主题四《新技术在园艺作物育种中有什么应用前景》在线视频

老师同学们大家好

下面我们进入第四个讨论话题

新技术在园艺作物育种中应用

有什么前景

前面是哪位同学做准备来着

来请你发表观点

各位老师

同学

大家好

今天我跟大家一起讨论的题目是

新技术在遗传育种中有什么应用前景

然后我认为新技术在遗传育种中

有很重要的应用前景

然后它能够解决

传统育种技术不能解决的问题

然后它可以重点解决传统育种

技术中的哪些问题呢

首先

第一个是慢

然后第二个是缺第三个是难

我们来看第一个问题慢

传统的遗传育种技术

是建立在有性杂交的基础上

它的育种周期漫长

那么应该如何解决呢

我们可以通过利用细胞工程

分子标记辅助选择的技术

缩短育种周期

加速育种进程

然后我们以芥蓝为例

芥蓝是十字花科芸薹属甘蓝种的

一个变种

它以花薹为主要食用部分

风味独特

它是一种喜凉蔬菜作物

在华南地区

只有冬春季才能够正常的开花结实

传统的芥蓝晨曦生产技术

主要依赖于杂交后的连续自交纯化

它所需要的自交世代数是6-8

选育周期漫长

育种效率低下

如果利用单倍体育种技术采用

组织培养或者诱导性诱发单倍体后

通过染色体加倍

产生纯合度为百分之百的

双单倍体

就可以缩短它的自交世代数

只需要两到三个

自交世代数就可以创造成合的自交系

然后这样可以大幅度的

缩短它的育种周期

提高育种效率

分子标记辅助选择

在回交育种中也能够提高育种效率

如果采用传统育种方法

把一个等位目的基因

转移到另一个材料中

就需要5-10代的回交

但是通过分子标记辅助选择

就很能够容易地识别

并且打破有利基因和不利基因的连锁

快速将一些主效基因

转移到轮回亲本中

恢复轮回亲本的基因型

然后使育种效率提高至少10倍

我们举一个例子

Rzl是来自于Munerat

遗传库的沿海甜菜

目前被公认为最重要的

抗丛根病单显性基因

在甜菜的回交选育中

采用与Rzl连锁的

分子标记辅助选择

将该基因渗入到授粉系中

就可以实现对杂交真实性的评价

提高育种效率

传统育种技术的第二个问题是缺

由于物种遗传背景的限制

且经过长期的驯化和育种工作

一些园艺植物

栽培品种的遗传变异资源

现在已经严重匮乏

而常规育种技术

存在着遗传基础狭窄

生殖隔离等局限性

就很难

用常规育种技术来解决这个问题

但是我们可以通过基因工程的技术

扩大遗传变异范围

打破生殖隔离

从而培育出

具有特定遗传属性的作物新品种

例如

在自然界中没有蓝紫色的香石竹

蓝色花的色素苷类型

主要是飞燕草色素苷及其衍生物

即3'5'羟基花色素苷

在花色素苷的合成途径中

类黄酮3'5'羟基化酶

是合成3'5'

