表型分析平臺建設和技術創新

我國現有小麥種質資源豐富，構建的遺傳群體數目龐大，用于表型鑒定花費的人力物力不計其數。如何快速準確地獲得小麥單株或品系的表型數據，一直是育種家和研究者面臨的困境。表型分析平臺就是新興的、可以進行種質資源表型研究和精準鑒定的大型科學裝置或設施。遺傳發育所的攻關團隊針對作物株型和穗型等三維構象，利用高分辨激光/軟射線成像系統、高精度圖像解析與重建等方法和技術，搭建了水稻、小麥等品系株型和穗型的表型分析平臺。此外，無人機搭載高清攝像機或紅外儀等，通過遙感技術實現對大范圍田間作物的表型采集工作，已在陸續開展。這些新技術、新方法的推廣應用將進一步推動種質資源的利用和品種的選育過程。

小麥功能基因組研究

當前，功能基因組學已成為目前生命科學的競爭熱點與重點發展方向。隨著人類基因組、模式動植物基因組等測序工作的相繼完成，生命科學已從整體上進入以功能基因組學研究為核心的后測序時代，世界各國對各種后測序基因組計劃高度重視。例如，歐美等發達國家和地區先后啟動了多個物種的?ENCODE?計劃和四維細胞核組學項目。但是，我國在復雜多倍體基因組及其功能基因組學領域還處于跟蹤與追趕階段。多倍體小麥參考基因組的問世，為我們提供了很好的契機。如何借鑒模式植物擬南芥和水稻功能基因組研究的成功經驗，結合小麥基因組的自身特點，開發一套適合小麥突變體的快速圖位克隆技術，應該是小麥研究人員共同面臨的一個課題。

Mut-Map?是利用野生型和突變體構建的分離群體進行測序并快速定位功能基因的成熟技術。鑒于小麥巨大基因組和昂貴的測序成本，科研人員可以同時借助轉錄組測序、捕獲測序、RNA-Seq?和重測序等多重手段幫助實現小麥功能基因的快速定位。BSR-Seq?技術就是融合集群分離分析（bulked segregant analysis，BSA）和?RNA-seq?分析，可以實現小麥基因快速定位的一種方法。

基因編輯技術

基因編輯技術是利用人工核酸酶對基因組進行靶向修飾的遺傳工程技術，是當今生命科學領域的研究熱點。遺傳發育所高彩霞團隊一直致力于作物基因組編輯方法的研究和應用。2014?年，該團隊首先利用?TALEN?技術敲除小麥?MLO?基因實現對白粉病的廣譜抗性。CRISPR/Cas9?基因編輯系統由于設計簡便及高效的特點，已經成為目前應用最為廣泛的基因編輯技術。之后，該團隊又率先在小麥、水稻和玉米三大重要農作物成功實現了單堿基編輯技術并運用到性狀改良上。此外，通過將?CRISPR/Cas9?蛋白和?gRNA?在體外組裝成核糖核蛋白復合體（RNP），再利用基因槍法進行轉化和定點編輯，該團隊已在小麥中成功建立了全程無外源?DNA?的基因組編輯體系。這種?DNA-free?的基因編輯技術具有精準、特異、簡單易行、成本低廉的優勢，并且有助于最大程度的減少監管，建立起精準、生物安全的新一代育種技術體系，加快作物基因組編輯育種產業化進程。

芯片開發及輔助育種

長期以來，局限于小麥功能基因的數量和注釋信息太少，分子輔助育種技術一直無法推廣；伴隨基因組測序和基因克隆技術的發展，相信會有越來越多的小麥功能基因被克隆和應用到分子育種實踐中。近年來，小麥?SNP?芯片的開發和應用更為普及，多個國內單位和公司合作開發的新芯片相繼推出。這些?SNP?檢測技術將為小麥全基因組關聯分析、重要基因?/QTL?連鎖定位以及育種親本及后代材料的分子檢測提供重要的技術支撐。已有文章報道，利用?Illumina Infinium iSelect 90K SNP?芯片技術結合?BSA?集群分離分析法可以實現對大規模的小麥新品系或品種中抗白粉病基因的定位。

此外，育種芯片的開發和應用極大提高了高通量篩選鑒定后代群體的效率。小麥傳統常規育種一般依靠品種間雜交，因此導致遺傳多樣性的喪失。植物細胞與染色體工程國家重點實驗室在李振聲院士的帶領下，長期致力于小麥遠緣雜交和染色體工程育種研究，成功將偃麥草的染色體組、染色體、染色體片段導入小麥，育成小偃麥八倍體、異附加系、異代換系和易位系等雜種新類型，以及“小偃?6?號”等高產、優質、廣譜抗病小麥品種。但是，小麥遠緣雜交育種研究一直以來還局限于在細胞遺傳學水平上。借助于基因組測序技術和育種芯片的開發，相信會更快地推動小麥遠緣雜交品種的選育進程。（作者：傅向東 劉倩 李振聲 張愛民 凌宏清 童依平 劉志勇 中國科學院遺傳與發育生物學研究所北京《中國科學院院刊》供稿）