华因康高通量基因检测技术在作物育种方面的应用

      生物育种的研究,是当今世界科学技术包括农业科技研究的一个前沿性的领域。在传统育种中,基本上是对表现型进行直接选择,因此常常又被称为“经验育种”,一般存在周期长、效率低等缺点。近20 年来,随着分子生物学和基因组学等新兴学科的飞速发展, 使育种家对基因型进行直接选择成为可能,作物分子育种因此应运而生。
一、生物分子育种技术的介绍
      作物分子育种,即在经典遗传学和分子生物学等理论指导下,将现代生物技术手段整合于传统育种方法中,实现表现型和基因型选择的有机结合起来的一种作物遗传改良理论和方法体系,可实现基因的直接选择和有效聚合,大幅度提高育种效率,缩短育种年限,在提高产量、改善品质、增强抗性等方面已显示出巨大潜力,成为现代作物育种的主要方向。
根据分子手段参与形式的不同,分子育种可分为以下几种主要类型,其基本框架。
分子标记育种能有效地结合基因型与表现型鉴定,显著提高选择的准确性和育种效率。从图1 可知,分子标记育种是转基因育种和分子设计育种的基础。转基因育种必须与传统育种和分子标记育种相结合。分子设计育种过程中要合理应用分子标记育种、转基因育种和传统育种技术,实现预期目标,可把分子设计育种看成分子育种的高级形式。
二、中国作物分子育种现状及问题所在
      近十余年来,在国家高技术研究发展计划(863 计划)、国家重点基础研究发展计划(973 计划)、转基因生物新品种培育重大科技专项、国家自然科学基金等项目的资助下,我国在新基因发掘、分子标记育种、转基因育种、分子设计育种等领域取得了重要进展。然而,由于起步相对较晚,资金投入不足,总体研究薄弱,与先进国家相比尚存在较大差距。要全面实现作物分子育种相关技术的突破,尚需进一步重视分子育种相关基础和应用基础研究,加强基因组学、转录组学、蛋白组学、代谢组学和表型组学等研究,应用大规模、高通量的基因鉴定技术,获得一批重要性状基因标记,快速克隆一批具有我国自主知识产权的有利用价值的新基因,明确基因的功能,大幅度拓展可资利用的基因源,为分子标记育种、转基因育种和分子设计育种提供标记、基因和其它遗传信息。
三、华因康PSTAR-Ⅱ高通量基因测序技术在作物育种方面的应用及优势
      与传统的育种检测方法相比,高通量测序比生物表型检测法可大大减少检测时间,比基于核酸的检测法可避免假阳性结果且可多个性状同时检测, 比DNA 芯片技术可避免因建立大量的cDNA 文库带来的繁琐工作量,并在节约成本上有较大的优势。在现代农业生物技术领域,利用高通量测序技术,科学家们不仅能更经济更高效对农作物、模式植物或不同栽培品种进行深入的全基因组测序、重测序,也可以对成百上千的栽培品种进行高效而准确的遗传差异分析、分子标记分析、连锁图谱分析、表观遗传学分析、转录组分析,进而改进农作物的育种技术,加快新品种的育种研究。
      目前国内的分子育种单位小而散,资金投入不足,大部分单位尚不能建立自己专有的高通量测序平台,少量基因检测普遍选择Sanger 测序方法。但由于Sanger 测序法测序通量较低、耗时耗力等缺点,较大地限制了DNA 测序的广泛应用。另外,Sanger 测序对与基因组内富含复杂二级结构的区域,难以进行精确的测序。
      华因康PSTAR-Ⅱ高通量基因检测系统采用国内独有的专利技术及国际公认最准确的连接法对样本进行平行大规模序列测定,能够对所有目的区域进行测序(包括复杂二级结构区域),同时检测已知和未知突变,并确定突变的类型,且能同时检测多个来源的样本,可检测出5%以上的突变,适合作物育种的大量筛查。每个样品可以检测上百个基因位点,PSTAR-Ⅱ plus测序通量最高可至1.2Gb,测序周期1~5 天,单次的测序片段数2500 万~4000 万,准确率更是达到了99.9%。测序仪还具有灵敏度高的特点,可以检测到单碱基的差异。试剂在测序仪上可存放的时间可达7 天之久。可以重复检测某一碱基位置,测序各功能模块更是可以独立运行。PSTAR-Ⅱ还有测序质量评估系统,每测完1 个base 都会实时地给出质量评分,让使用者真实直观地知道测序的好坏。Pstar-Ⅱ还有能灵活设置测序反应体系的优点,可以任意地组合单个或者多个模块。在降低成本,提高灵敏度和效率的同时,防止漏检情况的发生。
      到目前为止,华因康应用PSTAR-Ⅱ plus 高通量基因测序仪,已为深圳市农作物良种引进中心(简称良种中心)水稻不育基因的突变筛选了共10,000多个基因片段,为其在育种方面提供了有力的基因数据。在此基础上,华因康与良种中心进一步合作,共同组建深圳市农作物基因应用中心,拟在优良品种基因库、品系鉴定、数量性状筛选等方面继续利用最先进高通量基因测序技术提高我国在农业高科技应用的水平。

 

 

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