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李家洋:未来大米可个性化定制,不再只是主食

发布时间:2017-12-03 阅读:

  李嘉阳:大米的未来可以定制,不再只是主食 - 新闻 - 科学网

  今后,富含特定营养成分的有色大米和功能性大米将离开实验室摆上桌面,让人们在色彩,形状,质量,营养等方面满足大米的个性化需求,提高人们的生活水平和健康水平。

  近十年来,我国水稻育种技术取得了较快的发展,育种人员从传统经验育种转变为高效育种。在“中国实验室”的第二季度,中国科学院遗传与发育生物学研究所李佳洋院士向盛兴新闻(www.thepaper.cn)的记者介绍了分子设计育种技术的广泛应用将来可以适应当地的条件基因设计培养适合不同人群需要的产品,为主食以外的水稻增加营养的特性。

  李家洋认为,水稻的个性化育种是未来趋势。它的快速发展得益于中国广阔的疆域和丰富多变的地理条件,为研究和生产创造了有利的条件。同时,科学技术的发展也大大加快了新品种的建设。三十年来,中国的水稻基础研究经历了从学习到国际先进水平,与时俱进,走向世界的三个发展阶段,这是中国科学发展的一个缩影。未来,其他作物育种甚至生物育种将重现这一进程,并逐渐走向世界的前沿。

  从经验育种到精准育种

  新闻动态:分子设计育种研究如何进行,以提高稻米品质?

  李家洋:水稻和其他农作物一样,有一些重要的基因控制着重要的农艺性状。基因是控制产量,品质,抗性和特殊营养价值的主要因素。你需要了解这些控制基因的作用机制,事先设计好,就像我们手机一样,把重要的部分结合起来,让产品满足不同的人的需求,对我们的农产品也是一样。基因是相似的部分,你知道这些基因的作用和机制,通过结合不同的基因,你可以得到你想要的和谐的品种,这就是所谓的设计育种,这个设计不仅是产量的品质,还包括适应土地条件,气候变化,当地的生物条件,如病虫害条件,使一些最佳的组合,以获得您正在寻找的最佳状态。

  汹涌的消息:中国水稻研究已经引领世界多年,与之前应用的超级稻等育种技术相比,分子设计和育种有什么不同?

  李家洋:我们都为共同的目标而努力,但我们所采取的方式是不同的,基础是不同的。育种在过去是一门艺术。它不知道哪个基因控制哪个特征。这取决于经验,最终结果显示哪些基因组是好的。这个过程很长。从分子水平上了解水稻的高产,优质和抗性近十几年来只有突飞猛进的发展。新一代的分子育种者知道每种材料中的哪些基因控制着什么样的特性,材料的品种是什么基因,然后我们有意识地明确地选择它们进行杂交,很早就确定了高通量的选择分析可以选择数百个目标基因,挑选后放置在地上,然后观察鉴定,以验证它们是否高产,质量好,是否不抗病,是不是你最喜欢的香味等等。

  过去是被动地或者运气的。这是一门艺术。现在就是事先了解蓝图,然后按照我们的意愿来设计。这是科学进步的结果。

  遗传操作是非转基因的

  汹涌的消息:说到作物的基因操作,不禁想起有争议的转基因的话题,分子设计,育种和转基因的区别呢?

  李佳阳:转基因钥匙是一个字变。所有的生物都是基因的,这是第一个。其次,基因改造和正常育种正在操纵基因,但为什么不呢?转基因是指将外源基因放入如稻,我可能是小麦,玉米,它可能是一些细菌,甚至动物基因通过特殊的无性别方式进入大米,让它工作,这个过程叫做GMO。我们对大米本身进行基因研究。它不存在。它本身就是大米。我们只对基因做一些改变或改变。这种修改或改变不涉及将基因移到外面。

  主食的未来转化为营养

  汹涌消息:根据水稻育种的不同需求是分子设计育种的优势之一,听说您正在研究针对水稻品种的糖尿病,该技术的未来前途如何?

