关于2023分子植物育种大会随笔记录与思考

目录

• 智能育种
• 转基因
• 基因编辑
• 育种实践

2023年底分子植物育种大会在成都举行，会后要点胡乱记录之。有些来自嘉宾观点，有些是个人思考，杂糅一起，仅供参考。

智能育种

分子设计育种：形态、生理、基因、等位基因、单倍型、基因组区段、通路、网络、表观组。统言之，生物相关分子皆可设计。

科迪华玉米GP预测（Alencar Xavier et al., 2023）：数据来源（基因组、环境型来自NASA，meta栽培数据）。

智慧育种要点：big data，AI，robot。育种家应该为育种大模型（LLM）标注数据。对于GS，规模就是效应。

高产genes往往聚类，位于同一网络。

华大CropGS-Hub的设想：21年与黄学辉老师合作，以最小产品概念，推出可落地使用的GS平台；结合华大多组学研究优势，目标形成一套完整的动植物产业应用的关键共性平台（看来不是华智独创）和服务产业发展。

大豆GS模型SoyDNGP的几点思考：基因型转换机制（one-hot编码变为基因型三通道）；模型的可用性；更多应用价值（种质筛选，杂交种选择，多性状聚合和评价，位点重要性评估，模型可解释性，环境因子整合）。该模型优势主要在于参数量大。

应用：可解释性，基于注意力机制的位点解析，GxEx(M)。

GS/GP不足：分子机制不明，多环境，植物发育的时空动态性。系统生物学是出路吗？我并不认同，成本和准确性（包括分子鉴定的准确性和研究结果的准确性）决定。佟昊博士的研究方向与李林老师的解决方案如出一辙，基于生物网络和多组学的系统生物学在未来20年内绝对不是GS的出路，我说的。

转基因

目前转基因应用转化基本都是农杆菌，而非基因枪。小麦转化：基因枪68.8%，农杆菌介导15.9%。

转化效率：水稻30%（籼）85%（粳）、小麦35%、玉米10%、大豆8%、棉花30%。一般不是直接转，需要中间供体材料，再进行回交转育。

全球转基因品种：80%棉花、77%大豆、32%玉米和30%油菜。中国生产棉花和木瓜，玉米和大豆只进口。

2009年水稻华恢1号获证，此后极大阻力，到如今，政策已向好。1996年全球首个转基因玉米上市，2023年，大北农等37个转基因玉米品种审定。从头研发需要11-17年时间，引进创新7-9年（基本靠这种方式）。

黄金大米GR2E（转入psy1、crtl、pmi）2021年菲律宾商业化生产。抗旱转基因小麦HB4 2020年阿根廷、2023年巴西商业化生产。

转基因趋势：多基因聚合、多性状叠加（抗虫、抗除草剂、品质）、工业医药（武大杨代常的植物源重组人血清白蛋白OSrHSA已进入临床）。

具有商业价值的杀虫基因：特异（对有益生物无毒）、特效（杀虫能力强）。

国际上主流抗鳞翅目害虫玉米转化体：Bt11/Mon810、TC1507、Mon89034、Mir162、Mon95379（Bayer新的，尚未推广）。

市场上主流耐除草剂技术：抗草甘膦（Monsanto）、抗草铵膦（Bayer）、抗麦草畏、抗2,4-D。主要解决方案是拜耳的草甘膦+麦草畏和科迪华的草甘膦+2,4-D。草甘膦抗性杂草种类在迅速增加。

基因编辑

农作物基因编辑及衍生技术：基因定点敲除（较成熟）、定点单碱基编辑（较成熟）、引导编辑（含碱基转换、颠换、小片段Indel）、基因替换或定点整合（技术难点）、基因表达调控（甲基化与去甲基化）。3-6年改良作物（转基因13年），150+农作物产品获批商业化，今年舜丰高油酸大豆是国内第一例安全证书。

不足：抗虫，多基因编辑。

水稻、玉米等单碱基50-60%转化率，小麦较难（多倍体）。

棉花基因编辑体系：Cas9,Cas12a/1b,dCas9,Cas13,Cas敲入和表观修饰等。

基因编辑育种涉及IP：底盘品种、编辑工具、递送技术、功能基因。

育种实践

水稻、小麦国内单产超国际，已接近天花板。

主效基因很早就已经被育种家悄然选择了。牛逼基因不能只与Wild品种比较，而要与生产CK比较。

杂交小麦的瓶颈：用种量大、杂种优势不强、制种较困难。

理想株型是未来作物突破产量的关键，整体生物量需要达到一定高度方能增产，不能像过去靠耐密（如玉米，从过去每亩2千——>8千——>1万）。

为何DH只在玉米、油菜等作物育种中流行？异花授粉作物。自花授粉易纯合、人力成本低，但时代变了。未来所有作物都会用到DH，而DH与GS天作之合。铁岭东升每年服务产生上百万DH系，其他如华育和创、中玉金等。

关键诱导基因ZmPLA1和ZmDMP（第一个非stock6来源，实现双子叶跨作物遗传基础），遗传贡献率接近90%，两个基因互作DH诱导率表现倍增效应。跨作物通用单倍体诱导：基于PLA的单子叶作物，基于DMP的双子叶作物。

水稻单倍体诱导：农大稻1号（2-3%）；双子叶植物中很多作物DH诱导已经能够达到60%以上。拟建立跨作物单倍体育种技术创新联盟。

1995年开始启动诱导系选育，06年进行商业化育种大规模应用，到现在的多作物通用DH育种，陈绍江老师是真正值得敬佩的育种科学家。

第三代杂交水稻推出很多年没有成效（甚至有个报告人提到了第五代杂交种，5G是吧，真服），据邓院士说去年开始审定。会上又宣传第三代杂交小麦。我只看到了白花花的银子。

近期两篇Science令人瞩目：李文学老师鉴定关键基因ZmNAC78和金属转运蛋白组成分子开关控制铁元素进入玉米籽粒，同时开发分子标记培育出籽粒富铁的玉米新品系。严建兵老师的玉米起源百年争论之研究也很有意思，这些才是前沿开创性的工作。

博瑞迪：人工气候室+基因分型（18个月）基因定向改良服务；玉米抗南方锈病基因RppK（华农广谱材料K22）MAS和转基因育种策略；隆平高科GS玉米组合晋级（46.21%），疑问：除了提供10K Panel，GS是他们做的？

生物育种的发展方向：实验科学——>工程化。

川麦104的育种经验：基于人工合成小麦，表型与基因型鉴定的有机结合，决选优异株系。优良性状基因正向选择，不利性状基因负向选择。川麦104成功聚合重要性状基因/QTL 27个。此后作为底盘品种衍生出一系列品种，如川麦42。

注：会议内容很多，涉及玉米、小麦、水稻、大豆、黄瓜、甘蔗、林木、茶叶、梨、桃等诸多物种，不一而足，我仅记录自己感兴趣和关注的点。一孔之见，望大佬们指教。

作者：生物信息与育种，请关注同名微信公众号：生物信息与育种。