各位同学，今天我们来聊一下分子遗传育种。以大豆为例，大豆分子遗传育种的主要工作，是基于分子遗传机制，利用分子标记辅助育种、基因工程等方式，提高大豆的产量和品质。而开展分子遗传育种的基础，是种质资源。我国是大豆的物种起源中心，也就是大豆的发源地。所以，在大豆的种质资源上，我国具有天然的优势。虽然现在美国大豆生产上有很大的优势，但是它的种质资源，很多都是来源于我国。

我国拥有丰富的大豆种质资源，通过这些资源，我们可以去寻找优质的大豆育种材料，比如拥有抗病能力的野生大豆、具有高蛋白品质的大豆等。而基因决定性状，找到拥有这些优良性状的大豆材料，我们实际就找到了调控这些优良性状的基因。但是最开始的育种方式还不能精准定位到这些基因，比如通过杂交育种的方式，把拥有优良性状的亲本进行杂交，然后根据后代的性状表现，筛选出其中表现更为优异的子代。这样的方式无法明确基因的遗传情况，只能等到子代长大以后根据性状来判断，而且杂交的过程可能要持续很多次，才能获得一个拥有多个优良性状的品种。

随着分子技术的发展，运用分子遗传学知识，可以把基础的杂交育种“升级”为分子标记辅助选择育种。通过与目标基因紧密连锁的辅助选择标记，我们能够轻松地鉴别大豆子代里面是否含有想要的目标基因，相当于给这个基因加了一个“标签”，所以只要找到含有这个“标签”的后代，它的性状表现一般就会比较好。这样就能够在苗期筛选出所需要的材料，有效地缩短育种时间。这就是分子标记辅助选择育种。

随着技术的进一步发展，基因工程技术也加入到大豆的育种手段中。基因工程育种中，基因的来源得到很大地拓宽，不光是大豆，也可以从其他植物甚至是微生物里面，寻找所需要的基因。例如想获取抗旱性状，就可以在仙人掌等耐寒的植物中寻找抗旱的基因。基因工程技术需要一个非常重要的工具，就是限制性核酸内切酶和DNA连接酶。限制性核酸内切酶就像一把“剪刀”，能把DNA切开，把目标基因从供体生物的细胞里面“剪切”出来。而且在切开的同时，它可以在被“剪切”的DNA两段形成黏性末端，在DNA连接酶的作用下，来源于不同生物的DNA就可以再连在一起，形成新的重组DNA。将重组后的DNA导入到微生物，例如大肠杆菌中，进而通过遗传转化的方式把重组DNA导入到大豆当中，最终实现对大豆性状的改良。

而现在，基因工程手段有了进一步提升，那就是基因编辑技术。不同于刚刚提到的酶切连接重组DNA，可能插入到大豆基因组的任何位置，导致性状表现出现偏差。基因编辑可以有目标性地对基因进行精准改良，例如可以通过单碱基替换的方式，通过一个碱基的改变来改善大豆的一些目标性状。这种方式与自然界原本就有的基因突变非常类似，因此不光在性状改良效率方面具有很大优势，在技术性和安全性等方面也很有优势。

分子遗传育种是一个非常有意思的专业，既可以从分子层面，也就是微观层面上，去了解基因的基础理论，并通过一些非常先进的技术来开展实践，例如通过构建重组DNA进行遗传转化；也可以从宏观层面上，通过对植物的培养，直观地观察目标性状的改良情况，例如大豆的蛋白质含量提高、大豆的产量得到提高等。

未来，分子遗传改良在农业育种中还有很多的应用，欢迎加入这个有意思的专业中来！

出品：农业农村部人力资源开发中心 中国农学会 南京农业大学 光明网

审核：孙磊（国家大豆改良中心办公室主任）

来源: 大国粮策

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