林木遗传育种研究进展

林木遗传育种是研究森林遗传和林木良种选育理论与技术的科学。其因林木地理变异规律研究而萌芽,伴随着遗传学基本理论体系形成完成奠基,在不断推动遗传改良以满足人工林高效培育的良种急需中实现林木遗传育种现代理论和技术体系构建,并在进入21世纪之后开启了分子设计育种的深入发展阶段。经过近两个世纪的创新发展,林木遗传育种形成了一个适合树木生物学特点、遗传基础研究与育种创新应用紧密结合并协同发展的学科体系。其中,基于轮回选择不断推进以选择、交配、遗传测定为核心的育种循环,完成更高轮次的基本群体、育种群体、选择群体和生产群体建设,是可持续遗传改良的根本所在。在此基础上,或通过远缘杂交选育杂种优势突出的林木品种;或基于有性多倍体化开展多倍体育种,综合利用杂种优势和倍性优势,实现林木多目标性状改良;或采用转基因和基因编辑等分子育种技术,进一步改良已有林木品种或优异种质等。而林木良种生产仍然依赖传统的种子园制种和无性系制种,其中体胚发生技术实用化将是进一步实现种子繁殖树种遗传改良水平提升的有效途径。推动林木育种理论和技术创新,提高育种效率和效果,选育产量更高、品质更优、抗逆性更强、适应性更广的林木良种并应用于生产,保证用更少的人工林面积生产更多的木材及林产品,以减少对天然林的依赖,林木遗传育种在未来将发挥更大的作用。     

新世纪中国林木遗传育种发展战略

从中国生态公益林、商品林、经济林等建设对优质、高产、抗性、稳定林木新品种需求的紧迫性出发,分析了我国林木遗传育种工作 的现状,提出以基因工程为主体的生物技术、“种子卫星”航天搭载育种、常规育种和林木种质资源保存等４个方面的工作,是新世纪中国林木育种技术需求的重点内容,也是为西部地区生态环境建设、速生丰度林建设、经济林良种基地建设提供优良新品种的基础和关键。     

教育部-江苏省共建重点开放实验室——林木遗传与生物技术重点实验室

南京林业大学林木遗传与生物技术重点实验室,前身为1955年由我国著名的林木育种学家叶培忠教授在国内首先组建的林木遗传育种教研室。1985年更名为“林木遗传育种研究所”。1933年以林木遗传育种研究所为基础,组建“林木遗传和基因工程重点实验室”,1995年被国家林业部遴选为“林木遗传和基因工程林业部重点实验室”。     

林木遗传育种实验课教学改革的探索与实践

林木遗传育种是林学专业重要的专业基础课,如何改革使之适应经济社会对林学人才的理论与动手能力培养的需求,在对林木遗传育种实验教学存在问题分析的基础上,针对过去重理论、轻实践的实验教学方式,进行改革,初步形成了以学生为中心和分层次实验教学的模式,创新了实验教学新方法和现代教育技术在林木遗传育种实验中的运用。实践证明,对于培养林学学生的学习兴趣,提高学生分析问题、解决问题的能力起到了积极的作用。     

福建省林木遗传育种学科发展研究报告

该文阐述了国内外林木遗传育种学科发展的现状,分析了国内外林木遗传育种学科发展的趋势、面临的挑战,以及我国林木遗传育种学科的发展思路和目标、战略任务、关键技术和战略对策,阐述了福建省林木遗传育种研究的现状、面临的新形势,以及战略对策.     

森林遗传管理的现代基础理论与技术——林木遗传育种学

林木遗传育种学是以现代生物科学、现代林学及有关自然科学的成就为基础的一门应用科学,是森林遗传学的重要基础。森林遗传学的研究提供了树木个体或群体遗传特性的信息,确定树木之间或树种之间的遗传关系,为森林资源的保存、开发和利用提供理论基础。林木育种是营林技术的组成部分,其目的是为了提高和维护森林的生产力、再生能力和生物多样性。在国土生态环境建设和林业产业体系建设中,对森林或林木的遗传性进行有效的管理、控制和改造,是促进林业高效和可持续发展的重要技术措施。     

分子标记辅助选择的优越性

作物育种就是不断发掘创造变异并选择固定优良变异。常规育种是根据表型进行选择，不仅选择效率低，易受环境影响，且易使品种的遗传基础单一化，培育突破性品种的难度加大。分子标记辅助选择(Molecular—marker assisted Selection，MAS)是依据与目标基因紧密连锁的分子标记对目标性状进行间接选择，实现了从表现型选择到基因型选择的根本转变，从而在作物育种中显示出了其独特的优越性，     

