关于玉米转基因品系回交转育过程的思考

      以下文章来源于南北学苑 ，作者李召辉

      编辑 | 新锐恒丰研究院

      来源 |南北学院

      作者 |李召辉

      今天就玉米转基因品系回交转育过程中的问题谈一点自己的粗浅看法，本人才疏学浅不当之处敬请各位老师专家批评指正！

      2020 年初，农业农村部发布 2019 年农业转基因生物安全证书(生产应用)批准清单，玉米、大豆位列其中，转基因玉米的品种研发、产业化进程开启。2022 年 6 月 8 日，转基因玉米大豆品种的国家审定标准印发，可谓是一个里程碑式的进展。2022 年国家组织在甘肃已进行部分转基因玉米品种的制种约6.6 万亩，2023 年，农业部监督实施在内蒙古、吉林、辽宁、河北、四川和云南六个省份的指定区域进行大面积的转基因玉米品种示范销售。

      据悉 2023 年国家组织在甘肃进行部分转基因玉米品种的制种约 7 万亩，国家玉米品种区试处今年也调整了转基因玉米品种试验参试申报的条件，允许种企自身在性状公司合法授权下进行转基因品种参试申报，2023 年度转基因玉米品种参试申报数量 173 个，其中参加大区试验品种数量 122 个。

      诸多证明，转基因玉米品种市场化有望在近阶段逐渐放开。在此大背景下，我们种业公司大部分都已经开展了优良品种的转育工作，据悉好多大公司已经在转基因玉米品种的转育、报审进展迅速。但对于种企优良品种的回交转育，应该注意什么？今天就玉米品种转育工作的有关事项分享一下本人的浅见之谈。

      截止 2023 年 1 月，农业农村部发布《2022 年农业转基因生物安全证书（生产应用）批准清单（二）》， 其中包括 2 个转基因玉米项目。至此，我国已陆续颁布 13 张转基因玉米安全证书。其中，北京大北农生物技术有限公司共拥有 4 个玉米转基因生物安全证书；北京国丰生科生物科技有限公司，拥有 1个玉米转基因生物安全证书；杭州瑞丰生物科技有限公司拥有 3 个玉米安全证书；中国种子集团（先正达）拥有 3 个玉米安全证书；北京粮元生物科技有限公司拥有 2 个玉米转基因生物安全证书。详情如下表所示：

      当前种企与性状公司转基因育种合作方式主要有两种:

      首先，大部分种企合作转育的方式是种业公司提供受体亲本材料，委托性状公司做转育工作；其二是性状公司提供转化体的供体自交系材料，企业自己对优良自交系材料进行转育工作。

      这两种方式优缺点：

      1）委托性状公司进行转育的优点，其有合法的转基因育种试验基地，并且可以借助其高通量分子实验室，通过分子标记多世代辅助检测目标性状，转化选择针对性强；缺点是对所转育亲本材料不够了解，在受体自交系材料的田间表型性状上的鉴定筛选有欠缺，导致转育亲本与最初的轮回亲本在田间表型性状上有差异，最终会影响组配后杂交品种的优良农艺性状的表达。

      2）企业自行转育优点是可以适当放开穗行，增加规模，对轮回亲本自交系材料了解透彻，在田间性状选择上针对性强；缺点是大部分种业公司没有合法的转基因试验基地，只能到国家指定的转育基地进行种植，操作上不太方便。

      综上来看，要想提高转育成功率，则需要性状公司与育种家紧密配合，依据性状公司提供的分子实验室检测依据（转基因事件检测、回交后代的背景恢复率、40SSR 标记检测等等），育种家进行田间表型筛选、配合力测定。下面谈一下本人对回交转育工作的浅薄认识。

      A、利用转化体进行回交转育注意事项

      1）（转化体）供体亲本和轮回亲本进行质控经过检测合格的（转化体）供体亲本、以及轮回亲本，在回交转育过程中严格自交保纯。

      整个回交转育选择中，目标基因、40SSR 标记检测、背景恢复率的计算都是以双亲的标记作为依据的，为了避免因田间管理或检测等原因导致的亲本偏差，应该首先对多份亲本进行质控，检测亲本的杂合率和缺失率，来选择最正确的亲本进行后续转育及对比分析。

