以下文章来源于南北学苑 ，作者黎亮

      春节后在海南和几位老师一起参观了单倍体田间加倍情况，大家探讨了第三方技术服务的重要性。受此启发，今天我就如何提升我国种业的工程化育种水平和大家分享，请大家批评指正。

      1）工程化育种水平的提升是提升种业竞争力的关键

      如何提升我国的种业竞争力，是打好种业翻身仗的重要内容。根据经验，可以简单归纳为：竞争力 = 种质水平 x 工程化体系效率 x 规模 x 产品开发能力。从种质水平来看，在春播区我国现有种质水平与国际差距差距很大，其中极早熟与利马格兰、KWS等差距很大，中早熟和中熟与孟山都差距很大，中晚熟与先锋差距很大；但是在黄淮海夏播区由于我国具有唐四平头、78599以及本土改良瑞德等，所以该区域本土品种一直占领优势。从种质改良的工程化体系效率来看，我国玉米种业企业尽管数量多，但是大部分企业并不具备完整的研发能力，即使少数企业具备一定的研发能力但是竞争力不强，尚未建立高效的商业化育种技术体系，与跨国公司的差距很大。从育种规模来看，单个企业的育种规模肯定要小很多，但是从整体来看我国育种规模非常庞大，远远比国际种业公司要大，但是缺乏统一的规划和交流，如果能有效地组织起来将极具竞争力；从产品开发能力来看，本土公司熟悉生态环境与市场需求在这些方面明显比国外公司更有优势。通过上述对比，提高我国种业竞争力的关键在于构建高效的工程化育种体系，在优势区域继续保持优势水平，在劣势区域尽快提升我国种质创制水平，从而实现良种自主可控。

      在育种技术方法方面，我国总体处于2.0向3.0的转换期。估计还有很多人对作坊式育种抱有很大希望，因为过高地估计了育种材料的重要性和育种经验的重要性，认为构建几个好的育种群体，遵循好的育种经验，凭借吃苦耐劳的精神，就能选出非常好的自交系。这种想法的局限性很大，可以偶然选出一个好自交系或好的品种，但是无法确保和满足持续不断地出好品种的市场需求。我们可以凭借人多势众或者东方不亮西方亮的育种模式推动品种水平的提升。但是在外企进入我国之后就发现这种差距非常明显，因为外企是流水线操作和集团化作战，标准的工程化育种模式。

      关于工程化育种的概念这几年越来越被大家所接受。现代育种系统越来越庞大和复杂，工程化特征越来越明显，工程技术发展非常迅速。如何把这些技术有机整合到育种流程中挑战很大。因此，如何提高我国工程化育种水平，对于提升我国种业的核心竞争力至关重要。梳理一下当前的现代育种技术，对广大育种单位最亟需的是单倍体育种技术、分子育种技术和多环境测试技术，需要围绕这三个方面切实提高工程化水平，从而提高我国玉米育种的整体水平。

      2）单倍体育种逐渐成为我国玉米育种的常规形式

      单倍体育种的优越性很多，在这里不再赘述。但是这项技术的接受、推广和应用差不多经历了二十多年的时间。我硕士和博士期间主要研究单倍体育种技术，当时的愿望就是国内育种单位都能用上这个技术。到2010年前后，玉米单倍体育种在技术上已经基本不存在卡点，建立了高效的技术体系，这方面陈绍江老师团队做出了巨大的贡献，我也很荣幸作为团队成员做了一些工作。但是随后单倍体育种技术的推广并没有想象那么快。