果树分子育种研究进展

我国是果树产业第一大国,具有丰富的果树品种资源。随着市场需求和自然环境的变化,我国果树产业中出现了一些新问题和新需求亟待解决。深入研究和系统分析我国果树育种现状,并探讨未来发展方向十分必要。转基因技术、分子标记技术等分子育种技术具有周期短、效率高、定向育种精确度高等优点,将其应用于果树育种可以改良果品品质并增强产业竞争力,是现代果树改良育种研究的重要手段。结合我国果树产业现阶段存在的品种单一、品质下降、病虫害危害增加等实际问题,从改善果实色泽、果型、大小、风味、质地、香味、功能物质等果实品质相关性状,以及提高抗干旱、低温、高温等非生物胁迫和抗病虫害等生物胁迫能力出发,综述了现代分子生物学技术在果树育种中的应用进展、不足以及发展建议,认为我国果树分子育种应该以满足不同人群和不同用途需求为基础,培育多样化、个性化的品种;以优质绿色安全为发展方向,培育抗性好、适合省力化栽培的品种;要充分利用果树全基因组丰富的遗传信息资源,在基因组或系统水平上全面分析基因功能,以揭示果树生长发育、环境应答互作分子网络、代谢等分子机制,为果树定向育种奠定基础;同时应综合运用现代生物学等各种先进技术,提升育种效率,逐步缩短培育新品种的周期。     

世界林木遗传改良研究述评：《Silvae Genetica》近20年的论…

通过对德国《Ｓｉｌｖａｅ Ｇｅｎｅｔｉｅａ》杂志１９７１～１９９０年近２０年发表论文的系统分析，从研究内容、研究树种、主要研究国家和地区、论文作者等方面对世界林木遗传改良研究动态进行全面综述。当代世界林木遗传改良研究的主要特点表现在：研究内容全面深入；研究方法和手段不断改良；各国研究水平参差不齐。作者针对我国林木遗传改良研究现状，提出具体建议。     

烟草抗病基因源的利用与抗病育种策略

抗源选择是抗病育种的关键。野生和种间抗源的利用是目前和今后较长时间内烟草抗病育种的重要途径。体细胞杂交和体细胞无性系变异不仅丰富了烟草抗源的变异来源,而且使这些抗源易于操作和利用。配子体单克隆系变异与加倍单倍体的产生程序,以单倍体作为育种选择单位的技术,不仅选育出了含有新的抗病种质的品种(系),而且改进了抗病育种方法、并改变了抗病育种策略。新的抗病基因变异源的利用,对抗病性和产量、品质性状的同时改良,是今后烟草抗病育种必须达到的目标。     

林木分子育种研究的基因组学信息资源述评

分子育种是指利用与性状相关的DNA标记进行选育,也称标记辅助选择或标记辅助育种,广义上还包括基因工程育种和基因组学辅助育种。林木分子育种为早期选择和加速育种提供了极具潜力的高效手段。笔者对林木分子育种研究的基因组学信息资源进行了进展综述和前景展望。近30年来,林木分子标记技术从早期的低通量方法发展到目前基于微阵列芯片和新一代测序的高通量技术,如测序分型、转录组测序、重测序、扩增子测序和外显子组测序等,并广泛用于连锁作图、关联分析和基因组选择等林木性状相关的DNA变异检测研究。随着2006年毛果杨基因组序列的发表,已有50余个树种完成了基因组测序。基于连锁作图和关联研究检测了林木10余个属生长、材性和抗逆及非木质产品品质等性状相关的大量基因组位点,主要趋势表现为：① 表型广泛,涵盖经济性状、生理指标和代谢成分等;②标记数量成千上万甚至上百万,覆盖全基因组;③转录组和降解组等多组学的分子变异开始应用;④ 利用大群体以提高位点检测的精度;⑤ 重视环境的影响,大田试验设置多个地点,解析QTL与环境、年份的互作效应;⑥ 结合参考基因组序列和/或转录组差异表达基因进一步挖掘性状相关的候选基因,建立了桉属、松属和云杉属等主要造林树种的基因组选择模型。此外,积累了泛基因组、相关软件和算法、功能基因、基因组编辑技术及网站和数据库等其他信息资源。林木分子育种面临的挑战主要包括：① 如何获得稳定性好的性状相关基因组位点和基因组选择（GS）模型;② 缺乏自动化、无损和高通量的表型测定技术;③对大基因组的针叶树和一些多倍体树种,仍难获得高质量的基因组序列;④ 标记辅助选择增加了常规育种之外的费用,且存在不确定性;⑤多数树种的加速育种仍较困难。后基因组时代的林木分子育种将有效结合到常规育种程序中,显著促进遗传增益的提高。     

