优者生存：植物育种的过去、现在和未来

你盘子里的胡萝卜可能看起来是世界上最简单的东西——一根坚强的根，滋养了人类，从国王到农民，世世代代。但尽管看起来很不起眼，常见的胡萝卜——又长又橙，脆脆的——实际上只是过去一万年里持续进行的基因工程项目的一个成果。在野外，胡萝卜体积小、颜色浅、根细、分叉，味道浓郁。经过几个世纪的选择性育种，我们才获得了今天看到的胡萝卜。

事实是，我们认为理所当然的大量水果和蔬菜从一开始就不是这样的。这些都是人类农业伟大故事的成果，在这个故事中，我们的史前祖先有条不紊地识别出具有理想特征（最大、最美味或最抗病）的植物，并对它们进行杂交育种。

虽然单独来看，变化可能很小，但随着时间的推移，这个过程从根本上重塑了内容我们摆上盘子。以芸苔属植物为例，这种单一植物经过几个世纪的精心培育，为我们带来了羽衣甘蓝、西兰花、球芽甘蓝、花椰菜、卷心菜和萝卜。

尽管这一切令人瞩目，但故事还远未结束。

干旱等极端天气正在威胁粮食安全。

现代问题......

史前农学家做出的育种决定是为了应对环境。当食物匮乏时，让玉米穗变得更有营养、更耐候，可能是在漫长寒冷的冬天生与死的区别。当然，这些农民对这一过程背后的遗传学并没有科学的了解。作物改良缓慢且产生随机结果，因为基因在分子水平上以不可预测的方式相互作用。自那时以来，文明和科学已经取得了长足的进步，但我们也面临着一系列挑战。

“世界人口不断增长，气候变化区域不断变化；这样一来，植物就会面临更大的疾病和昆虫压力。我们需要这些问题的科学答案。”乔纳森·詹金森，拜耳产品设计主管

还有一个商业需求的小问题。不需要农作物科学家就能指出，无论什么季节，我们都喜欢购买味道更好、看起来可食用并且在货架上保持新鲜时间更长的东西。拜耳蔬菜分析和管道设计主管汤姆·奥斯本 (Tom Osborn) 表示：“对您的餐盘中的食物产生最大影响的可能是全年种植和运输水果和蔬菜的能力。”

为此，农业科学家和植物育种者不断创新，创造出适应世界各地不同生长条件的作物品种，这些品种更有营养，更能抵抗干旱、疾病和其他形式的环境压力，而且更漂亮、更美味。

超过5亿商贩生产的粮食约占世界粮食供应量的三分之一。他们面临着独特的挑战，需要量身定制的解决方案。

...需要现代解决方案

但与过去的农民不同，今天的植物科学家拥有大量可用的工具，他们正在利用这些工具来改变我们实践植物育种的方式，以改善粮食供应。

每年，拜耳都会在玉米、棉花、大豆和蔬菜领域部署 500 多个新杂交品种和品种

表型分析

传统上，农民培育植物的过程一直是表型分析。表型分析意味着评估植物的表达性状，然后选择所需的植物和种子。实际上，这意味着通过视觉识别植物内部的差异 - 例如，选择理想的颜色、大小或果实数量。

植物通过自身授粉或相互授粉来繁殖，因此传统农学家所需要做的就是种植植物的种子他们会生长并互相施肥，从而产生具有父母所包含的一系列遗传性状的新一代植物。尽管科学不精确——选择性育种常常会产生随机结果，因为育种者对遗传机制的了解有限——但随着时间的推移，它会带来显着改进的产品。然而，由于基因测序的引入，传统植物育种在过去 15 年中发生了重大变化。

基因分型

现在，我们不仅能够通过表型分析看到育种结果，还可以看到 DNA 结构发生了什么变化，并了解为什么这些变化在基因水平上发生在植物中 - 这称为基因分型。得益于基因科学的最新发展（为了了解人类遗传学和健康，基因技术在过去三十年中得到了快速发展），绘制出了人类、动物、植物和所有生物体的 DNAMS 比以往更快、更便宜。

这意味着科学家现在正在使用技术来识别植物内的单个基因，让他们深入了解哪些 DNA 簇负责某些性状和特征。这使科学家拥有前所未有的能力来开发适合特定环境和市场的种子品种。

想要一种特别能抵抗干旱的玉米品种吗？借助基因分型，植物育种者可以深入研究并确定 DNA 链的哪些部分可以对此产生抗性，然后只培育具有这些遗传特性的种子。然后育种者可以选择这些种子，并将它们作为独立的或产品分发。

