大大加快植物育种进程的新方法

最近，比利时根特大学（UGent）VIB植物科学研究所的科学家们，开发了一种新的方法，能够在植物还是一颗幼苗的时候，预测出的最终植株大小。有了这种方法，科学家将能够显著加快植物育种计划。这项研究成果发表于九月十一日的《Genome Biology》杂志。

　　

生物通报道：最近，比利时根特大学（UGent）VIB植物科学研究所的科学家们，开发了一种新的方法，能够在植物还是一颗幼苗的时候，预测出的最终植株大小。

这种方法是基于对“与叶片大小相关的一组基因”的认识，有了这种方法，科学家将能够显著加快植物育种计划。VIB/UGent的科学家，可通过先进和非常详细的分析，确定这组基因。特定基因的表达分析，将有助于育种学家在非常早期的阶段，选择最有用的杂交后代。

对遗传过程的理解带来巧妙的育种
培育具有更高产量和更高抗病性的新植物品种，需要很长的时间。特别是，选择最有用的杂交后代，是一个劳动密集型、耗时而昂贵的过程。目前，育种产物必须通过人工感染，以确定它们是否有抗病性，而玉米植株必须首先产穗，才能确定它们的产量。通过根据遗传学数据（而不是基于外部特征）选择植株，可以更有效地进行这个选择过程。毕竟，许多外部特性包含在DNA中。延伸阅读：万用的植物RNA提取法。

由于在分子水平上对“植物的生长以及发育是如何调控的”有了一个更好的了解，我们现在在很大程度上可以知道，哪些DNA序列可引起哪种性状。通过确定这些基因序列（也被称为遗传标记）是否存在于幼苗中，即使不感染植株，我们也可以在一个非常早期的阶段预测：完全长大的植物是否将是抗病性的。

这种类型的育种被称为标记辅助育种。来自VIB和UGent的科学家，在Dirk Inzé教授的带领下，开发出一种新的方法，在植物仍然是一株小苗的时候，就能够预测完全成熟的玉米植株的叶片大小。这种方法是基于RNA的，而不是基于DNA的。

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RNA，而不是DNA
遗传信息包含在DNA中。然而，并不是所有的信息都是每个植物细胞所需要的。例如，引起植物开花的基因序列在根部并不被激活。在遗传信息可能被表达之前，DNA中的信息必须被转录到一个RNA分子，然后翻译成蛋白质。换句话说，所有的RNA分子集合（也被称为转录组），对于哪些基因积极地促成一个生长过程，提供了深入的见解。

Dirk Inzé在VIB研究组的成员、植物科学家Joke Baute博士，以及来自意大利生命科学研究所的科学家，对玉米幼苗叶片的细胞分裂区域进行了转录组研究。科学家们能够把一组RNA分子与外部特征联系起来，在生长过程中这些特征直到生长过程后期才表达，如最终的叶大小和生物量的产生。

这方面的知识，将让育种学家在未来的植物育种过程中做出更具体的选择。这项研究成果发表于九月十一日的《Genome Biology》杂志上。

更多的粮食需求
在世界范围内，农业面临着巨大的挑战。虽然联合国已经预测，到2050年粮食生产将必须增加70%，才能养活世界人口，但是，由于气候变化和更环保促耕法的需求，生产水平处于压力之下。植物育种、土壤管理和耕作方法的创新策略，将需要实现农业生产力的必要水平，同时不会进一步破坏宝贵的自然生态系统。

VIB/UGent的科学家Dirk INZé指出：“我们是调查‘植物生长和植株大小的决定机制’的世界领先者。这些新的见解，将有助于我们加快植物育种的进程。从长远来看，育种学家将能够在非常早期的阶段选择最有用的植株，这将大大加快育种计划。”

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Genetic properties of the MAGIC maize population: a new platform for high definition QTL mapping in Zea mays
Abstract
Background
Maize (Zea mays) is a globally produced crop with broad genetic and phenotypic variation. New tools that improve our understanding of the genetic basis of quantitative traits are needed to guide predictive crop breeding. We have produced the first balanced multi-parental population in maize, a tool that provides high diversity and dense recombination events to allow routine quantitative trait loci (QTL) mapping in maize.

Results
We produced 1,636 MAGIC maize recombinant inbred lines derived from eight genetically diverse founder lines. The characterization of 529 MAGIC maize lines shows that the population is a balanced, evenly differentiated mosaic of the eight founders, with mapping power and resolution strengthened by high minor allele frequencies and a fast decay of linkage disequilibrium. We show how MAGIC maize may find strong candidate genes by incorporating genome sequencing and transcriptomics data. We discuss three QTL for grain yield and three for flowering time, reporting candidate genes. Power simulations show that subsets of MAGIC maize might achieve high-power and high-definition QTL mapping.

Conclusions
We demonstrate MAGIC maize’s value in identifying the genetic bases of complex traits of agronomic relevance. The design of MAGIC maize allows the accumulation of sequencing and transcriptomics layers to guide the identification of candidate genes for a number of maize traits at different developmental stages. The characterization of the full MAGIC maize population will lead to higher power and definition in QTL mapping, and lay the basis for improved understanding of maize phenotypes, heterosis included. MAGIC maize is available to researchers.