分子標記輔助育種

以土豆為例(圖1)。假設我們想培育一個抗土豆晚疫病的新品種，但問題是土豆晚疫病的抗性(好性狀)和一些不好的性狀（如高毒素含量或容易變黑）很容易一起傳遞到後代中。傳統的育種方法是，將有抗性的野生土豆和栽培土豆雜交，我們就要從雜交的後代裏篩選出抗晚疫病，同時毒素含量較低並且不容易變黑的土豆進行下一輪雜交。但是通過這種方法，我們需要進行十年甚至幾十年的努力才能得到我們需要的品種。而當我們花了二十年終於得到了這個抗病品種的時候，很可能這個抗病能力已經被病原克服（即抗病基因失效）了。

對於分子育種家，我們知道了土豆的基因組序列，一共有12條染色體，圖1中藍色的方塊就代表這些分子標記，紅色代表我們需要的晚疫病抗性基因，灰色方塊代表和抗性基因距離很近的“不好的”基因，我們的育種目標是隻保留抗病基因，而避免高毒素或者容易變黑等不好的性狀。有了分子標記，不需要再像傳統育種項目那樣進行大規模的表型測試，只需要提取雜交後代的DNA, 然後利用已有的分子標記對這些材料進行基因型篩選就好。如果把基因組想成一副地圖，那麼分子標記就是基因組的“路標”，有了這些“路標”我們就能知道“具體建築”(基因)的位置。

我們需要保留紅色的“晚疫病抗性基因”，但同時要去掉茄鹼和褐化基因，我們要做的就是尋找帶有標記1和標記2，同時不帶有標記3和標記4的個體。當然，受限於羣體數量，我們還是要反覆進行幾輪迴交從而篩選掉大部分野生型的基因組。

所以有了分子標記這個工具，可以大大加速植物育種，同時讓育種項目的目標和結果都變得更加容易掌控。 ^[1] 

1、分子標記從哪兒來？

如果需要進行分子標記育種，我們首先要獲得分子標記的連鎖圖譜，這個任務的工作量巨大，需要大量的時間和經費去開發這些分子標記，在某些作物裏也許可以找到部分公開的資源，但是更多的信息掌握在公司手裏，如果想用需要拿錢來買。



2、如果我們想要的性狀來自不可雜交的材料裏怎麼辦？

野生土豆和栽培土豆(Solanum tuberosum)，並不是同一物種，但是一些品種仍舊可以通過各種方式與栽培土豆進行種間雜交從而豐富土豆的基因庫。但是仍舊有一些物種無法和栽培土豆進行雜交。這時候就算我們有再多的分子標記信息，也無法使用。

（作者注：野生土豆説是不同物種(species)應該沒問題, 和品種(variety)不太一樣，他們都是茄屬的但是拉丁名都和栽培土豆不同，比如栽培土豆是Solaum tuberosum，一種野生土豆Solanum commersonii, 栽培番茄Solanum lycopersicum ，茄子Solanum melongena。）



3、如果我們需要的性狀來自動物，細菌，或病毒？

這時候分子標記育種就完全無計可施了。儘管人類在尋找和收集各種野生材料，從而豐富基因庫的多樣性，但是有時候這還不夠，比如木瓜曾一度被番木瓜環斑病毒(PRSV)搞得快要滅絕，幸虧有科學家將這種病毒的一個基因轉入木瓜，才讓木瓜不至於滅絕。 ^[1] 

2022年6月26日，中國林學會發佈了“十三五”期間林草科技十大進展。其中，突破主要經濟林樹種遠緣雜交技術體系和多倍體育種技術體系，研發分子輔助育種技術，選育高產、優質、極早熟、高抗、宜機化良種100餘個，建立了配套的良種快繁技術體系，實現了良種規模化生產 ^[2]  。