昨日，由國(guó)際著名植物分子生物學(xué)家、國(guó)家作物分子設(shè)計(jì)工程技術(shù)研究中心首席科學(xué)家鄧興旺帶領(lǐng)的未名興旺系統(tǒng)作物設(shè)計(jì)前沿實(shí)驗(yàn)室入駐中關(guān)村高端人才基地。記者在入駐儀式上了解到，全球最高精度玉米全基因組育種芯片已于近日由鄧興旺團(tuán)隊(duì)研發(fā)成功，原來(lái)8年到10年的育種周期可以減少至4年到5年。同時(shí)，其團(tuán)隊(duì)研發(fā)的第三代雜交水稻育種技術(shù)已進(jìn)入國(guó)家安全認(rèn)證階段，最早將于2016年產(chǎn)業(yè)化，將大幅度提高水稻產(chǎn)量。
配對(duì)前先驗(yàn)DNA育種時(shí)間可減半
一個(gè)約2厘米寬、20厘米長(zhǎng)的褐色平板，用顯微鏡看，上面布滿(mǎn)了密密麻麻的小探針。記者在實(shí)驗(yàn)室里看到的這個(gè)褐色的小板子，是鄧興旺團(tuán)隊(duì)剛剛完成的玉米全基因組育種芯片。它能夠從9萬(wàn)個(gè)位點(diǎn)觀測(cè)種子，是全球精度最高的玉米全基因組育種芯片。
這里所說(shuō)的“芯片”，可跟我們?cè)陔娔X等電子設(shè)備中的電子芯片不同，它是指一套可以從數(shù)萬(wàn)個(gè)位點(diǎn)對(duì)種子基因進(jìn)行觀測(cè)的技術(shù)。
拿玉米來(lái)說(shuō)，一株玉米里有4萬(wàn)個(gè)基因，每個(gè)基因的活性高低直接決定了這種玉米的口感、產(chǎn)量等，而這些都是由DNA決定。顯微鏡里看到的小探針，就是用來(lái)檢測(cè)種子DNA特性的。一種植株體內(nèi)哪種基因活性高，哪種活性低，通過(guò)這個(gè)芯片就能完成檢測(cè)。
“傳統(tǒng)的育種方式，得由育種專(zhuān)家人工從田間作物里選出一對(duì)一對(duì)來(lái)進(jìn)行‘雜交’，等到植株長(zhǎng)大后，再根據(jù)肉眼辨別、稱(chēng)重等方式識(shí)別其性能。其實(shí)，雜交后的玉米、水稻好不好吃、產(chǎn)量高不高，這些都是由兩種雜交品種的基因決定的，在雜交之前就應(yīng)該先查清楚。”鄧興旺實(shí)驗(yàn)室的一位研究員告訴記者。
“觀測(cè)的樣本多了以后，哪幾種基因存在能讓大米特別好吃、哪幾種基因能一定程度改變產(chǎn)量，這些都能找到數(shù)據(jù)規(guī)律，而不僅僅是靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷了。”這名研究員介紹，通過(guò)芯片檢測(cè)出雜交種類(lèi)的基因特性，能進(jìn)一步推動(dòng)傳統(tǒng)“經(jīng)驗(yàn)育種”方式向“精確育種”方式改變。
鄧興旺透露，利用這一技術(shù)，原來(lái)8年到10年的育種周期，可以減半到4年到5年，將大大提升我國(guó)種業(yè)的育種效率。此外，這種雜交前先驗(yàn)DNA的方法，還能夠更好地觀測(cè)到種子的隱性基因、預(yù)測(cè)后代的特征，為農(nóng)民減少種植風(fēng)險(xiǎn)。
第三代雜交水稻育種技術(shù)有望于2016年投產(chǎn)
“跟手機(jī)系統(tǒng)的更新?lián)Q代一樣，新一代雜交育種技術(shù)，就好像從‘塞班’系統(tǒng)升級(jí)到了‘安卓’系統(tǒng)。”鄧興旺做了一個(gè)形象的比喻。近日，由他帶頭研發(fā)的第三代雜交水稻育種技術(shù)已進(jìn)入國(guó)家安全認(rèn)證階段，最早有望于2016年投入大田生產(chǎn)，并將大幅提高水稻產(chǎn)量。
在中國(guó)現(xiàn)有的雜交水稻種植面積里，八成以上都使用的是第一代雜交育種技術(shù)。這種技術(shù)有一個(gè)缺點(diǎn)，100份水稻品種資源里，只有四五份可以利用——可利用的雜交品種資源有限，使得其雜交育種的質(zhì)量遇到了瓶頸。
“在街上找了5個(gè)人選運(yùn)動(dòng)員，和在街上找了100個(gè)人選運(yùn)動(dòng)員，前者選出優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的幾率肯定要小很多。這就是第一代技術(shù)遇到的問(wèn)題。”鄧興旺說(shuō)。
第二代雜交育種技術(shù)解決了第一代存在的一些問(wèn)題，但卻存在另一個(gè)致命的弱點(diǎn)——高度依賴(lài)溫度環(huán)境。育種溫度從21攝氏度到23攝氏度的變化，就有可能導(dǎo)致一年的育種周期以失敗告終。
看到有不少育種公司因?yàn)闆](méi)有把握好溫度而一年下來(lái)“顆粒無(wú)收”，鄧興旺和他的團(tuán)隊(duì)坐不住了。
2009年8月，未名興旺系統(tǒng)作物設(shè)計(jì)前沿實(shí)驗(yàn)室（北京）有限公司宣告成立，鄧興旺出任公司董事長(zhǎng)兼首席科學(xué)家。全身心撲在科研和技術(shù)產(chǎn)業(yè)化上的他，雖然家人和孩子都還在美國(guó)，自己每年卻有10多個(gè)月待在國(guó)內(nèi)。2010年，第三代雜交水稻育種技術(shù)終于被攻克，雜交水稻制種徹底擺脫了對(duì)溫度的依賴(lài)。