      这里主要有三个方面的原因：1）对该技术的认识和接受有个过程，即使到现在还有一些育种家认为传统系谱育种优于单倍体技术；2）不同育种单位DH系生产的技术体系效率差异较大，成本总体较高；3）如何进行DH系的高通量评价成为新的卡点。但是近几年单倍体育种的应用规模越来越大，保守估计国内每年生产的玉米DH系数量已经超过了60万个，已经非常厉害了。我认为这除了与国家玉米产业体系、科研团队、政府部门等不断的宣传推广密不可分之外，另外一个很重要的推动原因是第三方技术服务公司的出现。之前很多小的育种公司即使想用单倍体技术，但是限于人力物力财力限制难以单独建立DH系生产体系，现在完全可以灵活地采购外包服务。现在一些大公司也在逐渐考虑停止本公司的DH系生产体系，从而转向对外采购服务。这里要非常感谢孙文涛、贺伟等人对该技术推广应用所作的贡献！

      3）全基因组选择技术推动分子育种落地应用

      前段时间在智种网公众号看到了 Stephen Smith 的报告，谈到了 PULL 和 PUSH 的育种理念深有体会。长期以来，大家都期望把控制重要农艺性状的基因都解析清楚，然后根据基因型进行选择，开展分子设计育种。但是目前来看离期望还有很大的距离，而且重要育种性状都受多个微效数量位点控制。这也是分子育种进展缓慢的原因，因为前期的分子育种以分子标记辅助选择（MAS）策略为主，但是可供育种中开展 MAS 的基因很少。全基因组选择（GS）的策略和 MAS 不一样，不需要事先进行 QTL 定位，不是针对某个位点开展选择，而是通过训练群体的基因型信息和表型信息估计每个位点的效应，从而去估计单个个体的育种值。鉴于 GS 技术的优越性，其在玉米育种中的应用非常迅速，据我所知跨国种业公司已经建立了成熟的 GS 育种技术体系，逐渐成为常规流程了。

      前面提到了 DH 系的高通量评价已经成为了单倍体育种的卡点。因为随着第三方技术服务公司的出现，越来越多的育种团队可以较为容易地获得成千上万的 DH 系，但是如何评价这些 DH 系成为新的难题。传统的评价策略是和多个测验种杂交然后在多个环境下进行测试，这种策略无疑成本非常高。而 GS 技术则为 DH 系的高通量评价提供了新的思路和策略。结合本人之前在公司的育种体会，联合多个团队提出了 GS4.0 的育种思路，去年发表在 Molecular plant 上，这为 GS 技术与 DH 育种流程进行有机整合提供了很好的落地应用解决方案。

      影响 GS 技术育种应用的两个关键卡点是芯片和成本。目前国内可能用的比较多的是北京农林的 60K 芯片，以及博瑞迪 1K 和 10K 芯片（了解不多还请大家提供更多信息）。育种家对 GS 的成本还是比较敏感，而且目前 1K 和 10K 芯片的位点数量还是偏少。经过调研发现国内缺乏一款中通量的芯片可专门用于全基因组选择，为此我们团队把这个事情作为一个研究项目，结合本人过去的 GS 育种经验，通过参考公共数据库以及我搜集整理的核心育种材料的重测序信息，并挖掘了孟山都和先锋种质的一些关键选择位点，整合了目前玉米关键农艺性状的关联选择位点，目前已经设计完成了 20K 的芯片，即将可供大家使用。

      成本无疑是育种技术流程决策的关键因素。就以 DH 技术为例，如果每个 DH 系的成本降在 15 元钱左右，我相信很少有育种家愿意开展传统的系谱育种。所以在比较传统育种与 DH 育种的优劣时关键还是成本因素的比较。而限制 GS 技术应用的另外一个关键卡点也是成本。但是，随着测序成本的大幅下降，液相芯片技术以及其他新技术的出现，基因型检测的成本下降的很快，如果每个 DH 系的基因型检测成本降低到 30 元，估计 GS 技术将很快成为常规育种技术。当然，这些成本的降低都有赖于工程化水平的提升，有赖于第三方技术服务平台的规模化操作。