林木与病原菌分子互作机制研究进展

近年来林木与病原菌互作的分子机制研究成果丰硕,尤其是HIGS与CRISPR/Cas9等技术的发展,促进了林木病原菌关键致病基因的功能、病原菌基因组与转录组学、病原菌效应蛋白、林木抗病基因功能、林木抗病与生长平衡、林木抗病分子育种等多个层面研究的快速发展。从植物-病原菌分子互作的基本问题出发,综述了国内外林木-病原菌分子互作机制研究的进展与热点,包括病原菌侵入过程的信号网络及功能、病原菌活性氧解毒机制及效应蛋白的多种作用机制、林木与病原菌的组学研究进展、林木关键防御机制、林木与内生真菌及外生真菌互作机制等。基于目前的研究进展,对未来林木-病原菌分子互作的发展趋势进行了展望,“Zigzag”理论、“诱饵”假说这些新理论,高效的测序技术及分子操作等新技术, 效应蛋白及免疫受体互作等新方向的出现也预示着林木-病原菌互作研究开始迈入新的阶段。     

林木改良中育种群的概念应用和发展

育种群是组成整个育种群体的多个亚群体,其意义相当于农作物育种的近交系。在美国的一些林木育种项目中,育种群已用来控制种子园的近交、捕获最大的遗传增益的有效措施。育种群的建立不会改变各群内的育种值,但每个育种群内的遗传变异会随近交系数的增加而增加,这为我们在群内选优提供了更大的选择余地。此外,建立育种群只增加一些档案记录工作,并不增加野外工作量。     

DNA分子标记在不结球白菜遗传育种中的应用进展

概述了分子标记的分类和特点,以及在不结球白菜遗传多样性分析、遗传图谱构建、数量性状座位(quantitative trait locus,QTLs)定位和分子标记辅助育种等领域中的最新研究进展.总结了目前分子标记在不结球白菜遗传改良和辅助育种中存在的若干问题,并对该研究领域提出了一些展望和建议.     

我国桉树遗传育种研究进展

桃金娘科(Myrtaceae)桉属(Eucalyptus)、杯果木属(Angophora)和伞房属(Corymbia)树种统称桉树,引入我国已有130余年的历史,是重要的工业用材林树种。我国桉树遗传育种研究始于20世纪60年代的种子园建设和70年代后期的种源试验,一些技术显著促进了其进程,主要有:①早期的种子园技术促进了无性繁殖困难树种的有性扩繁;②20世纪90年代兴起的扦插和组织培养技术推动了优良无性系选育与应用;③20世纪90年代末分子标记技术开启了我国桉树分子育种研究的新纪元;④21世纪初转基因技术为品种创制提供了崭新的手段;⑤刚尝试的基因组编辑技术展现了巨大的应用潜力。桉树育种策略和种质资源是其遗传育种研究的基础,已对一些树种制定了育种策略和育种计划,兼顾纯种内轮回选择和杂种无性系的选育,主要经济性状包括材积生长、木材密度、抗病虫和抗风等;累计已收集了近200个树种3 000余个家系的种质资源。我国桉树遗传育种研究已取得显著进展,主要包括:①几个主要树种的轮回选择和世代改良,仅尾叶桉(E. urophylla)进入了第3个世代;②杂交育种的成效显著,培育了目前仍主栽的DH32-29和DH33-27等优良杂种无性系;③无性系育种结合无性繁殖技术(尤其是组织培养)的研发,极大地推动了无性系林业的发展;④开发了多种分子标记,包括基于新一代测序技术的标记,并基于分子标记利用连锁作图和关联分析的方法,在尾叶桉等6个树种中检测了与生长、材性和/或抗逆等性状相关的基因组位点;⑤已对逆境响应、激素和木材形成等相关的功能基因进行了克隆和表达分析,一些功能基因显示了较好的育种应用潜力;⑥已优化遗传转化体系,获得了转基因植株,并尝试了基因组编辑的可行性。但是,我国桉树遗传育种研究仍面临诸多挑战,如基因型×环境互作的复杂性和高质量基因组/泛基因组的缺乏,种质资源流失,新无性系缺乏,尚待从头克隆和鉴定具有育种价值的优异基因,基因组选择实用性有待探索,遗传转化率需进一步提高等。桉树遗传育种研究对促进我国林业生产的意义是显著的,将有望在高世代改良、种质资源的长期评价、杂种优势的机制与利用、基因组选择的有效应用和转基因与基因组编辑技术等方面取得突破。     

我国经济林研究主要进展及有待突破的关键技术

经济林是我国森林资源的重要组成部分,具有较好的生态、经济和社会效益,在促进农村经济发展和山区农民增收中发挥着重要作用。笔者在全面介绍我国经济林产业发展现状的基础上,从经济林种质资源收集与利用、良种选育、丰产栽培机理机制和经济林产品加工利用等方面综述各领域的主要研究进展。提出基因编辑与分子设计育种技术、利用微生物培肥地力新技术、智慧林业理论与技术、提高抵御非生物胁迫能力技术、优化光合作用提高光能利用率新技术,以及经济林高附加值产品研发技术是未来经济林研究有待实现突破的关键技术。