揭秘分子育种：塑造未来农业和畜牧业的关键技术

2023-12-01 20:47:35, 景辉丹纳赫生命科学

引言

你是否曾经想过我们能否通过科技手段，让动物更健康、更适应环境变化，甚至具有更优质的肉质和奶量？你是否想过，我们能否创造出能够在极端气候条件下生存的植物，或者让农作物自身具有抵抗病虫害的能力？这些看起来像是科幻小说的情节，但实际上已经在现实中得到了实现。这一切，都得益于分子育种这一革命性技术的出现。

分子育种，这是一种运用现代生物学和基因组学技术，对农作物和动物进行改良的方法。它不再依赖传统的杂交和选择，而是直接在分子层面上进行精准操作，改变植物和动物的遗传信息，从而赋予它们新的、更优良的性状。

发展历史

2.1 传统育种到分子育种的演变

传统育种

育种，这是一门古老的科学，它的历史可以追溯到人类开始定居农耕的那个时期。

早期育种：早在公元前8000年左右，人们就开始通过选择野生植物中体型大且易于收获和储存的种子进行繁殖，这可以看作是人类最早的育种行为。这种选择性的繁殖最终导致了一些有利性状的积累和固定，形成了我们现在所知的一些农作物，如小麦、玉米和大米等。
人工选择：随着人类对生物学理解的深入，育种技术也开始发展。19世纪，查尔斯·达尔文提出了自然选择的概念，这也为人工选择提供了理论基础。人们开始有意识地选择具有特定性状的动植物进行繁殖，如选择奶量多的奶牛或者硕大的水果进行繁殖。
杂交育种：在20世纪初，杂交育种开始流行。这是一种通过将两种不同的品种交配，得到结合了两者优点的新品种的方法。这种方法在玉米、小麦等农作物的育种中得到了广泛的应用。
遗传育种：在20世纪中叶，随着遗传学的发展，遗传育种开始出现。这是一种通过理解和操纵植物和动物的遗传信息，从而改变其性状的方法。这种方法在改善农作物的抗病性和抗虫性，以及提高肉牛和奶牛的产量等方面发挥了重要作用。

分子育种

20世纪50年代，DNA的结构被发现，标志着分子生物学的诞生。此后，科学家们开始研究基因如何控制生物的性状，这为分子育种技术的发展奠定了基础。到了20世纪70年代，基因工程技术的出现使得人们可以直接修改生物的基因，这标志着分子育种技术的真正开始。

生物技术育种（约20世纪60-70年代）：生物技术、分子生物学等技术的发展使得人们可以直接操作和修改基因，如转基因技术的出现，使得人们可以将一个物种的基因转移到另一个物种中。
分子标记辅助选择（约20世纪80-90年代）：随着分子生物学的进一步发展，人们开始使用DNA分子标记来追踪特定基因或基因组，这使得育种过程更加精确和高效。
基因编辑育种（约21世纪初）：基因编辑技术如CRISPR-Cas9的出现，使得人们可以精确编辑特定基因，这个阶段的育种已经可以在分子级别进行精确设计和优化。
基因组选择（约21世纪初）：随着基因组测序技术的发展，基因组选择成为可能，这种方法使用全基因组信息来预测个体的遗传潜力，使得育种进入了全基因组时代。

以上每个阶段都是基于科技进步和科学理解的深入，使得育种从粗糙的表型选择逐渐演变为精确的基因编辑和基因组选择，大大提高了育种的效率和精度。

2.2 分子育种与传统育种的区别和联系

分子育种技术与传统育种技术的主要区别在于它们改变生物性状的方式。传统育种主要通过人工选择和杂交等方法，通过自然发生的基因变异来改变生物的性状。而分子育种则是通过直接修改生物的基因来改变其性状，这种方法更为精确，可以在更短的时间内达到预期的效果。