羟基花色素苷的关键酶

F3'5'基因

因此也被称之为是蓝色基因

而DFR基因

是花色素合成途径中的关键基因

对DFR基因进行调控的话

会出现新奇的花色

当我们将矮牵牛或三色堇的

F3'5'H基因和矮牵牛的

DFR基因转入香石竹之后

后代就会积累大量的飞燕草色素苷

香石竹的花色也就变成了蓝紫色

下面我们啊

我来为大家介绍一下基因编辑技术

基因编辑技术

是指对目标基因进行编辑

实现对特定基因片段的删除 插入

还有替换的一项技术

目前应用最为广泛的基因编辑技术是

CRISPR/Cas9系统

其主要由

sgRNA和Cas9蛋白组成

Cas9蛋白在sgRNA的引导下

可以对目标基因进行编辑

下面我们通过一个例子来

为大家讲述日本牵牛花花色丰富

但是由于它的花瓣中

类胡萝卜素含量很少

以致没有黄色品种

科学家们通过分析牵牛花

牵牛花的花瓣花色形成机理

发现类胡萝卜素裂解双加氧酶

可裂解类胡萝卜素多烯链的特定双键

从而影响类胡萝卜素存在

花瓣中的积累

因此

研究中利用

CRISPR/Cas9技术

敲除白色牵牛花Ak77K品种中的

InCCD4基因

获得黄色花瓣的AK77突变品种

与正常的非转基因植株相比

CCD4色突变植株中

类胡萝卜素的含量增加了20倍

传统育种技术的第三个问题是难

首先通过远缘杂交将

近缘植物的优良性状导入栽培作物

可以使作物得到遗传改良

但是

通过传统的遗传育种技术

却很难克服交配不亲和性

难育性等问题

但是

我们可以利用原生质体培养

与融合等技术

解决这些远缘杂交

存在不能结实生长势弱的难题

例如Christey等人用含

黑芥CMS的青花菜叶原生质体

与抗除草剂

阿特拉拉津的

芜菁下胚轴原生质体融合获得了

4株既表现CMS

又抗阿特拉津的表型

与青花菜相似的植株

而Conner等人

利用此特性的不育株系作母本

把阿特拉津抗性作为遗传标记

进行杂种种子生产

以提高制种效率

第二个是传统的选择方法

是根据表现型直接进行选择

对于区别较细微的差异

如多位点控制的数量性状

个体间差异并不明显

造成了直接选择的困难

我们通过利用分子标记辅助

选择可区别较细微的差异

对一些数量性状进行选择

解决根据表现型之间选择的困难

然后QTL分子标记辅助选择

是在高密度的遗传图图谱基础上

通过一定的实验设计我的分子标记

然后借助Mapmarker的软件

分析确定控制某一性状的基因

在染色体上的位置

我们通过一个例子来为大家讲述

QTL技术在番茄育种中

应用最为广泛

其中康奈尔大学的一位教授

就曾经用高代回交法

将野生种L的特异QTL

导入到加工番茄品种

E6203中使它的产量增加了48%

可溶性固形物含量增加了22%

茄红素的含量增加了33%

并且这些结果都经过了各种环境

的生产环境的考验

而传统的育种技术

就只能是这些性状指标

每年以1%的速度增长

我认为新技术在园艺作物育种中

具有很重要的

并且广泛的应用前景

它能够解决

传统育种技术不能解决的问题

首先是传统育种技术的

育种周期漫长

第二个是它的遗传表演以资源匮乏

第三个是它的远缘杂交困难

然后还有其它的一些问题

然后我们通过新技术的话可以

很好的解决这些问题

然后为育种为育种家带来更多的便捷

最后

谢谢大家欢迎大家进行讨论

刚才同学已经

进行了一个非常详细的给我们讲解

但是呢

我对于就是它讲的那

CRISPR/Cas9技术那个技术吧

和工具

然后我觉得特别感兴趣

然后我再看到那个课题的时候

我也准备了一下

就说那个工具

然后我我想给大家分享一下

就相当一个补充吧

然后我是想说那个

CRISPR/Cas9了

是在细菌的免疫系统中找到的

然后它已经成为了

基因组中研究的一项重大的工具

然后该系统呢

它由两部分组成

一个是叫做Cas9的电影剪切蛋白

然后另一个是

可以作为向导RNA的RNA分子

它们形成一个复合体

然后可以识别并剪切

特定的DNA片段

然后首先呢

Cas9必须在基因组中定位@序列

然后并与之结合

然后与@序列结合以后

向导RNA解开部分双螺旋

然后RNA链将匹配

并结合DNA的特定序列

然后找到正确的序列后

Cas9可以剪切这个DNA

然后它的两个核苷酸酶域

分别剪切一个缺口

然后造成双螺旋的断裂

然后呢啊

虽然细胞会尝试这个修复哈

但是它在修复的过程中很容易出错

然后这样它就会导致这个今

它以前的正常功能的一个破坏

然后这一点让成为

让那个Cas9成为

就是那个非常重要的一个敲除的

指定的那个工具

谢谢大家

对于那个植物组织培养

过程中的@组织进行诱变处理

然后@发生的突变

然后诱导分化成植株

筛选对人们有利的这个突变体

进而培育新品种

首先

在这个离体培养的过程中进行选择

可以省去大量的田间的工作

节约这个人力和土地

然后它又不受那个季节生长的限制

选择效率比较高

另一方面

由于可以在培养的过程中

对培养材料具有一定的压力

