培育優(yōu)良高抗藥用植物新品種是保障優(yōu)質(zhì)藥材生產(chǎn)的前提,運(yùn)用現(xiàn)代分子生物學(xué)和遺傳學(xué)技術(shù)的分子育種省時省力,能夠?qū)崿F(xiàn)快速精準(zhǔn)育種。該文從遺傳背景和育種目標(biāo)等方面比較了藥用植物與農(nóng)作物育種特性的差異,總結(jié)了藥用植物分子育種的策略,重點(diǎn)闡述了以高通量測序技術(shù)和目標(biāo)基因挖掘?yàn)榛A(chǔ)的四階式育種。針對藥用植物分子育種的發(fā)展現(xiàn)狀以及面臨的問題,提出當(dāng)前技術(shù)條件下藥用植物分子育種的最優(yōu)技術(shù)途徑是四階式育種,發(fā)展方向是基因編輯育種。 

【文章來源】：中國中藥雜志. 2020,45(11)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

圖1 分子輔助選擇育種和傳統(tǒng)育種在雜交選育(A)和系統(tǒng)選育(B)中的比較

因此作者總結(jié)出了藥用植物分子育種策略(圖2),以黃花蒿育種為例,首先針對生產(chǎn)實(shí)際需求制定育種目標(biāo),如提高青蒿素的含量,或黃花蒿的抗蟲抗病等;繼而檢索是否有與這些性狀相關(guān)的基因被克隆,如果沒有相關(guān)基因被克隆,則查找黃花蒿種內(nèi)種質(zhì)資源,如在提高青蒿素含量的育種目標(biāo)下,查找黃花蒿種質(zhì)資源中青蒿素含量較高的資源,這些資源在生產(chǎn)上沒有往往沒有廣泛利用,主要原因是除了育種目標(biāo)性狀具有一定的優(yōu)勢外,還存在其他明顯的缺點(diǎn),如生物量不夠大,篩選到相應(yīng)種植資源后,可以采用雜交育種等方式,將多種資源的優(yōu)勢性狀聚合到同一個品系當(dāng)中,該過程中可以開發(fā)與目標(biāo)性狀緊密連鎖的分子標(biāo)記,輔助單株的選擇,加快育種過程;如果在種內(nèi)種質(zhì)資源中沒有相關(guān)性狀的信息,則需要通過分子遺傳學(xué)的手段,在物種內(nèi)研究相關(guān)性狀基因或篩選相關(guān)種質(zhì)資源,直至達(dá)到上述條件之一,才能突破分子育種的瓶頸;如果有目標(biāo)性狀相關(guān)基因被克隆,且該基因來源于育種目標(biāo)物種,如在提高黃花蒿生物量育種過程中,檢索到來自黃花蒿的能夠提高葉片大小進(jìn)而提高黃花蒿生物量的基因,則可以使用轉(zhuǎn)基因/遺傳修飾技術(shù)進(jìn)行育種,也可以使用如上所述的分子標(biāo)記輔助選擇育種,有目標(biāo)基因信息,開發(fā)分子標(biāo)記的過程會更加簡單高效;如果目標(biāo)性狀相關(guān)的基因不是來自育種的物種,則可以通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在育種物種中該基因是否仍然具有功能,以決策是否可能通過轉(zhuǎn)基因/遺傳修飾來實(shí)現(xiàn)育種目標(biāo)。3 藥用植物分子育種發(fā)展方向

基因編輯技術(shù)有望在藥用植物育種中發(fā)揮巨大作用。雜交和選育只能是對已有的資源進(jìn)行組合,不能創(chuàng)制出新的基因,人工誘導(dǎo)突變能夠創(chuàng)制出新的基因,但是由于創(chuàng)造突變位置是隨機(jī)的,不能定向改造植物,也受到了一定的限制。近年來快速發(fā)展的基因編輯技術(shù)克服了這些缺點(diǎn),能夠定向的產(chǎn)生新的突變,創(chuàng)造出新的基因和表型。經(jīng)過不斷的發(fā)展,基因編輯技術(shù)在改造基因功能上的形式越來越多(圖3),基因編輯技術(shù)可以在基因的特定位置隨機(jī)產(chǎn)生小的插入/缺失,在蛋白質(zhì)翻譯過程中產(chǎn)生移碼,不能正確形成蛋白質(zhì)(圖3A);在特定位置進(jìn)行堿基替換,從而改變功能蛋白的特定氨基酸,產(chǎn)生更高效的酶(圖3B);在啟動子區(qū)域進(jìn)行編輯,可以該表基因的表達(dá)模式,從而影響表型變化(圖3C);刪除特定區(qū)段的DNA 序列,可以是單個基因,甚至也可以是整條染色體(圖3D);或是在特定未定敲入一段外源基因,實(shí)現(xiàn)全新的功能(圖3E)。這些不同的編輯模式在藥用植物的育種中都有著巨大的應(yīng)用潛力。提高藥用植物的有效成分含量是藥用植物分子育種的主要目標(biāo)之一,越來越多的藥用植物有效成分的代謝途徑被解析,這為基因編輯育種提供了理論基礎(chǔ)。很多結(jié)構(gòu)相近的化合物具有相同的前體,經(jīng)過不同途徑產(chǎn)生不同次生代謝物(圖3F)。人類育種的目標(biāo)是提高對人類健康有益的次生代謝物的含量,因此,減少合成途徑的中間產(chǎn)物向其他代謝途徑流失,也能在一定程度提高目標(biāo)代謝物的含量。

【參考文獻(xiàn)】：
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