5月，美国农业部农业研究服务署（USDA-ARS）发布了国家计划“301”《植物遗传资源、基因组学和遗传改良行动计划2018-2022》，核心任务是利用植物的遗传潜力来帮助美国农业转型，以实现成为全球植物遗传资源、基因组学和基因改良方面的领导者的战略愿景[1]。具体做法是通过提供知识、技术和产品，以提高农产品的产量和质量，改善粮食安全，改善全球农业对破坏性疾病、害虫和极端环境的脆弱性。

1、计划简介

该计划通过提供具有更高内在遗传潜力的作物品种来解决提高作物生产力这一关键需求，为此需要通过更高效和有效的植物育种来进行持续的作物遗传改良，育种过程则利用来自国家基因库的新基因、前沿育种方法、数据挖掘、生物信息工具以及作物分子和生物过程的初步知识。ARS种植者、植物学家、计算生物学家、程序员以及其他许多人都参与了一项全球探索，以改变和加快植物育种和作物生产的创新步伐。该计划将为满足全球粮食、饲料、纤维和可再生能源的需求提供强有力的支撑，并为美国在2025年实现增加20%高质量食品供应、以及降低20%的环境影响的挑战提供有力保障。

通过创新的研究工具和方法，该计划将管理、整合和向全球用户交付大量的原始遗传材料（遗传资源）、优良品种、以及基因、分子、生物和表型信息。这些努力的最终目标是提高生产效率、产量、可持续性、适应力、健康、产品质量和美国作物的价值。

2、拟解决的关键问题

该国家计划具体将解决以下问题：

（1）利用最先进的基因库进行保藏，确保美国的植物和微生物遗传资源收集和相关信息的长期可用性和完整性。

（2）识别并填补植物和微生物基因库收集、获取和描述，以及为研究人员、种植者、生产者和消费者提供高质量的遗传和信息资源方面的空白。

（3）通过新颖、高效的表型和基因型方法，设计新的方法来加速从基因库中发现遗传变异的新特征。

（4）为基因重组、有效的特征基因整合、将生产系统信息用于植物育种提供新方法。

（5）生产更高产量的多样性作物，具备对水和其他投入利用效率高，以及对疾病、害虫和极端环境等有生长阻碍因素具有遗传抗性等特征。

（6）将生物技术和基因工程方法应用于更广泛的作物种类，并开发新的方法来解决它们对生产系统存在的意想不到的潜在影响。

（7）增加以下认知：植物生长和发育的控制，微生物群落对作物性能的影响，在遗传、分子和生理水平提升食物质量和营养价值的方法。

（8）在分子、整个基因组和系统水平上增强对作物与环境因素相互作用的认知。

（9）维持良好设计的、内部关联的信息资源与数据库的链接，以有效地维护和交付大量的遗传和特征信息。

（10）为数据分析和挖掘开发高通量的表型和基因型的分析能力和高效的生物信息学工具。

3、四大研究部分

该计划包含四大研究部分，如图1所示。

图1  国家计划“301”研究框架

（1）作物遗传改良。重点研究性状发现、分析和优良育种方法，以及研发新作物、新品种和具有优良性状的强化种质。

（2）植物与微生物遗传资源和信息管理。重点建设高质量的植物和微生物遗传资源和相关信息维护的种质库和信息管理系统，同时开展信息管理方法和实践研究。

（3）作物生物学和分子过程。重点研究植物生物学和分子过程的基本知识，作物生物技术风险评估和共生策略。

（4）作物遗传学、基因组学和基因改良的信息资源和工具。重点开发相互联系和可搜索的信息资源和工具，以及用于数据分析和挖掘的生物信息学工具，为作物研究和繁殖提供技术支撑。

四大研究部分交互作用以满足国家计划“301”的总体目标。在这个交互式的模式中，每部分的预期产品和成就对于其他部分的成功也至关重要。                                               (陈云伟)