拜耳小农育种合作伙伴关系主管

基因编辑

基因编辑有潜力解决农民和地球面临的真正挑战，例如减少对杀虫剂的需求以及能源、土地和水的使用。在农业中，这个过程通常是旨在改善有机体内的有益特征，或消除不良特征。多年来，“基因编辑”是通过植物的选择性育种来完成的。但现在我们可以比以往更精确地进行更改。

像 CRISPR 这样的基因编辑工具已经在帮助研究人员改进植物 DNA。这些工具有可能为农民提供无与伦比的精确度，使他们能够种植足够的粮食，同时自信地减少对自然资源的使用。还需要注意的是，虽然植物育种是基因工程的一种形式，但它与基因改造（GM）不同。

数据分析

这不仅仅是种子本身的问题。再加上数据收集和分析方面更广泛的技术改进，基因选择和新作物进入田地和餐桌的过程比以往任何时候都更加高效。 “如果我们今天能够利用数据就什么问题做出更好的决定ch 玉米杂交种在冬季生产，这可以让我们更快地获得新的商业产品，”乔纳森·詹金森说。

对于在植物育种项目现场工作多年的他来说，成果意义重大。 “当我开始在该领域进行研究时，我必须保存每个地块的所有种子并将其放入袋子中，然后将其带回我们设施所在的建筑物。这意味着需要手工搬运约 30 吨种子，这些种子以每个重 3 公斤的小袋子的形式运送。当然，这会减慢上市时间。”

由于现代数据采集和分析技术的发展，今天的情况已经完全不同 - 这对于寻求解决方案的全球农民来说是个好消息。 “在过去 30 年里，它的上市时间可能从 11 到 13 年缩短到了 6 到 7 年，”乔纳森说。

随着社区继续与贫困、饥饿和营养不良作斗争，我们有责任扩大拜耳全球育种资源的覆盖范围和影响。我们通过多种方式实现这一目标，但其中最主要的是我们在自身之外开展工作的方式，以改善全球农民可获得的种子，包括旨在知识共享、种质和数据贡献的伙伴关系。

为什么协作是关键

几个世纪以来，植物育种的创新促进了文明的繁荣。不断改良种子以种植更有弹性、高产、更有营养的作物，仍然是农业对抗饥饿和支持为世界各地社区提供食物的农民的最有力工具之一。拜耳利用尖端育种技术和广泛的种质库开发农作物。即使拥有市场领导者的资源，农业面临的挑战也无法仅靠一个参与者来解决。拥有多样化的种质——活的遗传资源，例如种子或植物组织，其维护目的是植物育种和保存——在开发新种子品种时加以利用，可以使植物育种者更成功地解决全球农民面临的问题——这就是合作的用武之地。

这就是拜耳向世界各地的其他研究项目贡献种质和遗传特征数据的原因。此次捐赠旨在促进将未充分利用的遗传多样性纳入现代玉米育种计划，包括根据区域需求帮助小农改良区域作物的组织。

捐赠种质并不是拜耳合作的唯一方式。自2020年以来，拜耳与国际热带农业研究所合作启动现代育种项目，重点关注木薯、玉米、豇豆、香蕉、山药和大豆的作物抗灾能力和产量潜力，以支持非洲农业的作物生产力、经济增长和减贫。

该项目建设能力利用拜耳育种计划模型和最佳实践的见解来实现规模化和规模化。 “我们在利用研究和产品开发方面的共同目标是为粮食安全提供新的解决方案，并为非洲科学家和农民赋权，支持非洲应对气候变化面临的巨大挑战，同时在动态粮食系统中开发新的工作方式，”拜耳小农农业育种合作伙伴关系主管斯特拉·萨尔沃（Stella Salvo）说。 “我们的拜耳育种团队致力于分享育种计划管理、数字工具设计和使用方面的最佳实践，以支持 IITA 的研究重点和产品产出。”

育种故事仍在继续

这还不是全部。作物科学家目前认为自己正在从由基因组技术驱动的第三代育种转向第四代。目标是培育更美味、更可持续、高产、适应性更强的作物从头开始应对气候变化。科学家们将通过利用基因编辑技术的目标能力来做到这一点。

“我想说，育种的第四个时代将是我们在拜耳所说的精准育种，”乔纳森说。 “我们已经非常擅长知道如何找到最好的性状；这就是我们在过去 30 年里完善的东西。但精准育种力求从根本上改变整个方法。我们正在进入一个可以从一开始就真正设计出最好的性状的时代，而不是选择最好的性状。”

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拜耳 法兰克福：巴恩 现代育种工程