發(fā)布時間：2022-01-17 00:57

　　培育優(yōu)良高抗藥用植物新品種是保障優(yōu)質藥材生產的前提,運用現(xiàn)代分子生物學和遺傳學技術的分子育種省時省力,能夠實現(xiàn)快速精準育種。該文從遺傳背景和育種目標等方面比較了藥用植物與農作物育種特性的差異,總結了藥用植物分子育種的策略,重點闡述了以高通量測序技術和目標基因挖掘為基礎的四階式育種。針對藥用植物分子育種的發(fā)展現(xiàn)狀以及面臨的問題,提出當前技術條件下藥用植物分子育種的最優(yōu)技術途徑是四階式育種,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,首先針對生產實際需求制定育種目標,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的基因被克隆,如果沒有相關基因被克隆,則查找黃花蒿種內種質資源,如在提高青蒿素含量的育種目標下,查找黃花蒿種質資源中青蒿素含量較高的資源,這些資源在生產上沒有往往沒有廣泛利用,主要原因是除了育種目標性狀具有一定的優(yōu)勢外,還存在其他明顯的缺點,如生物量不夠大,篩選到相應種植資源后,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中,該過程中可以開發(fā)與目標性狀緊密連鎖的分子標記,輔助單株的選擇,加快育種過程;如果在種內種質資源中沒有相關性狀的信息,則需要通過分子遺傳學的手段,在物種內研究相關性狀基因或篩選相關種質資源,直至達到上述條件之一,才能突破分子育種的瓶頸;如果有目標性狀相關基因被克隆,且該基因來源于育種目標物種,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而提高黃花蒿生物量的基因,則可以使用轉基因/遺傳修飾技術進行育種,也可以使用如上所述的分子標記輔助選擇育種,有目標基因信息,開發(fā)分子標記的過程會更加簡單高效;如果目標性狀相關的基因不是來自育種的物種,則可以通過實驗驗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基因/遺傳修飾來實現(xiàn)育種目標。3 藥用植物分子育種發(fā)展方向

基因編輯技術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行組合,不能創(chuàng)制出新的基因,人工誘導突變能夠創(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)展的基因編輯技術克服了這些缺點,能夠定向的產生新的突變,創(chuàng)造出新的基因和表型。經過不斷的發(fā)展,基因編輯技術在改造基因功能上的形式越來越多(圖3),基因編輯技術可以在基因的特定位置隨機產生小的插入/缺失,在蛋白質翻譯過程中產生移碼,不能正確形成蛋白質(圖3A);在特定位置進行堿基替換,從而改變功能蛋白的特定氨基酸,產生更高效的酶(圖3B);在啟動子區(qū)域進行編輯,可以該表基因的表達模式,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。很多結構相近的化合物具有相同的前體,經過不同途徑產生不同次生代謝物(圖3F)。人類育種的目標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物向其他代謝途徑流失,也能在一定程度提高目標代謝物的含量。

【參考文獻】：
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