尽管分子育种技术与传统育种技术在操作方式上有所不同，但它们的目标是相同的，都是为了改良生物的性状。此外，分子育种技术并没有完全取代传统育种技术，而是与之相互补充。在实际的育种过程中，分子育种技术往往被用来指导传统育种技术的应用。

（图片来源：可画）

分子育种技术介绍

3.1 转基因

转基因技术是一种将一个生物体（供体）的基因转移到另一个生物体（受体）的技术。这就像给受体安装了一个新的“软件”，让它们具有了原本不具备的能力。这项技术的出现，使得我们能够跨越物种之间的界限，将有用的基因从一个物种转移到另一个物种，以提高后者的生产性能、适应性或者其他特性。

（图片来源：可画）

原理

转基因技术是一种基因工程技术，其原理是通过基因克隆制备目标基因，然后将目标基因插入到载体中形成重组DNA，接着将这个重组DNA转移入受体生物，最后通过筛选和验证确认受体生物成功接收并整合了目标基因，从而产生能表达目标基因并能将其遗传给后代的转基因生物。

方法

1. 基因识别和分离：首先，科学家需要确定并分离出想要转移的基因。这通常需要对供体生物的基因组进行深入研究。

2. 基因复制：一旦基因被分离出来，它就会被复制数百万甚至数十亿次，以确保有足够的基因进行转移。

3. 基因插入：然后，这些复制的基因会被插入到一个被称为载体的生物体中。载体通常是一个病毒或者质粒，它们可以进入受体生物的细胞并将基因插入到受体生物的基因组中。

4. 转基因生物的筛选和培育：最后，科学家会筛选出成功接收了新基因的生物，并将它们培育出来。

应用

抗虫转基因作物：科学家已经成功地将一种名为Bt的细菌的基因转移到了棉花和玉米中。这种基因可以使作物产生一种有毒的蛋白质，当害虫吃了这种作物后，它们就会死亡。这种转基因作物可以有效地减少害虫的数量，从而减少农药的使用。
高产量转基因作物：通过引入特殊的基因片段到作物基因组中，能够影响它的产量或者是营养成分水平，目前这项技术有限地使用在大豆、棉花、玉米等农作物中。

优点

创新：转基因技术可以创建具有新的或改良性状的生物体，因此可以实现性状的创新。
快速：与传统的遗传改良方法相比，转基因技术可以更快地改良生物体的性状。
广泛的应用：转基因技术可以应用于任何生物体，包括植物、动物和微生物。

局限

伦理问题：转基因技术涉及到改变生物体的遗传信息，因此引发了许多伦理问题，例如是否应该创建转基因生物。
安全问题：转基因技术可能会引发一些安全问题，例如转基因生物可能会产生预想之外的表型或产物，有可能对环境和人类健康造成影响。
技术难题：虽然转基因技术已经取得了显著的进步，但仍然存在一些技术难题，例如如何提高基因转移的效率和精度，如何避免不预期的基因突变等。

3.2 分子标记辅助选择（MAS）

分子标记辅助选择（Marker Assisted Selection，MAS）是一种利用分子标记来指导育种的方法。它利用分子标记（例如SNP或微卫星）来追踪与目标性状有关的基因或基因区段，以辅助选择具有优良性状的个体。这就像给每个有用的基因打上独特的标签，只要找到标签，就能找到我们想要的基因，无需等待动植物生长和表型鉴定。

原理

分子标记辅助选择的原理基于遗传连锁和关联。遗传连锁是指在同一条染色体上的基因或者DNA序列（分子标记）在遗传过程中往往会一起遗传。关联是指某个分子标记与某个性状之间存在统计学上的关联。

在实施MAS时，首先通过基因定位或关联分析等方法确定与目标性状有关的基因或基因区段，然后在这些基因或基因区段附近找到或设计出分子标记。这些分子标记可以是SNP（单核苷酸多态性）、微卫星、RFLP（限制性片段长度多态性）等。