      4）测试，测试和测试是玉米育种的基础保障

      Forret Troyer 是美国先锋公司一个非常重要的育种家，其所选育的3780，3732等品种为先锋公司扩大市场立下了汗马功劳。他写的很多经典文章影响深远，值得细细品读。其中他在 “Breeding widely adapted, popular maize hybrids” 中谈到了如何选育广适性的品种以超越当时的 XL45，其中有一段话是这样写的：

      “每晚睡觉前，我都在思考品种的适应性。很显然，广适性的杂交种是存在的，比如XL45。但是一个合理的问题是：如何找到它们？1966年春天的一天早晨，我一觉醒来，突然就感觉想的很清楚了，并在卧室的墙上写下了”TEST WIDELY”，我明白，这就是答案。但是，这和传统育种的依靠多年逐代测试的策略是相反的”。

      现在，多生态环境测试的理念对于玉米育种家来说不是问题了。但是，测试的成本和通量却是实实在在的限制因素。准确来说，目前国内育种单位真正基于多环境测试数据做育种决策的还不是很多。这个问题需要上上下下给予足够的关注并想办法解决。没有好的表型数据，GS 育种技术也难以有效开展起来。

      第三方技术服务平台在这种情况下也应运而生了，现在各个地方都有承担田间测试的公司，但是水平参差不齐。应该说做的最早也最成功的还是铁岭东升。我们希望这样的服务平台越多越好。对于如何降低成本，机械化是必由之路。机械化也是工程化水平提升的一个标志性进展。个人认为，国家支持种业其中一个很重要的是支持种业机械。如果在机械采购方面提供补贴，假如几万或十来万块钱就可以买到联合收割机的话，数据的质量和通量都将大大提升。但是也发现了一些问题，很多公司利用国家项目经费购买了联合收割机等设备并没有真正利用起来，因为没有配套的队伍去操作。这些都可以通过第三方服务平台解决。下一步，高通量表型技术以及环境型技术都将在育种中应用，以获取大量的信息可供育种决策。因此，第三方服务平台还有很多提升的空间。

      5）构建新型育种生态实现共享育种的可能性

      上面简要谈了三个关键育种技术由于高通量、低成本的需要，第三方服务平台是一个很重要的发展趋势。其他技术比如转基因技术、基因编辑技术等由于技术要求很高，估计从一开始就要以第三方服务平台的形式开展合作。种业的竞争关键在于优良产品的竞争，一个是种质作为底盘育种材料，一个是生态区所需的重要性状。短期来看性状的重要性要大些，但是长期来看种质的重要性更大，所以跨国种业公司丝毫没有放松对种质改良的步伐。

      第三方服务平台一个很重要的优势是利于规模化操作，成本优势非常明显。规模化必然会推动工程化水平提升，从而推动我国玉米育种整体水平的提升。从全国层面来思考，这可能是未来一段时间种业创新能力提升的一个有效路径。

      “open source breeding”的概念提出了很多年，但是目前做起来还有很多障碍，主要是实现共享的条件还不成熟，也需要大家不断推动。但是我认为这一定是趋势。新锐恒丰在这一方面做了很好的探讨，大大推动了国内在种质资源方面的合作。下一步，如果能实现育种数据共享的合作，将有很大的合作空间，也会催生新的第三方服务平台诞生。

      CRO 的概念在医药领域并不陌生，20 世纪 80 年代初起源于美国，它是通过合同形式为制药企业、医疗机构、中小医药医疗器械研发企业、甚至各种政府基金等机构在基础医学和临床医学研发过程中提供专业化服务的一种学术性或商业性的科学机构。种业的CRO 值得探讨，未来可期。

      让我们共同为提高我国玉米育种工程化水平而努力！

      组内交流中张建总点评的非常好，也把原话放在这里：需要探讨如何建立发挥举国创新体制，从而追赶和超越跨国种业的现代育种技术水平。可能还需要深入从体制机制方面使得相关利益方能整合在一起，使得研发创新链、产业链、人才链和资金链有效融合在一起，达到共创共赢的新局面。