2021 年 9 月,国家修订并印发了新的玉米品种审定标准,其中一个重要修订是申请审定品种 DNA 指纹与已知品种的差异位点由 ≥2 个提高至 ≥4 个(差异为 3 个位点时增加田间主要农艺性状鉴定),这无疑对鼓励种质原始创新,减少品种同质化有积极的指导作用。
2021 年我有幸参加了全国农业技术推广服务中心的“玉米 DNA 位点差异不显著品种重要农艺性状田间鉴定”的考察活动,结果还是让我很震撼的,田间 DNA 差异的位点 0个、1 个、2 个、3 个的品种“肩比肩”种植,以一个从事 16 年玉米育种者的眼光去观察,我很难找到差异位点不显著的两个品种之间的主要农艺性状的差别(当然有级个别品种还是有细微的差异的),在与北京农林科学院易红梅博士深入请教和讨论中,也解决了我对该项检测技术的很多误解和疑惑,当然,这里我不是想讨论相关的技术问题,而是作为一个育种者,在国家提高了 DNA 指纹位点差异后,我们应该做些什么?下面我把我们单位的做法介绍给大家,希望能给大家一些启示(相关技术文章请参考 2021 年 10 月26 日陈勋基老师的值日文章“育种过程中玉米国标 40 对 SSR 位点快速检测技术优化”)。
一、搞清楚同一基础选系材料后代姊妹系 DNA 位点的差异情况,为姊妹系组配品种可能的位点差异数提供参考。
在育种过程中,同一个来源的基础材料会选育成一系列姊妹系,这些姊妹系是从不同代之间分离出来的,有些外观长相很相似,配合力也相似,在之前要求 2 个位点差异时问题不大,可能育成同系列品种,但 4 个位点后就应注意,为此我们挑出我单位两个育种家(以下简称甲、乙)的 3 套基础材料,对其后代的一系列姊妹系进行了 DNA 指纹分析。
1、甲选系材料:冀 42/WL134,由冀 42 和 WL134 组成的基础选系材料,冀 42 来源于先锋 32T24 杂交种选系,已经育成冀玉 228(2019年国审),WL134 是先玉 335杂交种选系,已经育成冀玉 3421(2018年国审),两个系和同血缘的父本配合力好,故将两系杂交组成基础的育种选系材料,两系的 DNA 指纹有 18 个位点差异。检测结果:在第三代开始分离的姊妹系之间,在表型上,株高、株型、穗型、粒型等主要农艺性状上有明显分离,DNA 指纹有 5-11 个位点的差异,在第四代分离的姊妹系之间有 2-8 位点的差异,五代分离的姊妹系之间有 0-4 个位点差异,第六代分离的姊妹系之间在主要农艺性状的表型上差异不明显,,位点上仅有 0-1 个位点差异,第 7 代以后在分离的姊妹系没有位点差异。
2、乙选系材料 A:SW966/WL134,SW966 来源于外引未知材料,优点植株清秀,矮,穗长,选系目标明确:降低 WL134 的株高和穗位,后代株型要与 WL134 接近。因 SW966 材料未保种,两系的 DNA 差异位点未知。检测结果:第二代分离的姊妹系之间,有 2-6 个位点差异,第五代分离的,有 1-3 个位点差异,第六代分离的姊妹系,有 0-1个位差异。
3、乙选系材料 B,SW966/WL134//WL134,在材料 A 的基础上回交一次 WL134,第四代分离的不同姊妹系仅有 1-2 个位点的差异。
得出以下片面结论:
1、后代姊妹系的 DNA 指纹差异的位点数首先取决于基础选系材料中组成种质之间的差异位点数。
2、姊妹系之间位点差异数与育种家的对材料的选择压的大小有关,如果方向明确,选择指标单一,随着世代增加,姊妹系之间 DNA 的差异位点数会下降很快。
3、回交后的选系材料更容易纯合,姊妹系之间的 DNA 差异位点数更少。
4、第 5 代以后分离出的姊妹系,DNA 位点的差异大概率会降低到 4 个以内,所以 5 代以后分离的姊妹系与同一父本组配的品种需注意,应提前进行指纹检测。
5、同一基础材料,只要组建该材料的系之间位点差异明显(如同一个美国杂交种),即使同一育种家选的姊妹系的位点差异都会很大,更何况不同育种家的标准不同,所以不必太担心同质化问题。
6、同源种质组成的基础材料选系,大概率会出现同质化问题。
二、将 DNA 指纹检测技术应用于亲本繁制,做到心中有数,我们的做法是
1、已审定品种,除向国家提交标准样外,自己同时保存不少于提交的标准样;
2、审定品种的亲本,除品种保护提交的标准样外,同时保存不少于提交的标准样;
3、对扩繁的亲本与预留的标准亲本做 DNA 指纹检测,确保亲本的真实性和纯度;
4、对扩繁后的双亲进行少量人工杂交制种,对所制品种与对应的审定品种标准样进行DNA 指纹检测,确保品种的真实性。
5、将经过层层指纹检测的扩繁亲本交给生产经营该品种的公司,确保在育种单位亲本繁制过程中不出问题。
以上是我们现在对 DNA 指纹检测的一些应用,是在挑选本单位有代表性的育种者和育种材料的前提下的分析所得的结果,难免以偏概全,但还是希望对大家有所帮助。我单位用的是聚丙烯酰胺凝胶电泳,优点是仪器设备价格相对低廉,掌握比较简单,我单位两个中专学历的聘用人员就可胜任,地市级农科院和小型种子企业都能很好的开展,但缺点是精度不是很高,特别是不同批次的结果,存在相近材料有较大差异的情况。如果需要精度高,数据更准确,还需要毛细管电泳荧光检测设备,价格较贵,一般的科研单位和小型公司就难以开展了,好在现在有公司也开展了该项服务。
最后再提一点困惑,我国种子法已经增加了同质派生品种的内容,目的充分体现原始创新者的利益和价值,但如果同质派生品种 DNA 指纹检测 ≦2 个位点,根本通不过审定,拿不到市场准入,就产生不了经济价值,怎么体现或增加原创者的价值?
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