然后，通过PCR或基因测序等方法检测个体的分子标记型，以此推断个体的基因型。最后，根据个体的基因型选择具有优良性状的个体，用于下一代的育种。

方法

1. 分子标记的发现和验证：首先，科学家需要在一个包含了多种性状的群体中，通过遗传连锁分析或者关联分析，发现与所需性状关联的分子标记。

2. 分子标记的使用：然后，科学家可以通过PCR等方法，在一个新的群体中检测这个分子标记。如果一个个体含有这个分子标记，那么我们就可以预测这个个体具有所需的性状。

应用

在农业中，MAS已经被广泛用于作物的育种。例如，通过MAS，科学家们已经成功地将抗病基因引入到小麦、水稻和玉米等作物中，提高了这些作物的抗病性。此外，MAS还被用于改良作物的其他性状，如产量、品质和抗逆性。
在畜牧业中，MAS也得到了广泛的应用。例如，通过MAS，科学家们已经成功地选择出具有优良性状的猪、牛和羊等动物，如生长速度、繁殖性能和肉质。此外，MAS还被用于改良动物的其他性状，如抗病性和适应性。

（图片来源：可画）

优点

提高育种效率：MAS可以在不需要进行表型评估的情况下进行选择，因此可以大大提高育种的效率。
提高育种精度：MAS基于遗传信息进行选择，因此可以避免环境因素对表型评估的影响，从而提高育种的精度。
扩大选择范围：MAS可以在幼苗阶段或甚至在胚胎阶段进行选择，因此可以大大扩大选择的范围。

局限

需要大量的遗传信息：MAS需要大量的遗传信息，包括分子标记的信息和性状的信息，因此需要进行大量的遗传研究。
需要精确的分子标记：如果一个分子标记与一个性状的关联不够精确，那么MAS的效果可能会受到影响。
需要高效的分子标记检测方法：MAS需要高效的分子标记检测方法，因此需要进行大量的分子生物学研究。

3.3 CRISPR-Cas9基因编辑

基因编辑是一种直接在生物体内修改基因的技术，就像使用生物版的“文本编辑器”，我们可以精确地剪切、复制和粘贴DNA序列，引入新的特性，或改良现有的特性。它的出现极大地推动了分子育种的发展。其中，CRISPR-Cas9技术由于其高效、精确和易操作的特性，已经成为了基因编辑的主流技术。

原理

CRISPR-Cas9技术的工作原理是利用Cas9酶（一种切割DNA的酶）和一段引导RNA（guide RNA,gRNA）来识别并切割特定的DNA序列。sgRNA是设计好的，它可以和目标DNA序列完全匹配，从而引导Cas9酶到达并切割目标DNA。一旦DNA被切割，细胞自身的DNA修复机制会启动，尝试修复这个断裂。在这个过程中，科学家们可以引导细胞按照他们预设的方式来修复这个断裂，从而实现在目标位置修改、添加、删除或替换基因。

（图片来源：可画）

方法

1. 设计分子工具：科学家首先需要设计一个分子工具，这个工具可以识别并切割到目标DNA序列。目前最常用的分子工具是CRISPR-Cas9系统。

2. 导入分子工具：然后，科学家需要将这个分子工具导入到目标细胞中。这可以通过转化、转染、电穿孔等方法实现。

3. 编辑DNA：一旦分子工具进入到目标细胞中，它就会识别并切割到目标DNA序列。然后，细胞的DNA修复机制就会启动，修复这个切割。在这个过程中，科学家可以通过提供一个DNA模板，引导细胞修复机制实现对DNA序列的精确编辑。

应用

如今，科学家们已经成功地利用CRISPR-Cas9技术来改良各种农作物和动物：

增加作物的抗病性：科学家们已经成功地利用CRISPR-Cas9技术来提高作物的抗病性。例如，他们通过关闭某些使作物易受病害的基因，使得作物能够抵抗各种病害。这种方法已经被用于提高小麦、大豆和水稻等作物的抗病性。
改善作物的营养价值：通过基因编辑，科学家们可以改变作物的营养成分。例如，他们已经成功地提高了玉米和大豆中的氨基酸含量，从而提高了这些作物的营养价值。
提高动物的生产性能：基因编辑也被用于改良动物。例如，科学家们已经成功地通过基因编辑来提高猪的繁殖能力和肉的品质，他们也正在研究如何利用基因编辑来提高奶牛的乳量和肉牛的生长速度。

