“培育和创新优异品种，是当前迫切需要解决的难题。我国作为农业大国，只有拥有优异的具有知识产权的作物新品种，才能提高农产品的竞争优势，保障农业经济的发展和国民的生活。因此，必须整合各种资源和力量，加快聚合育种的进程，进一步在全国范围内推广分子设计，确立分子设计育种的前期数据储备与基础平台建设工作重点。”
这是日前在上海举行的第102期东方科技论坛上，朱英国院士等专家发出的强烈呼吁。
在这次主题为作物分子设计与创新的研讨会上，专家们围绕分子设计基础与方法，优异资源、有利基因与遗传标记在分子设计中的利用，生物信息资源与方法在分子设计中的有效利用3个中心议题展开研讨。
作物(粮食作物与经济作物)为我国的社会生产和人民生活提供了必要的物质基础。随着各种新型粮食加工产业的出现及人民生活需求的不断变化，对各种类型作物的需求也在不断变化。以水稻为例，目前亟须改良的有米质、营养成分、抗逆性等性状。因此，培育符合各种不同用途，同时具有较强的抗病、抗虫和抗逆性的作物新品种是育种家们肩负的重要使命。
分子设计是最佳育种途径
如何才能又快又好地培育出具多种优异性状的植物新品种？大会主席、武汉大学朱英国院士在报告中介绍，为解决这一难题，遗传学家与育种专家将分子标记技术应用到育种中，发展形成了分子标记辅助育种技术。而分子标记技术的介入、转基因技术以及各种组学的迅速发展，又催生了设计育种(breedingbydesign)这一理念，其核心部分就是分子设计(moleculardesign)，即以控制所有重要农艺性状基因的全部等位基因变化为目标的育种概念。通过分子设计，可以获得由最有利的等位基因组合形成的优异品种(基因型)。分子设计是进行作物新品种培育与创新的最佳途径和方法，也是今后作物育种发展的一个重要方向。
相比之下，目前常规育种工作的主要问题是高投入、低产出，存在很大的盲目性和不可预测性，育种工作很大程度上依赖于经验和运气。生物个体的表型是基因型和环境共同作用的结果，植物育种的主要任务是寻找控制目标性状的基因，研究这些基因在不同目标环境群体下的表达形式，聚合存在于不同材料中的有利基因，可以为农业生产提供适宜的品种。来自群体水平、个体水平、基因水平和DNA分子水平的各类生物数据为作物育种提供了大量信息。尤其随着分子生物学和基因组学的飞速发展，生物信息数据库积累的数据量极其庞大，但由于缺乏必要的数据整合技术，可供育种工作者利用的信息非常有限。而作物分子设计育种将在庞大的生物信息和育种专家的需求之间搭起一座桥梁，在田间试验之前，对育种程序中的各种因素进行模拟筛选和优化，提出最佳的亲本选配和后代选择策略，可大幅度提高育种效率。
近年来，主要作物的基因组学研究，特别是玉米、水稻和小麦基因组学研究取得了巨大成就，基因定位和QTL作图研究为分子设计育种奠定了良好基础，计算机技术也为分子设计育种提供了有效手段。
分子设计育种更精确
与常规育种方法相比，作物分子设计育种首先在计算机上模拟实施，考虑的因素更多、更周全，因而所选用的亲本组合、选择途径等更有效、更能满足育种的需要，可以极大地提高育种效率。在大会主席、中国农业科学院“长江学者奖励计划”特聘教授万建民看来：“与传统的育种技术相比，分子设计育种更为精确，具有高通量、高效率的特点。”
值得指出的是，分子设计育种在未来的实施过程中将是一个结合分子生物学、生物信息学、计算机学、作物遗传学、育种学、栽培学、植物保护、生物统计学、土壤学、生态学等多学科的系统工程。
作物的性状众多，如形态、产量、品质、抗逆性等，而每一个性状又涉及大量基因，同时，环境对植株的表现也具有重要作用。因此性状、基因、环境交互形成了一个错综复杂的网络，要将这个复杂网络中各个因子的关系解析清楚，其难度也是空前的。
专家认为，作物分子设计育种是一个综合性的新兴研究领域，将对未来作物育种理论和技术发展产生深远影响。因此，充分利用植物基因组学和生物信息学等前沿学科的重大成就，及时开展品种分子设计的基础理论研究和技术平台建设，实现分子设计育种的目标，将会大幅度提高作物育种的理论和技术水平，带动传统育种向高效、定向化发展。
分子设计育种大有可为
“育种技术的现状与作物分子生物学的发展已形成了明显的脱节，大量研究技术、成果与信息资源等没有应用到实际育种工作中。”许多专家对此深感遗憾。
目前，美国、澳大利亚及一些国际研究机构已开始着手相关的前期准备工作，在建立各种作物的数据库、基因型到表型的建模、基因型与环境互作分析及育种模拟等方面展开了研究。在我国，分子设计的概念正受到各种作物育种专家及遗传学家的广泛关注。专家们认为，作为农业大国，我们必须拥有具知识产权的优异新品种，才能满足市场需要，才能确保农产品的国际竞争力。
“培育耐旱品种降低水稻用水，对国民经济乃至人类社会的生存和发展有着十分重要的意义。我们必须瞄准国际科技前沿，组织我国水稻科研和育种的优势力量协同攻关，实现‘绿色超级稻’的宏伟目标。”上海市农业生物基因中心罗利军介绍说，上世纪末，国际水稻研究所启动了由14个水稻主产国参与的全球水稻分子育种计划，其基本思想是集中来自世界上各水稻主产国的丰富多样的品种资源，通过大规模杂交、回交和分子标记鉴别选择相结合的方法，将这些品种资源基因组片段导入到各国的优良品种中去，从而实现优良基因资源在分子水平上的大规模的国际交流，培育出大量的近等基因导入系。在此基础上，进行了水稻重要的新基因发掘和突破性的新品种选育。我国农业部“948”计划将参与全球水稻分子育种计划研究作为重大项目立项，组织我国水稻品种资源、遗传育种和生物技术研究的主要力量协同攻关。初步建立了大规模、高通量的表型鉴定设施和基因鉴定与分子标记技术体系，育成了一批有苗头的新品种(系)、新组合。项目组提出了在“十一五”期间大力开展“绿色超级稻”培育的设想，其基本目标是：在不断提高产量、改良品质的基础上，实现基本不打农药、少施化肥、节水抗旱。
