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奔月种子已发芽 基因分析助力航天育种筛选

作者:未知 发布于:2021-01-05 17:05 点击量:

  2020年年末,嫦娥五号返回器顺利着陆,除了带回了月球的土壤之外,还有一批带到太空中进行航天育种的水稻种子。这批种子来自华南农业大学国家植物航天育种工程技术研究中心。回到地球后,经过几天的培育,部分水稻种子已经发芽,科研人员正在准备进行下一步研究。
 
  农作物品种培育是提高粮食质量和产量的重要方式,对于保障我国的粮食安全有着重要意义。品种培育的本质是针对能够表现出优良性状的基因进行定向操作,使其能够稳定遗传或者组合到一起。传统培育方式是在自然发生的基因突变中寻找合适的基因。随着科技的进步和遗传学等相关学科的发展,我们已经能够实现人工诱导变异,甚至进行分子设计育种和转基因育种。航天育种就是在航天技术发展之后,利用宇宙环境诱导作物种子发生突变以创造新种质的育种技术。
 
  空间环境中充斥着来自多种辐射源的复杂高能射线,辐射剂量率和总剂量较低,但穿透性和电离能力很强,长期暴露在这种环境中可以产生效果显著的诱变效应。自1987年首次开展卫星搭载开展空间诱变实验以来,我国在航天育种上取得了许多成就。在2018年,我国经国家级和省级审定的航天育种新品种就已经超过200个。
 
  水稻是我国航天育种研究开展最早、研究成果最显著的作物。与之前的航天育种相比,本次嫦娥五号搭载着水稻种子在空间中的时间更长,遇到的空间环境更复杂,这意味着这批种子将产生更强烈的遗传效应,而且嫦娥五号的路线主要在近月轨道,可以为航天育种研究提供新的数据。
 
  这批水稻发芽成长之后,科研人员将深入分析水稻基因的变化并从抗病虫害、产量、品质、耐逆性等多个方面筛选优良基因,培育新的水稻品种。育种过程最重要的环节是对突变基因的研究。研究人员不仅需要检测水稻基因发生的变异,还需要研究变异与水稻性状改变之间的对应关系,筛选出符合要求的突变体。
 
  航天育种常用的检测技术是高分辨率熔解曲线技术(HRM)。作为一种DNA多态性检测技术,HRM不需要等水稻生长成熟表现出性状,在实验室苗期就可以中检测出功能基因,选出符合育种目标的材料,提高育种效率。还有定向诱导基因组局部突变(TILLING),它将诱变、PCR技术和高通量突变检测技术相结合,也可以用于诱变检测。在航天育种研究中也需要使用多种生物学仪器,如荧光定量PCR仪、DNA遗传分析系统、化学发光凝胶成像系统、核酸浓度测定仪、酶标仪等。
 
  航天育种研究的进展,在很大程度上取决于突变基因的检测分析技术的发展。与其他育种技术相比,航天育种可以创造出更多的罕见变异作为种质,从而为农作物的遗传改良提供更多的可能性。但是少见的突变也加大了研究的难度,为了提高选择效率,同时实现基因组的定向选择,我们还需要继续研发高通量鉴定技术。同时也需要深入研究空间环境诱发变异的原理,尝试在地球上模拟。
 
  航空育种已经为我国的粮食生产做出了巨大的贡献,嫦娥五号带回的种子将带来新的惊喜。但我们要走的路还很长,保障粮食安全依然任重道远。

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