張啟發院士等科學家綜述作物育種中的5G技術

作物遺傳改良能夠促進全球糧食和營養安全，特別是在人口持續增長以及氣候變化和缺水等挑戰的背景下，這已成為重要的關切問題。目前的作物育種策略缺少足夠的效率，以滿足短期或長期的糧食生產需求。2020年2月2日，張啟發院士等科學家于《Current Opinion in Plant Biology》雜志在線發表了論文題目“5Gs for crop genetic improvement”。該文章提出了5G育種策略：基因組組裝（Genome assembly）、種質資源鑒定（Germplasm characterization），基因功能鑒定（Gene function identification）、基因組育種方法（Genomic breeding methodologies）和基因編輯（Gene editing），以顯著加速作物遺傳改良。

1G：基因組組裝。作物基因組組裝的完善使得基因組上所有的遺傳變異都可以被鑒定。這些變異可用于基因芯片的定制，飽和遺傳圖譜的構建和QTL的鑒定。2G：種質資源鑒定。大規模的種質鑒定中獲得的單倍型可用于基于單倍型的育種策略或基因組選擇方法。3G：基因功能研究。通過結合基因組學、轉錄組學、表觀基因組學、蛋白質組學和代謝組學等組學方法，以及建模和高性能計算分析，提出對生物系統的全面理解。4G：基因組育種方法。基因組育種包括利用基因組學研究產生的數據、資源和技術來優化作物育種計劃的方法。5G：基因編輯。基因組編輯（GE）已成為改良作物性狀的有力途徑。GE方法不僅有助于創造新的等位基因，還可用于通過大規模測序來促進優勢等位基因和消除有害影響等位基因。此外，還可通過GE對新作物或當前作物進行反向馴化，以提供更加多樣化的，特別是在抗逆性方面增強的品系。