      根据目前转基因品种申报参试要求，受体亲本最好是母本系，可以在将来制种过程中避免虫子危害，从而保证种子产量与质量的提升

      2）转育一份自交系材料一般需要 6-7 代的回交和 2-3 代的自交，共 8-10代才能完全稳定纯合，需要注意的是导入时要尽可能做到“近缘转育”，即受体材料和供体材料血缘关系相近（近缘转化供体），这样不会因为供体与受体因远缘而造成转育后代血缘关系混乱，转育目标亲本自交系较容易与原亲本保持一致性，从而进行转育更容易、更高效。

      应用分子标记进行辅助回交选择（Marker-assisted backcrossing, MAB），在每轮后代个体中筛选出背景恢复率最高的材料用于下一轮回交，可以大大提高回交效率，甚至可能仅用 3-4 个回交世代就可恢复 98%以上轮回亲本的基因组，还可以大大降低田间回交成本和工作量，再做 2 次自交基本可以达到国家规定的转育品种与原品种 DNA 的位点差异小于 2 个的基因纯度要求。

      B、利用转化体进行回交转育流程

      1）杂交导入原则：受体材料和供体材料选择近缘转化体进行杂交组配，构建转育基础材料。

      2）靶向药剂筛选：每次回交后经过鉴定筛选出的自交系材料，苗期要用指定的除草剂进行喷雾处理，目前国内已获批的玉米农业应用型转化体，抗虫基因和耐除草剂基因基本都是连锁的，可以通过除草剂进行目标性状基因田间筛选。

      一般在玉米苗期 3-8 叶期进行喷施，一定要使用耐受基因指向的、同一品牌标号的除草剂进行处理，因为不同品牌的除草剂成份和含量都不尽相同，很容易造成选择上的偏差和失误，如果是双耐受基因的特别注意除草剂喷施顺序。除草剂药剂筛选，从第一回交世代 BC1F1 开始直到到材料纯合（如 BC5F3），在每个世代苗期均需严格执行。

      3）世代选择：对于公司优良品种的亲本进行转育时，要根据企业条件和成本预算，适当增加群体量、多放穗行，回交转育过程中的单株性状分离，相对设置比较大的群体，分离单株表型表达更丰富，有更大几率筛选出最契合目标性状的单株，一般一份材料每个世代最少要种 20-30 个穗行、每穗行 60-100株。另外就是田间性状的选择，随着回交世代的增加，要选择接近于原材料性状的穗行，尤其到了自交纯合的各个世代，更要注重接近原材料的整齐一致的优良穗行。

      通过分子标记检测辅助育种家进行鉴定筛选：对目标基因（或转基因事件）进行检测（PCR/qPCR）根据每代的筛选原则（BCnF1 杂合、BCnF2 纯合）对后代材料的目标基因进行筛选；并在回交世代对背景恢复率进行检测筛选（SNP），筛选出后代材料中背景恢复率最高的材料进行下一代回交，从而加速选育周期降低选育成本。育种家在分子标记检测结果再进行单株表型鉴定筛选确定最优转育材料进行下代筛选，从而准确更高效。

      4）组合测配：一般在回交完成或自交两代时进行，到自交工作完成后，根据配合力产量结果及田间农艺性状选择优良穗行进行小面积配制，最终通过品比鉴定其丰产性和适应性决留 1-2 个与原品种相近的组合，做 40SSR 的 DNA指纹检测，是否与原品种的差异位点小于 2 个。

      5）对最终筛选出来的材料组合进行田间种植观测产量性状和农艺表型双标选择！按玉米转基因品种审定试行标准要求，转基因品种基本性状与受体品种无显著性差异，试验平均产量较受体品种增产≥0.0%。同时回交过程可能引入不利基因和发生突变，所以一定需要育种家田间表型筛选才能锁定最终的转基因品种。最终确定一个最优组合参试报审。

      感想体会

      在目前的市场形势看来，转基因玉米品种推广进程推进的没有预期的反响热烈，可能是因为不同区域的种植户的对转基因玉米品种需求和认知不同，以及国家对粮食安全的把控更为严格。如果在今年农业部指定的 6 省份中指定的转基因玉米示范销售区域内，转基因玉米品种的增产、耕作管理成本的减低，种植户增收的话，将会大大有利转基因玉米推广进程的推进。转基因玉米品种的推广或快或慢，但势在必行，国家已经配备了相应的政策，所以要利用有限资源选择合适的转化体基因，积极并快速开展自有优良品种的转育工作，不被生物育种时代所抛弃！