玉来转基因育种简介

玉米转基因育种简介爱普鑫科技（北京）有限公司徐亮2017-07-23一二三转基因的基本概念转基因研发流程转基因技术的重要意义四转基因检测技术报告内容五转基因性状的整合育种中地种业转基因研发进展六1990年代以来，三大主粮作物只有玉米的产量能保持快速增长。为什么？1960s，矮杆引发的绿色革命转基因技术的重要意义一1956-1995，斜率k=1.86，杂种优势利用；1996-2012，斜率k=2.03，转基因玉米商业化应用。美国玉米产量历史数据隐藏的秘密转基因技术的重要意义一相比传统品种，抗除草剂作物产量增加9%，抗虫作物产量增加25%；选择转基因作物，使农民收入增加69%(Economist,2014)。转基因技术的重要意义一转基因作物面积最大五国：美国、巴西、阿根廷、印度、加拿大。1996年，转基因大豆、转基因玉米开始在美国种植。20年间，转基因作物发展到28个国家，种植面积1.8亿公顷(27亿亩)。转基因作物的大规模应用，引起生产模式大变革。转基因技术的重要意义一抗除草剂转基因大豆的应用，使生产成本大大降低、种植面积激增。美国、巴西、阿根廷大豆的国际竞争优势突出，是中国大豆进口的主要来源。百万公顷大豆种植面积转基因技术的重要意义一目前，已获得审批的Events共406个()已商业化使用的生物技术性状包括：抗虫InsectResistance,205events抗除草剂HerbicideTolerance,162events品质改良ModifiedProductQuality,83events授粉控制系统Pollinationcontrolsystem,29events抗病性DiseaseResistance,28events耐逆AbioticStressTolerance,8events生长/产量调节AlteredGrowth/Yield,3events(部分events为多个性状累加)转基因技术的重要意义一转基因产品的市值为250亿美元!占全球种子市场52%。转基因性状基本概念二遗传修饰生物体(GeneticallyModifiedOrganism,GMO)或称转基因生物体，是指经过生物技术改造产生的生物体。转基因性状，就是由于整合和表达外源基因产生的新性状。遗传性状，即生物体本身遗传物质控制的性状。Cry植物转基因步骤靶基因获取靶基因载体构建

遗传转化转基因载体设计骨架结构表达单元(promoter,GOI,terminator)筛选标记(Selectablemarker)Marker-freesystem转基因性状基本概念二基因枪(particlegun),农杆菌介导法(Agrobacterium-mediated)遗传转化方法转基因性状基本概念二农杆菌介导法(Agrobacterium-mediated)遗传转化方法转基因性状基本概念二基因枪或农杆菌介导的遗传转化，都是随机整合到基因组中。转基因事件(Event)，就是指从一个成功地导入外源基因的细胞长出来的植株。每个转基因亊件的插入位点都不同。随机整合Event1Event2Event3转基因性状基本概念二转基因性状研发流程三基因挖掘概念验证前期开发后期开发启动商业化1-5年1-2年2-4年5-6年1-2年Research预研Development产品开发(1)候选基因挖掘：人工设计或自然资源筛选(2)项目组组建：组织实施项目，协调管理(3)载体设计：(4)载体构建、克隆及测序：cloningteam,sequencingteam(5)载体质控：QCteam(6)遗传转化：transformationteam(7)转基因鉴定：MQCteam(8)温室栽培：Greenhouseteam(9)性状鉴定分析：Traitanalyticteam初步验证的产品转基因性状研发流程三特点:较多目标基因，较少转基因亊件第I阶段基因挖掘，概念验证前期开发R0R1R2R3R4R5拷贝数、实时PCR捕获测序反向PCR、Southern杂交R6分子标记特异性目标性状表现田间表现测试综合分析评估1000events500events200events50events10events2events(1正选1备用)分子检测评估田间表型评估转基因性状研发流程三第II阶段转基因事件的分子评估T-DNARBLBGenome分子检测评估指标：是否带有细菌骨架序列残留是否敲除了内源基因表达元件是否完整插入区域是否发生重组插入区域是否有大的DNA缺失转基因序列是否发生变异是否插入到单拷贝区域转基因性状研发流程三转基因性状研发流程三抗虫基因筛选的表型鉴定人工饲料喂养Bt蛋白混合饲料喂养转基因叶片喂养叶片培养皿中喂养转基因植株在生长箱中饲养生长周期实验转基因大田实验大自然昆虫压力实验g转基因性状研发流程三Phase1，测试5组45种不同construct进行遗传转化，筛选转化植株转基因性状研发流程三大规模筛选结果较理想，从中选择最好的一组(第5组)第5组4个construct产生的121个转化事件进入Phase2转基因性状研发流程三R0R1R2实时PCR测定LB拷贝数121个events71events17events捕获测序分子评估实时PCR测定拷贝数、基因表达、其他元件拷贝数田间效验测试多代测试2个Events进入整合育种及政府监管Phase2Construct的分子评估转基因性状研发流程三转基因性状研发流程三转基因性状研发流程三第III阶段

