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利用异花授粉作物地方品种优化基因组选择育种

花匠小妙招
2024-12-07 18:23

遗传改良对于确保可持续作物生产至关重要。未来的作物必须将高产潜力与主要的可持续性因素结合起来，例如压力耐受性和资源效率。为了满足这些需求，植物育种将需要一个比目前在商业品种中发现的更大的遗传变异库。对于玉米来说，据估计，美国育种种群仅占整个玉米种质的2%。相比之下，世界各地的种子库拥有数千种未开发的地方品种种质。重新审视这种巨大的地方品种多样性被认为有希望改善优良种质，分子、计算和数量遗传学的发展开辟了使本地多样性易于获得的新途径。

近日，美国农业部农业研究服务部的Albrecht E. Melchinger和Chris-Carolin Schon在PNAS上发表了题为“Theoretical and experimental assessment of genome-based prediction in landraces of allogamous crops”的研究论文。该项研究开创了一个理论框架的发展，即将植物遗传资源的分子组成与表型变异联系起来，从而可以对地方品种及其杂交伙伴进行有依据的选择。

地方品种固有的遗传变异对于扩大作物的遗传多样性至关重要。在本研究中，为了在地方品种衍生的玉米种群中进行基因组选择，研究人员提出了两种根本不同的概念：一种基于直接来自单个地方品种植物的双单倍体（DH）系，另一种基于将地方品种植物与捕获系杂交（图1）。对于这两种类型的种群，研究人员从理论上展示了祖先地方品种和捕获系的等位基因频率如何转化为对分子和遗传变异的预测。结果表明，与配子捕获相比，DH方法具有明显的优势，通常具有更高的预测精度，并且没有此种风险—即掩盖地方品种有价值的变异（图2）。DH种群干物质产量的预测准确度高达0.58，表明基因组选择具有很高的潜力。基于性状之间的比较结果表明，捕获系的基因组成对基因组选择的成功有很大影响，并且对于本身不优于祖先种群或处于测试杂交中的捕获系来说，地方品种和捕获系的等位基因之间的混杂效应是性状的最佳控制因素。该项研究结果将指导基于基因组的预先育种方案的优化。

图1 DH和杂交方法的实验方案。

图2 地方品种KE的DH和GC系的表型值(PP)和试验杂交性能(TP)的分布。

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