优点

精确：基因编辑技术可以实现对DNA序列的精确编辑，因此可以设计和构建具有特定性状的生物体。
快速：与传统的遗传改良方法相比，基因编辑技术可以更快地改良生物体的性状。
广泛的应用：基因编辑技术可以应用于任何生物体，包括植物、动物和微生物。

局限

伦理问题：基因编辑技术涉及到改变生物体的遗传信息，因此引发了许多伦理问题，例如是否应该编辑人类的基因。
安全问题：基因编辑技术可能会引发一些安全问题，例如不预期的基因突变，或者基因被误用。
技术难题：虽然基因编辑技术已经取得了显著的进步，但仍然存在一些技术难题，例如如何提高编辑的效率和精度，如何避免不预期的基因突变等。

3.4 基因沉默

基因沉默是一种通过阻止基因表达来改变生物性状的方法，这技术可以使特定的基因在其功能上被“关闭”或者表达量被显著降低。这个过程在生物体的发育、分化和应对环境变化中起着重要的作用。

原理

基因沉默主要通过两种机制实现：DNA甲基化和RNA干扰。

DNA甲基化：在这个过程中，DNA分子上的胞嘧啶碱基（C）被添加了一个甲基（CH3）。这个甲基化过程通常发生在C和另一个胞嘧啶碱基之间的连结处，被称为CpG岛。甲基化的CpG岛可以阻止转录因子和RNA聚合酶的结合，从而阻止基因的表达。
RNA干扰（RNAi）：在这个过程中，一个称为小干扰RNA（siRNA）或微小RNA（miRNA）的小分子RNA可以结合到mRNA上，阻止它的翻译或者导致它的降解。

这两种机制都可以阻止基因的表达。

应用

抗病性转基因作物：科学家使用基因沉默技术开发了一种新的抗病性转基因作物。例如，通过基因沉默技术，科学家成功地沉默了马铃薯中易感晚疫病的基因，从而使马铃薯对晚疫病具有抗性。这种技术的应用大大提高了马铃薯的产量和质量。
提高肉质的畜牧业应用：在畜牧业中，科学家通过基因沉默技术成功地沉默了猪的肌肉发育相关的基因，从而提高了猪肉的质量。这种技术的应用不仅提高了猪肉的口感，还提高了猪肉的营养价值。
抗病性家禽：科学家也在家禽中应用了基因沉默技术。例如，通过沉默鸡的某些易感病毒感染的基因，科学家们成功地提高了鸡的抗病性，使其能够抵抗禽流感等疾病的侵害。

（图片来源：可画）

优点

精确：基因沉默技术可以精确地关闭特定的基因，因此可以精确地控制生物体的性状。
无创伤：与基因编辑和转基因技术相比，基因沉默技术不需要改变DNA序列，因此是一种无创伤的技术。
广泛的应用：基因沉默技术可以应用于任何生物体，包括植物、动物和微生物。

局限

暂时性：基因沉默通常是暂时的，一旦停止处理，基因可能会重新被表达。
效率问题：基因沉默的效率可能会受到许多因素的影响，例如目标基因的位置和结构，以及生物体的生理状态。
安全问题：虽然基因沉默是一种无创伤的技术，但如果不正确地使用，可能会影响到其他的基因，从而引发一些未预期的效果。

3.5 基因组选择

基因组选择是一种基于全基因组信息的育种方法，它通过检测整个基因组的分子标记，来预测植物或动物的性状。这种方法的优点是可以同时考虑多个性状，从而更全面地改良生物。

原理

基因组选择是一种基于全基因组分子标记信息预测个体遗传潜力的育种技术。这种技术利用统计模型将分子标记与个体的表现性状（例如，作物的产量或动物的生长速度）关联起来。通过这种方法，我们可以预测没有表现性状记录的个体的遗传潜力。