  李家洋:一般来说,育种者希望拥有大面积,高产的品种。很难做出特殊的小品种。但是,如果我们知道这个控制特殊功能的基因,并了解其作用机制,就可以轻松地培育出一些特殊的品种,实现个性化的定制育种。比如说糖尿病人,就有一个国际标准,就是一个人每天吃20克抗性淀粉对糖尿病患者是非常有益的,血糖更适中。因此,我们计划在水稻中培育含有10%以上抗性淀粉的水稻。你每天吃的米饭中有20克抗性淀粉,这对你的病人是好的。

  例如,儿童发育和发育缺锌,就会培育出一些高锌的水稻品种,这对锌缺乏症的儿童发育可能是非常重要的。另一个例子是金黄色的大米,它富含胡萝卜素,维生素A可以转化。缺乏维生素A会导致失明和免疫力差。原来的黄金米饭,我们争议比较大,因为是用GMO做的,我们很担心。它产生的原料大量生产在胡萝卜或西红柿,而不是在水稻生产。但在大米本身呢?是的,它不是在稻谷里,主要在叶子里。那可以是一些分子设计思路,改变基因的表达方式和强度,让它产生大量的大米,这样就可以解决一些早期失明的问题。铁缺乏是一样的,我们有很多人缺铁,还可以培养一些高铁米饭,然后你可以定制。虽然栽培品种消耗较少,但只要满足这些特殊人群的需求即可。

  分子设计育种是未来的技术。现在大家都在努力做一些根据大众需求定制的大米。例如,可以使用具有良好口感和长粒的米饭。大米有几个技术指标,其中直链淀粉含量是多少,糊化温度是多少,长宽比是多少等等,现在已经开始推广这些大米了。将来,当所有的特征和基因都被清楚地理解时,就有可能产生更好的东西来满足所有人的需求,并且生产得很好。

  汹涌消息:个性化定制大米价格将高企?消费者什么时候能看到市场?

  李佳杨:一般大概七八年,因为会通过一步一步的批准新品种的程序,批准生产。一般来说,新产品的价格会更高。事实上,市场上有一些可供糖尿病患者使用的大米。产量仍然可以接受,但质量和效果还可以进一步提高。另一方面,我们需要整合其他一些优点,需要综合整治。价格要高一些,但要等到整个技术体系建立之后,价格应该是比较合理的。

  技术有助于找到最佳的设计

  汹涌的消息:未来分子设计育种研究,信息科学技术起了很大的作用?

  李家洋:我刚才说的听起来很简单,实际上非常复杂,信息量很大。没有超级计算机,就没有大数据要做。目前,水稻中大约有4万个编码蛋白质的基因。有很多基因不编码蛋白质。由于不同的生长环境,每个遗传差异可能导致不同的农艺性状,导致不同的产量和质量。没有一个基因是一个差异,一个基因可能有数百种不同的方式来改变,而多个基因也可以有不同的组合,所以尽管世界上有这么多的科学家在做,总有一个新的发现。

  现在公共科学家或企业是不是正在按照自己的意愿努力设计育种和培育品种,这个方向的进展会比我们预想的要快。现在人类的技术发展极大地加速了新品种的建立。

  水稻研究是中国科学发展的一个缩影

  汹涌的新闻:近年来,中国在水稻基因组学领域取得了突出的成绩。在过去的五年中,“细胞”,“自然”,“科学”等顶级学术刊物上发表的水稻基因文章中有40%来自中国科学家。科学发展的意义何在?

  李家洋:我认为水稻是我国作物育种的一个例子,甚至整个生物育种。水稻的发展经历了三个阶段:上个世纪90年代,我们繁殖得很好,成千上万的育种人员经过人工选育,但水稻的基础研究却​​达到了国际先进水平。到20世纪90年代后期,我们的一些领域已经走到了世界的前列,更多的还在与世界其他地方学习。但是,在过去的十年里,我们在很多领域都处于国际领先地位,我们为此感到自豪。我认为这是中国科学发展的一个缩影。未来的许多任务,如小麦,玉米,油菜籽和大豆,将再现这样一个过程。特别是一些大型动物的繁殖可能更多地重现这一过程。

  大米有很多优点。它具有较小的基因组,较大的育种系数,易于被用作各种研究的材料。另外,中国地域广阔,东西,南北跨度大,环境多样。环境温度高,温度低。例如在冬天,北方很多地方都不能繁殖,但是中国有海南岛,大量的地方,你可以去海南岛,然后四季分两季。但在许多国家,这些很难做到。其他作物也一样。棉花,玉米,小麦,油菜籽,大豆和其他各种蔬菜。我认为,随着水稻研究的发展,将逐渐成为世界研究的领导者。

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