

  • 生物谷:您如何看待中国分子育种的发展现状?

    严建兵:总的来说,分子标记育种和转基因育种都有很好的商业前景,在发达国家不管是技术还是商业化推广都有比较好的案例。在中国,分子育种是相对落后的,虽然中央政府和地方政府都投入很多钱去研究,但应用仍然不尽如意。 中国的分子育种技术发展从技术来说是紧跟国际发展步伐,国内的很多科研都在国际上名列前茅。但商业化推广,需要更多的环节,不仅仅是技术开发,材料选育,配种测试,还需要系统的推广方案,成熟的商业化运作来支撑。应该属于投资比较大,但收益相对较慢的行业,所以更需要有眼光和实力的企业来主导,将各个环节都有机地结合起来,目前,国内的绝大多数公司都缺乏这个实力。

  • 生物谷:人类基因组计划的完成引发了医学研究的革命,而随着分子生物学的发展,越来越多的植物基因组计划被测序完成,在您看来,这些是否预示着未来植物学科将发生翻天覆地的革命?

    严建兵:农作物的育种历史上,水稻、小麦、玉米等从高秆变矮秆,大大提高了粮食产量,被称为第一次绿色革命;以袁隆平为代表的科技工作者采用杂交育种技术培育的杂交水稻成为作物育种史上又一创举。 人类基因组计划的完成是一个标志,是一个质的变化。人类在科学技术领域的重大突破也会影响社会的其他方面。对未来动植物的研究肯定会带来非常大的影响。第二代测序是划时代的技术进步,基因组测序为分子育种和品种分子设计奠定了良好的信息和理论基础,对于这一领域的触动也是显而易见的。将来是否能引领一场科技革命,还需要我们拭目以待。

  • 生物谷:我国的粮食安全日益成为关注热点,分子育种在保障粮食安全上可以做那些?

    严建兵:粮食安全问题实际上就是国家安全问题。要想理解粮食安全的重要性,需要想明白两件事:我们需要多少粮食,我们为什么需要这么多粮食?要想解决这些问题,需要站在国家高度来理解这些事情。


    我们需要的粮食主要分两种:口粮和转化的粮食。对于我国来说消耗的主要口粮是水稻和小麦。对于粮食转化,主要是玉米。玉米是现今第一大作物,种植面积和产量都超过水稻。玉米又叫杂粮,虽然不是主要的口粮,但却是重要的饲料作物,可以喂猪、喂鸡、喂鸭。随着大家生活水平的上升,我们需要吃更多的肉,这就需要更多的粮食转化成肉蛋类的饲料,然后再被人消耗掉。工业酒精生产等也是靠粮食转化。据统计现在人均消费的粮食高达400公斤。这也是似乎我们比以前吃的米饭少了,但我们面对的粮食缺口更大了的原因。现在我国每年都要大量进口大豆,虽然这也是中央政府对粮棉油进行战略选择后放弃了油的结果,但也显示出了我国耕地面积不足的事实。每年进口六七千万吨的大豆,等于使用了其他国家4-5亿亩的耕地。


    国家一直在强调保住十八亿亩耕地红线,也即意味着耕地面积不可能增加。要满足日益增长的粮食需求,只能增加单位面积的产量。要保证粮食产量,需要充分利用科技、优化种植模式、保证优质种子供应、提高综合管理水平。在诸多要素中种子占50%,因此育种是非常重要的工作。而分子育种中的分子标记及转基因技术的发展与应用,都为育种工作提供了重要的技术支撑。


  • 生物谷:近年来,关于转基因的话题沸沸扬扬,作为媒体我们有传播严谨的知识和信息的责任,我们需要像您这样站在一线的专家学者的帮助,用您的专业来给我们科普,您如何看待转基因主粮商品化?

    严建兵:中国目前进口的的大豆90%以上都是转基因,中国没有选择。现在,全世界所有粮食的贸易量还不能满足中国一半的粮食需求。如果中国不能满足自身的粮食需求,将会影响世界粮食安全,竟而影响国家安全。


    如果算上大豆的进口,我国粮食的自给率其实已经低于90%的红线。现在国家每年进口大豆六七千万吨,预计到2020年,玉米也将进口2千万吨。大部分将是转基因玉米。只要我们的经济继续保持现状的增长势头,进口量势必还会要继续增加。因此,不管是从经济的角度,贸易的角度,还是国家安全的角度,我们对转基因作物的接受也是没有选择。


    转基因的安全是一个科学问题,大众关心科学是好事,但必须承认大部分科学问题其实从来不是一个普通老百姓能参与的议题,如同我们不关心也没办法关心我们天天使用的电是核电还是火电一样。社会上有很多事可以去关注,去批判,为什么很多人吐糟转基因,我想可能是因为转基因关乎粮食,另外一个原因是这个话题比较安全,让很多人可以有恃无恐地去“释放压力”。我本人对转基因科普本身是比较悲观的,目前的社会认识还不到这个程度。但要解决这个问题,核心还是要不断地去科普,科普到可以去影响政策的制定。而在这个过程中媒体的作用就非常关键,一篇负面报道是一百篇正面报道所不能弥补的。比如,近期的乙肝疫苗事件,媒体扭曲的报道,造成的影响十分恶劣。所有媒体要谨慎发挥自己该发挥的作用,在科学有关的问题上,多听主流科学家的意见。

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