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【国科科技港】To育种家:分子育种技术是什么?该怎么用?

什么是分子育种

顾名思义,就是将分子生物学技术应用于育种中。目前主要包括分子标记辅助选择(MAS,也称为狭义的“分子育种”)、基因编辑和转基因。


这三项技术是什么意思?

分子标记辅助选择


问题来了,什么是分子标记

它有点像是基因组这条“高速公路”上的“路标”,首先它能定位,可以告诉你当前位置;其次它可以告诉你当前的基因型是什么;另外,有的“路标”还可以告诉你附近有没有什么“著名景点”,有没有重要的功能基因。利用这样一套分子标记系统,去在基因组上选择育种家所期望的基因型,进而选择目的性状,比如说有没有香味、是否抗稻瘟病,这样的一种分子育种系统就可以理解为分子标记辅助选择。


基因编辑


基因编辑这个事有点像做手术,最初阶段就是发现哪个地方发生了病变,就精准的切点东西出来,让它变成育种家期望的性状。后来这个技术发展的越来越高级了,这个手术变得更厉害了,还可以帮身体机器换个零部件什么的,甚至还可以加点东西进去,这是后话了。


转基因


来自百度百科的定义:基因片段的来源可以是提取特定生物体基因组中所需要的目的基因,也可以是人工合成指定序列的DNA片段。DNA片段被转入特定生物中,与其本身的基因组进行重组,再从重组体中进行数代的人工选育,从而获得具有稳定表现特定的遗传性状的个体。该技术可以使重组生物增加人们所期望的新性状,培育出新品种。



这三项技术的特点

分子标记辅助选择


  • 完全不涉及转基因

  • 育种方式和传统育种相同,只是增加了“分子标记”作为工具,能够更快速、有针对性的对目标性状进行选择,特别是对于米质、抗性等需要一定条件才能考察到相应性状的目标性状选择,更加方便。

  • 技术利用的门槛相对较低,只需要对基因进行相对精细的定位,就可以应用,不需要明确基因的每一个碱基序列,也不需要进行基因克隆。


基因编辑


  • 过程涉及到转基因的操作,但改良单株可以不含转基因。

  • 精准的定点修饰。

  • 对已克隆基因进行操作,需要明确基因序列。

  • 可以创制原始突变体。


转基因

  • 转基因本尊是也。

  • 插入序列随机整合至基因组中。

  • 目标基因必须清楚的知道每一个碱基序列,基因克隆是基础。

  • 可以创制原始突变体。



这三项技术更擅长的领域

分子标记辅助选择


可用于未克隆基因;可以帮助传统育种,高效的实现多基因的聚合;对于数量基因性状的选育,也是一个不错的辅助工具。

比如,抗稻瘟病、白叶枯等性状的聚合。


基因编辑


最适合用于由于蛋白质功能缺失,产生有利性状的目标性状改良。

比如,水稻香味性状的改良。


转基因

适合需要利用外源基因才能行使功能的目标性状改良。

比如,抗虫、抗草甘膦除草剂等性状的改良。



到底谁是转基因?

这个问题之前,先了解两个概念:外源基因和转基因操作。

 

外源基因:不是这个物种本身有的基因,就是外源基因;该物种本身就有的基因,称之为内源基因。


转基因操作:一种基因工程手段,一个特定的技术操作,比如说植物一般这么做:

 

            

 

 

在美国,对转基因的认定是基于实质等同性原则的,就是说,如果你不含外源基因,就不认为你是一个转基因产品,如果含外源基因,那就要接受转基因安全监管。

但在欧洲一些国家,对转基因的认定是基于过程的管理。只要你涉及到基因工程的操作,就认为你是转基因的,所以在欧洲有的国家,基因编辑也被当作转基因,需要接受非常严格的监管。