农业基因组学重点实验室简介

1. 建设背景

农业是人类生存和发展的根基。在我国，由于人均资源少、灾害气候多，粮食安全缺乏长期有效的保障。目前我国作物传统育种处于“爬坡”阶段，短期内培育出突破性品种的难度越来越大。虽然过去常规育种对农业贡献巨大，但却面临育种材料的遗传基础非常狭窄，产量、品质和抗逆性等多基因控制的数量性状改良难度大，育种周期长，选择效率低等问题的困扰，分子辅助育种技术虽然已经得到了一定的发展，但仍主要处于实验室研究阶段，与实际生产相脱节。育种技术的落后使得我国种子产业在国际竞争中处于不利地位。孟山都公司集成了分子标记技术、转基因和常规育种技术，使玉米、大豆和棉花等大宗农作物的单产水平年均增长在 4%左右。相比较，我国主要粮食作物的单产水平增长每年不到 1%，农产品的品质也良莠不齐。近年粮食进口量不断增加，国家对国内的粮食供求及价格逐渐失去了控制权，严重威胁粮食安全。

生物的遗传性状是由基因组信息所决定，即使是遵循表观遗传学规律的性状同样是以遗传信息为基础。因此，一直以来人们都在尝试运用各种技术手段解读重要物种的遗传信息。在农业领域，以物种的基因组序列图为基准，对照其表型，系统开展比较基因组、甲基化、转录组、表达谱及小 RNA 等核酸全景式深入研究，是发现和鉴定性状基因及其多态性的最佳路线，必将导致革命性的科学发现、技术发明、产品创制、技术标准以及大量的基因专利与知识产权的产生。

（1）种质资源分析：

随着新一代测序技术的通量继续提高，在对核心种质资源进行细致分析的基础上，将可以对所有种质资源进行低丰度测序，从而全面掌握所有种质的基因型信息，绘制种质资源的全基因组指纹图谱，为后续育种提供完整的信息指导，同时可为种质资源提供分子水平的保护。

（2）源头基因克隆：

制约中国农业产业化最大的瓶颈是基因专利权被国外少数育种公司所控制。因此，必须尽快通过自主研发，发掘具有自主知识产权的基因资源，并实现产业化。而目前普遍采用的图位克隆技术因为周期长、投入大等局限性，难以在短时间内获得大量源头基因。新一代 DNA 测序技术和生物信息学分析方法为优异新基因的发掘铺平了道路。在基因组、表达组、蛋白组和表观化组等基础数据的支持下，利用生物信息学方法可以实现对重要性状相关基因的批量发掘，有望一次性获得几十个候选基因，该技术将成为抢占基因专利的强有力的武器。

（3）分子育种：

分子设计育种技术体系（Molecular Design Breeding System，MDBS）是以核心种质的全基因组序列信息为基础的崭新的育种技术体系。该技术体系在作物基因、表达、细胞层次上研究生物体（农作物品种）所有成分的网络互作行为，生长、发育过程中遗传物质对环境反应的动力学行为，了解其作用机制，以相关基因组信息数据为支持，在计算机平台 上建模、预测和验证，构建出符合育种目标的品种设计蓝图，最终结合实践培育出符合设计要求的动植物新品种。

2. 建设意义

面对我国育种新技术研发与实际生产脱节、种子产业与国际先进水平差距大，国外跨国公司垄断全球种子市场，控制粮食价格，严重威胁我国粮食安全的严峻现状，把握基因组学技术快速发展所带来的机遇，将是改变我国农业发展现状，快速赶超发达国家的重要契机。“农业基因组学国家重点实验室”的建立，将以华大全球领先的基因组学和生物信息学技术为支撑，结合“国家基因库”建设的巨大优势，开展重要农业生物的基因组测序和核心种质的大型重测序研究，构建基因组及表型信息数据库，对其中的重要性状相关基因进行全面的挖掘和保护；以丰富的基因组数据为指导，完善重要作物的分子标记系统，开发具有自主知识产权的全基因组分子育种技术，推动及引领我国乃至全球作物育种 研究的持续发展。最终，将实验室建设成为面向全球的农业生物基因组学研究、基因功能研究及保护、分子育种技术开发的开放、共享、合作平台，从而抢占未来生物育种技术的制高点，攻克制约我国种业发展的瓶颈问题，全面提升我国种子产业的国际竞争力，保障我国粮食安全。