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小麦分子育种需注意的几个问题

植物转基因中心王海波主任应邀参加了于2010年5月24-26日举行的“2010年中-澳小麦遗传与分子育种双边研讨会”,并做了题为“小麦分子育种应注意的几个问题”的报告。本文为王海波研究员所做报告的中文摘要,英文读者请点击链接>>阅读英文摘要。同时,王海波研究员也真诚欢迎相关研究人员点评。

2010年5月24-26日《中-澳小麦遗传育种研讨会》

小麦分子育种需注意的几个问题

王海波

河北省农林科学院遗传生理研究所物转基因中心 石家庄 050051

随着分子遗传的发展,育种工作进入了更加具体化、精细化的阶段,传统遗传学、育种学过去曾忽略的一些问题逐渐显现出来,不重视这些问题,分子育种的效力将会大打折扣。

1、传统的自交并不能使一个品种成为一个基因型概念的纯系

理论上,小麦经过多代的自交和选择可以获得纯系,但现实操作中是不可能的。生物有“可甄别性状”和“不可甄别性状”之分,而可“甄别性状”又有“可视性状”和“不可视性状”之分,“不可视性状”要远比“可视性状”多。即使是可视性状,人们也只能把握一小部分。性状不清、不准,就无法进行选择,也无法正确地开展分子遗传研究和将其与DNA序列对应。小麦的基因组非常大,其基因不仅分布于多条不同的染色体,而且染色体之间还要发生不同程度的交换,由此组合出的配子及合子类型非常多。等位基因间的非纯合概率有50%,而众多非等位基因间组合成的非纯合数量则非常巨大。因此,一个植物品种不论自交了多少代,只要未经过单倍体加倍处理,都不会成为真正的纯系。传统的连续回交,并不能获得真正的近等基因系,依次进行的一系列分子遗传和分子标记研究其结果难以准确。

2、分子育种面临着“背景制约”的严峻挑战

无论是转基因还是分子标记辅助选择、分子设计育种,都常会出现不理想的结果。究其原因,目标基因能否与遗传背景形成良好的配合至关重要。若遗传背景不配合,对目标基因所期望的功能则无法表现出来。遗传背景如一个复杂的“社会”,过去人们总是有意识地回避这一问题,现在已到了无法回避的地步。开展“背景遗传”和“基因的社会学”研究已迫在眉睫。花粉的活力和竞争力在背景遗传中扮演者重要角色。以连续回交为基础,用高分辨力的分子图谱追踪对比各世代与相应世代花粉的分子差异,可找到背景遗传的一些规律,并能同时研究目标基因与背景间的互作关系。

3、“孟德尔因子”远比“DNA序列的基因”复杂

按照孟德尔的理念,性状和基因永远是对应的,即[孟德尔因子]=[基因]。在分子水平上,[特定DNA序列]=[基因]。但是,DNA序列差异并不意味着会表现出性状差异。DNA突变研究表明,上千种DNA水平的差异,在表现型上只有十几种甚至几种的差异;而大量稳定遗传的性状差异,在DNA水平上却可能只有很小的差异。虽然可以用编码区、非编码区等概念来解释DNA序列变异与表现型变异间的不对应关系,但这种解释并不全面。实际上,只有少数情况下[特定DNA序列]≈[孟德尔因子],一般[孟德尔因子]>[特定DNA序列],[孟德尔因子]=[特定DNA序列] × [背景复杂度+1] n, n=[表达机制的复杂度],n≥0。可见,[孟德尔因子]﹥﹥[特定DNA序列]。对生物性状的认识,基本上都来自于对“孟德尔因子”效应的认识,在很多情况下是难以将“性状”与“DNA序列”对应的。

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