如盐类

病菌

还有除草剂等

使这个非目标突变体

在在培养的过程中被淘汰

而符合人们要求的这个目标

突变体得以保留和表现

要起到了这个定向培育的作用

然后

当前在园艺植物育种上

体细胞突变体筛选技术主要集中在

抗病抗炎

还有抗低温和高温等逆境胁迫上

提高作为营养物质

改变作物品质方面

也有一定的研究进展

刚才前面那位同学她已经讲得很精彩

然后呢

我刚才看到它里面有一个就是

对于甘蓝的一个

是芥蓝是甘蓝的一个叫单倍体育种

然后我刚才看了之后

然后我就觉得还挺感兴趣

然后在这里也跟大家做一个分享

我觉得有可能

这个单倍体育种的也是以后

在它有一个比较好的

一个广阔一个前景吧

我觉得主要是因为它可以利用

像类似于像花药培养的这些方法来

找到那个采用诱导那个单倍体

然后从而获得一个纯系

那么

看似这么简单的一个描述呢

其实也有一些很大的一个优点

比如说它能够快速的

获得一个纯系的植物

然后从而呢

我们可以可以看到它还有一个优点

就是它的那个表现型

和它的基因型是一样的

这样的话

我觉得我们就可以大大的降低了

我们的那个误选的那个效率

然后还有还有一个点

就是我觉得对于像

单倍体育种

单倍体这个育种技术的一个利用问题

我觉得它从上世纪七十多的

七十年代开始就开始被人们广泛了吧

开始被人们使用

然后慢慢的慢慢的慢慢的那样发展

直到现在这样的一个过程中呢

它其实我觉得他还是在继续的

需要引起我们一个重视

为什么呢

因为我觉得它有比较多的一个优点

首先呢

我觉得它可以结合

像类似于像分子标记辅助育种

这样的一个方法啊

因为我觉得

它可以利用其他的一个方法

和它进行一个双向的一个结合

从而更好的呢

找到一些好的一些突变体

找了一些好的品种

甚至来说

我们大家现在都知道了

它可以在那个茄子上可以找到了

在茄子上可以培

有那个花药的一个技术

然后在那个玉米

玉米虽然说也不是我们园艺做过

但是在玉米上的那个研究

也是比较那个叫什么比较有发展的

比较好的

所以呢

我觉得我们可以通过对玉米的

那个单倍体的一个

育种的一个发展的一个过程

可以把它的一些

相应的一些发展的研究呀

以及过程中遇到的一些问题

我觉得可以相应的来运用些

我们这些叫什么园艺的一些作物

当然啦

对于一些像葫芦科的一些植物

比如比如说辣椒

对于单倍体来说

它也是一个很好的

一个育种的一些方法

好谢谢

刚才大家都说了很多

还是后面同学技术发言挺好

但是我插一句呢

我们讨论是新技术应用

所以大家都在说新技术

或者说其它的一些技术

但是实际上我们真正育种

目前发挥作用的还是我们

尝试的一种办法

不是常规的育种方法

那是我们的主体

那么刚才这位同学发言

我为什么说特别好

它就是把我们常规育种里边

出现的有些不太好解决的问题

我们可能用这些新的技术

有可能会有解决的前景

所以大家很重视是吧

但是咱们首先要明确

我们真正的育种里面

现在就目前为止发挥主导作用的

还是我们常规的

包括女生打电话都是残酷的事实

我们的心态就是

可能呢有一种这样的身影

就是说我们现在的生活据说

出现了新技术出现了

是不是常规育种就不要了

那么肯定不是

应该说新技术所有的新技术

都是一个技术

它只是我们育种的一个技术

那么它不能够去取代我们的常规育种

那么其实大家刚才看到

无论是分子标记

无论是我们的

就算我们的花药培养

那么你最后还是要通过

我们选择去完成

那么我们的分子标记也需要通过杂交

然后你才能去做标记的选择

所以呢所有的新技术

它都是一个技术

它不是取代我们常规育种的

最终我们应该说是用新技术

来加速我们的育种进程

来解决我们常规育种不能解决的问题

而不是替代它

刚才几位老师和同学们的发言

都非常好啊

就对这个讨论题

我们讨论的也比较深入

前面的同学呢

它总结了一下

就是新技术在园艺作物育种中

能够解决常规育种技术

很难克服的一些困难

比如说周期长@慢啊

比如种植资源匮乏

@缺还有一个呢

就是原来很难做到

很难实现那些目标的难

客服这么三个障碍

还有一点呢

就是

就是说常规育种技术

还有一个就是不确定性

比如说我们做诱变育种

我拿个γ射线就处理一个某些东西

所以就是我们没有

在处理的时候或者事先设计的时候

我们没有把握说

我这次处理一定能获得

我想要的那个突变体啊

这就不确定

因为要是用了现代技术

可能性就会大幅度提高

这个也是新技术应用的一个前景

还有一点呢

就是就是这个现代生物技术啊

最近这些年的发展速度非常快

我可以用一个词叫突飞猛进的进展

你这个有的时候往往你

你今天晚上还在苦思冥想的一个

一个一个难题

第二天早晨就有一篇文章发出来啊

就是这个这个发展速度这么快

所以这个你就是

再结合刚才前面两位老师讲的就是

这个任何一项生物技术都要和我们的

常规育种手段相结合

新技术和传统技术相结合

这样我们才能走得更快

走得更好

那么这个问题话题

我们就讨论到这儿