（图片来源：可画）

方法

1. 全基因组分子标记分析：使用分子标记技术（如SNP芯片）或者低深度全基因组NGS对种群中的每一个个体进行全基因组分子标记分析，获取全基因组分子标记信息。

2. 建立预测模型：通过统计分析全基因组分子标记信息和个体表型数据，建立预测模型，这个模型可以预测个体的遗传潜力。

3. 基于预测模型的选择：根据预测模型，选择具有优秀遗传潜力的个体作为下一代的亲本。

应用

基因组选择技术在农业和畜牧业中具有重要作用。

奶牛育种：在奶牛育种中，基因组选择已经成为了主流的选择方法。例如，美国的奶牛育种公司ABS Global就使用基因组选择技术选择优良的奶牛种公牛。通过这种技术，他们能够提高奶牛的奶量、奶质和健康性状，比如提高抵抗疾病的能力。
玉米育种：在玉米育种中，基因组选择也得到了广泛的应用。例如，美国的农业生物技术公司Monsanto（现已被拜耳公司收购）就使用基因组选择技术进行玉米育种。通过这种技术，他们能够提高玉米的产量和抗病性，比如提高抵抗玉米大斑病和玉米叶斑病的能力。
猪育种：在猪育种中，基因组选择也被广泛使用。例如，丹麦的猪育种公司DanBred通过基因组选择技术选择优良的种猪，这种技术帮助他们提高了猪的生长速度、繁殖性能和肉质。

优点

在个体年龄很小或者在无法获取表型数据的情况下进行选择，大大缩短了育种周期。
可以提高选择准确度，特别是对于低遗传力和受环境影响大的性状。

局限

基因组选择需要大量的基因型和表型数据，数据收集和处理的工作量大。
基因组选择模型的构建需要复杂的统计分析和计算，需要专业的知识和技能。
对于那些由多个小效应基因控制的复杂性状，基因组选择的效果可能不如预期。

分子育种的挑战

分子育种尽管具有巨大的潜力，但也面临着一些挑战，包括技术、经济、法规和社会接受度等方面的问题。

（图片来源：可画）

技术挑战：虽然分子生物学技术的发展已经使得基因编辑和基因组选择成为可能，但这些技术仍然存在一些技术难题。例如，CRISPR-Cas9等基因编辑技术可能产生非预期的突变，导致基因功能的丧失或异常。另外，对于复杂性状的理解和操作仍然非常困难，因为这些性状可能由多个基因共同决定，而且还可能受到环境因素的影响。
经济挑战：分子育种需要大量的研发投入，包括设备、试剂和人力等，这对于许多发展中国家来说是一个巨大的负担。另外，分子育种的产出也需要时间，可能需要多年甚至十几年才能看到实际的效果。
法规挑战：不同的国家和地区对于基因编辑和转基因产品的法规不同，这对于分子育种的推广和应用带来了难度。例如，欧洲对于转基因产品的法规非常严格，而美国和中国则相对宽松。这种不一致性可能会阻碍分子育种技术的全球应用。
社会接受度挑战：公众对于基因编辑和转基因产品的接受度不同，有些人担心这些产品可能对人类和环境带来未知的风险。因此，科学家和政策制定者需要做更多的工作来教育公众，提高他们对于这些技术的理解和接受度。
生物安全和伦理问题：分子育种可能会对生态系统和生物多样性产生影响，转基因食品对人类健康造成潜在风险，以及引起对动物福利的问题。分子育种对农业的商业化和专利化可能导致小农户和发展中国家农民受到不公平待遇。尽管现有研究支持分子育种技术的安全性，但其长期影响仍有待观察和研究。