商业化前准备和为政府审批提供数据回交整合大田测试一系列新组合2events(1正选1备用)FDA/USDA/EPA联合评估各国家进口许可ApprovalPhase4,启动商业化四商业化准备整合育种为政府审批提供数据转基因性状的整合育种F1自交系A2Events(1正选1备用)××自交系ABC1×自交系ABC2×自交系AMAS(转基因标记、背景标记)BC4指纹图谱分析性状整合育种的必要性：只用一个组培特性好的材料转化系；转化系往往农艺性状差；去除组培过程产生的变异；需把转基因导入不同生态类型的种质。四转基因性状的整合育种四转基因性状的整合育种100个自交系2Events(1正选1备用)×回交5个+转基因自交系5个自交系×回交100个+转基因自交系其他Event转基因回交系×多转基因聚合产品分子标记选择多性状整合次生回交原始回交分子辅助选择回交，加快转基因性状整合FasterDevelopmentHigherQualityDatafrom500projectsinMonsantoFasterconversionsSave1-2yearsofbackcrossingHighersuccessrate95%agronomicequivalencyReduceddonorDNAaroundgeneofinterestGOIRPAllelesDonorAllelesTargetedOpportunisticTraditional*2.4cM11.7cM53.5cM*=assumingnoselection,BC3withrandomgenelocationand1.66Mlength(Stam&Zeven,1981)四转基因性状的整合育种育种累加Breedingstacking父母本转基因的分配？如何通过杂交聚合多个基因？父系C抗虫2、抗病×多个转基因性状新品种母系A抗除草剂、抗虫1四转基因性状的整合育种4个event、六个基因鞘趐目鳞趐目昆虫转基因检测技术五转基因检测技术市场监管产品研发转基因检测技术转基因检测分子标记的类型标记类型用途市场监管产品开发普通PCR√实时荧光PCR√√荧光基因元素标记√√荧光事件特异性标记√荧光杂合性标记√五转基因检测技术特点:主要用于定性低通量不能满足育种需求普通PCR检测五实时荧光PCR检测转基因检测技术特点:测定转基因的拷贝数必须有内参基因同时进行误差相对较大五转基因检测技术实时荧光PCR标准图五转基因检测技术终点荧光基因元素和事件检测特点:用于定性检测需有内控扩增子以便获得准确数据亊件特异性标记五终点荧光杂合性检测特点:用于基因型检测，回交后自交后代检测必须有插入点的全信息杂合性标记转基因检测技术五农业部转基因农作物检测标准转基因检测技术五MON810CBMONMON89034RWMONMON87460DroughtMONMON88017Cry3Bb1MONMON863Cry3Bb1MONNK603CP4MONGA21EPSPSMONLY038LysineMONBt11CryIAbSYN3272PATSYN5307InsectsSYNMIR604Cry3ASYNMIR162Vip3Aa20SYNTC1507Cry1FDAST25LLDAS主要商品化转基因玉米事件转基因检测技术五中地种业转基因产品研发进展-短期目标六抗虫玉米抗除草剂玉米抗虫抗除草剂玉米2019年2020年×母本系B母本系AF2DH0DH系×测交种5个DH系×父本系A,B,C…新杂交组合自交系1Events××诱导系1年多点测试3年多点测试择优杂交BC1BCnF1×自交系新杂交组合+转基因性状