为什么跨国种企要进行大规模的全基因组选择育种？

一、回交转育的必要性

1. 回交双交换问题

   当群体无限大时，染色体的双交换才容易在目标基因两侧发生，但实际中发生双交换频率很低。例如回交一百万株才可能拿到双交换片段，成本高，所以不如多回交几代。

2. 转基因与基因编辑的需求

   对于转基因和基因编辑育种，很多基因型不适合遗传转化。当把基因转移到作物后，由于其他基因型不易转化，就需要用已转基因的材料做回交转育。大公司如孟山都（现在的拜耳）一年要做500个群体的回交转育，基因编辑育种若涉及转化过程也存在同样问题。 转基因/基因编辑要回交，或者至少要自交选育两代。还有一个原因是，组培转化时会产生一些有害突变，需要剔除。

二、大公司采用全基因组选择育种的原因

1. 平台与规模优势

   大公司有多种作物且规模大，其分子标记育种平台建立后可全年运转，无论在世界何处。平台充分利用时成本降低，资源利用效率高。例如博瑞迪若有机器人可使设备24小时运转，提高设备利用效率。

2. 功能标记的应用

   大公司在基因组选择时，除提取DNA做Genotyping外，还会加入功能标记。如先锋公司（现科迪华）会做上百个标记的功能标记选择，在几千个标记用于基因组选择里，上百个功能标记可筛选掉约90%的材料，剩下10%再做全基因组选择。

3. 群体大小和标记密度

   全基因组选择的预测率与群体大小和标记密度有关。只增加一方面无用，群体小标记密度再高也没用，因为变异小、交换少。如黄学辉老师在science文章中用18,000个基因型和几百万标记，增加群体大小和标记密度可大幅提高预测率。同时加上功能标记，预测率可大幅提高。

4. 表型鉴定和环境因素

   表型鉴定的准确性至关重要，环境对表型鉴定影响大。如在CIMMYT，干旱情况下产量预测准确性只有30%多，灌溉情况下均匀且逆境差异小，预测准确性可提高到50% - 60%。

5. 亲缘关系的影响

   动物育种中亲缘关系密切预测准确性高，植物育种也存在同样问题，亲缘关系越密切越好。

   为了追求短期目标下的高预测效率，导致选择群体与预测群体的亲缘关系可能会变得越来越近，遗传基础越来越狭窄。这不利于获得长期的遗传进展。因此，在长期的全基因组选择中，还要考虑在育种群体中通过扩大亲本亲缘关系、不断引进新的遗传变异来拓宽遗传基础。因此要兼顾好训练群体与育种群体亲缘关系的远近和不断引进遗传变异两者之间的平衡。

6. 提高选择效率

   表型选择入选率低，如从一万株或一百万株里选出一株或一万株（入选率1%），若种一百万株需大面积土地看表型。而基因组选择从100万种子提取DNA选2%（2万粒），只需种4亩地，即使准确性为60%，也能选出较多符合要求的植株，大大提高了选择效率。这也是跨国公司广泛使用全基因组选择（GS）的重要原因，同时种子切片技术在大规模育种中也有很大优势。

本文整理自徐云碧老师在某次公司培训会上发言，仅供研究交流，侵权删。