以上这些挑战需要科学家、政策制定者和公众共同努力来解决，以确保分子育种技术能够安全、有效、公平地用于农业和畜牧业的改良。

未来发展趋势

随着科学技术的进步，我们迎来了“生物技术+人工智能+大数据信息技术”的育种时代。这种新兴的育种模式将生物科学、信息技术和人工智能相结合，使我们能够实现更个性化和定制化的育种，以满足不同的环境条件和市场需求。

在这个模式中，人工智能可以处理大量的基因数据，从中提取有用的信息，预测基因编辑的结果，从而提高育种的效率和准确性。此外，AI也可以用于自动化育种流程，例如自动筛选优良的育种材料，自动设计育种方案等。然后通过处理和分析育种相关的大量数据（包括基因序列数据、表型数据、环境数据等），我们可以更好地理解基因和环境的相互作用，从而提高育种的效果。

这种新型的育种模式已在实际中得到应用。美国种子基因编辑公司Inari利用生物学、计算农学、数据科学和软件工程的手段，为农民根据特定的作物和环境“定制”种子。他们考虑到各种因素，如土壤健康、天气、干旱条件和疾病，开发出需要更少时间和资金培育的种子。通过这种方式，Inari声称能够将植物育种时间缩短三分之二，成本降低多达90%。目前，Inari开发的种子已经在美国的一些农田种植，并通过两家独立的种子公司限量推出了一种玉米产品。

（图片来源：可画）

丹纳赫生命科学提供分子育种解决方案

低深度全基因组NGS能对种群中的每一个个体进行全基因组分子标记分析，获取全基因组分子标记信息。丹纳赫生命科学旗下IDT提供DNA建库（xGen DNA 文库制备试剂盒 EZ/MC)，可用于常规DNA样本的文库制备。相比于常规DNA建库试剂盒，IDT的DNA建库试剂盒在样本低起始量时，也能有着更高文库分子复杂度，针对不同类型/物种样本均能稳定收集更为丰富完整的基因组信息。

CRISPR/Cas系统是一种革命性的基因编辑技术，利用CRISPR/Cas系统精确修改植物基因组，可以通过定点突变、插入或删除特定序列，实现对植物性状的改良，包括提高作物的病虫害抗性、增强环境适应性、提升产量和品质等。

IDT可提供基因编辑的CRISPR工具。Alt-R CRISPR基因编辑系列提供Cas9和Cas12a两套常用的基因编辑系统所需的crRNA和tracrRNA合成服务，同时搭配Alt-R CRISPR蛋白，可进一步提高中靶率，比传统的质粒诱导方法更精准。此外，丹纳赫生命科学旗下Aldevron的CRISPR/Cas9产品包括SpyFi^™ Cas9核酸酶等多种变体，适合进行精确和高效的基因编辑，特别是在分子育种领域。这些产品支持从研究级到cGMP级的多种质量等级，可用于创建具有特定遗传特性的转基因作物。Aldevron还提供RNP服务解决方案，有助于优化CRISPR RNPs的复合和表征，这在将CRISPR技术应用于作物改良和疾病抗性研究中尤为重要。

IDT Alt-R CRISPR基因编辑产品

显微镜在分子育种中的应用，主要是观察基因编辑或转基因作物的细胞和组织变化。例如，通过荧光显微镜可以观察到转基因细胞中的标记基因表达情况，从而验证基因编辑的效果。此外，显微镜也被用于观察作物繁殖过程中的细胞分裂和组织发育，有助于理解基因编辑对植物生长和发育的影响。

丹纳赫生命科学旗下徕卡显微系统的Mateo TL数字倒置显微镜，结构紧凑，自动光强，即开即用，方便进行日常植物细胞和组织结构的观察。

Leica Mateo TL数字倒置显微镜

徕卡 DM3000是一款适用于分子育种研究中植物组织切片观察的显微镜。它配有电动物镜、电动调节的聚光镜、自动光强调节和多种观察方法，如高性能荧光成像，使其成为分析植物组织和细胞结构的理想工具。此外，其模块化设计和人体工程学特性确保了长时间观察下的使用舒适性。Leica DM3000的独特高度可调焦点旋钮和LED照明为观察提供了清晰、生动的图像。

