植物抗性育种
作者与发表信息
本文由Christian Obermeier、Annaliese S. Mason、Torsten Meiners、Georg Petschenka、Michael Rostás、Torsten Will、Benjamin Wittkop和Nadine Austel等作者共同撰写，发表于Theoretical and Applied Genetics期刊，2022年3月16日在线发表，卷号为135，页码范围3917-3946。
文章主题
本文的主题是油菜（Brassica napus）育种中的综合害虫防治策略。文章综述了当前油菜育种中害虫抗性研究的现状、挑战与未来发展方向，重点讨论了如何通过育种手段提高油菜对多种害虫的抗性，并提出了综合害虫管理（Integrated Pest Management, IPM）框架下的育种目标和技术路径。
主要观点与论据
1. 油菜育种与害虫抗性的背景
油菜是一种重要的经济作物，广泛种植于欧洲、加拿大、中国和澳大利亚等地。然而，现代油菜品种由于长期选择育种，遗传多样性显著降低，导致其对病虫害的抗性减弱。特别是害虫问题，全球范围内有约40种害虫对油菜造成严重威胁，其中欧洲的害虫多样性最高。传统的害虫防治主要依赖化学农药，但由于农药抗性的增加和环保政策的限制，这种方法的可持续性受到挑战。因此，通过育种手段提高油菜的害虫抗性成为未来可持续农业的重要方向。
2. 害虫抗性育种的挑战
- 遗传多样性不足：现代油菜品种的遗传多样性较低，缺乏对害虫的抗性基因。
- 表型筛选的瓶颈：害虫抗性的表型筛选复杂且耗时，特别是在田间条件下，害虫种群的自然波动增加了筛选的难度。
- 缺乏单基因抗性：与真菌病害不同，油菜对害虫的抗性多为数量性状，缺乏单基因控制的抗性。
3. 新技术在害虫抗性育种中的应用
- 高通量表型技术（High-Throughput Phenotyping, HTP）：通过无人机、传感器和机器学习等技术，可以实现对大规模油菜群体的快速表型筛选，间接筛选与害虫抗性相关的性状。
- 基因组学与分子育种：通过基因组测序和分子标记辅助选择，可以加速抗性基因的鉴定与利用。
- 基因编辑技术（CRISPR/Cas9）：基因编辑技术为快速引入或敲除特定抗性基因提供了可能，特别是在多倍体作物如油菜中的应用前景广阔。
4. 育种资源与策略
- 种间杂交：通过将油菜与其近缘物种（如B. rapa、B. oleracea等）杂交，可以引入新的抗性基因。尽管种间杂交存在技术挑战，但这种方法在短期内具有较高的可行性。
- 转基因与基因组工程：虽然转基因油菜在害虫抗性方面取得了一定进展，但由于法规限制，其商业化应用受到阻碍。相比之下，基因编辑技术因其精准性和高效性，成为未来育种的重要工具。
- 突变育种：通过TILLING（Targeting-Induced Local Lesions in Genomes）技术，可以在油菜群体中快速筛选出与抗性相关的突变体。
5. 害虫抗性相关的育种目标
- 硫代葡萄糖苷（Glucosinolates, GSL）：GSL是油菜中重要的抗虫化合物，但其含量和组成对害虫的影响复杂。通过育种调整GSL的组成和含量，可以提高对特定害虫的抗性。
- 次生代谢物：除了GSL，油菜中的其他次生代谢物（如酚类、萜类等）也具有抗虫潜力。通过育种调整这些代谢物的含量，可以增强油菜的抗虫能力。
- 植物表面特性：通过改变油菜叶片表面的蜡质层和毛状体密度，可以增强对害虫的物理防御能力。
- 植物挥发物：通过调整油菜释放的挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds, VOCs），可以吸引害虫的天敌，从而间接控制害虫种群。
6. 微生物组与害虫抗性
植物微生物组在植物与害虫的相互作用中扮演重要角色。通过育种手段优化油菜的微生物组组成，可以提高其对害虫的抗性。特别是种子微生物组的调控，具有较高的应用潜力。
文章的意义与价值
本文系统总结了油菜害虫抗性育种的现状与未来发展方向，提出了多种育种策略和技术路径，为未来的油菜育种提供了重要的理论依据和实践指导。文章强调了综合害虫管理（IPM）的重要性，指出通过育种手段提高油菜的害虫抗性是实现可持续农业的关键。此外，文章还探讨了新技术（如基因编辑、高通量表型技术等）在育种中的应用前景，为未来的研究指明了方向。
亮点
- 全面性：文章涵盖了从传统育种到现代分子育种的各种策略，提供了全面的害虫抗性育种框架。
- 前瞻性：文章提出了未来育种技术的发展方向，特别是基因编辑和高通量表型技术的应用。
- 实用性：文章不仅提供了理论分析，还提出了具体的育种目标和时间框架，具有较高的实践指导价值。
总结
本文是一篇关于油菜害虫抗性育种的综述文章，系统总结了当前的研究现状、挑战与未来发展方向。文章提出了多种育种策略和技术路径，强调了综合害虫管理的重要性，并探讨了新技术在育种中的应用前景。本文为油菜育种领域的研究者和实践者提供了重要的参考，具有较高的学术价值和应用价值。