Leica DM3000显微镜

Leica DMi8是一款模块化的倒置显微镜，专为高级活细胞成像设计，适合进行各种细胞的实时观察和分析，包括单细胞发育和复杂生物过程的表征。DMi8提供了高速控制、Infinity TIRF和高级软件功能，使其成为高级宽场研究的灵活解决方案。它还配备了多达两个Infinity Ports，使显微镜可轻松适应从简单的荧光成像到复杂的高分辨率应用，适合研究植物活细胞的微观结构和功能。Thunder版本可以通过特有的去卷积技术有效提升宽场成像的分辨率到接近共聚焦的水平。

Leica DMi8倒置显微镜

酶标仪是一种用于检测和定量分析酶反应、蛋白质、核酸和其他生物分子的实验室设备。它利用特定的底物或标记物质，通过光吸收、荧光或化学发光等方法，测量生物化学反应的强度。例如利用ELISA的方式，可以检测Bt毒性蛋白的水平，从而判断转基因是否产生效果。

丹纳赫生命科学旗下美谷分子仪器的SpectraMax i3/i3x 多功能检测平台结合升级的SpectraMax MiniMax 300成像细胞系统，提供无需染色的细胞计数和细胞汇合度测定，支持明场和荧光成像。这使其成为分析转基因作物细胞的得力工具，从而能够快速评估细胞毒性、细胞增殖和蛋白表达等关键参数。

MD SpectraMax i3/i3x 多功能酶标仪

流式细胞仪是一种可以快速分析大量细胞的仪器，它通过测量通过激光束时细胞散射的光和发射的荧光来确定细胞的特性。在倍体分析中，流式细胞仪能够准确测量细胞的DNA含量，从而区分不同的倍性水平。例如，通过确定植物细胞的倍体等级，育种家可以识别和选择特定的多倍体植物，这些植物通常具有更大的果实、更强的生长力或更好的疾病抗性。

丹纳赫生命科学旗下贝克曼库尔特生命科学的CytoFLEX流式细胞仪具有高灵敏度和强分辨率，能够在同一样本中区分不同荧光强度的信号。在倍体分析中，CytoFLEX流式细胞仪的灵敏度和分辨率能够准确区分不同倍体水平的细胞，这对于研究植物遗传多样性、品种改良和种子生产等方面至关重要。通过使用流式细胞仪分析细胞核DNA含量，可以快速鉴定植物的倍体水平，从而为育种研究和作物改良提供关键信息。

Beckman Coulter CytoFLEX流式细胞仪

液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）在分子育种中常用于深入分析作物的代谢物质组成。通过比较不同基因型或处理条件下的代谢谱，研究人员可以识别与特定性状相关的代谢物，从而指导育种决策。此外，LC-MS也用于监测和验证基因编辑对作物代谢途径的影响，帮助理解基因功能和调控机制。

丹纳赫生命科学旗下SCIEX Triple^™Quad 6500+及7500系统是一款高灵敏度的液相色谱-质谱联用仪器，适合于分子育种中对转基因作物的代谢分子水平调控机制等进行深入分析。其具备的高灵敏度和精确的定量能力能够精确分析作物的代谢化合物水平。简化的样本准备和低样本注入量对于分析低浓度的植物样品具有高灵敏的检测能力。

SCIEX Triple Quad^™7500 LC-MS/MS系统

SCIEX ZenoTOF^™7600系统是一款串联高分辨质谱系统，特别适用于分子育种中的代谢组、脂质组和蛋白质组水平的多组学分子表型研究。它结合了Zeno阱脉冲和EAD电子活化裂解技术，适合于研究大分子如蛋白质的翻译后修饰，以及小分子和脂质的位置异构体。这对于理解基因编辑如何影响作物生理特性和分子表型特征发挥了作用。