利用分子与数量遗传学最大化作物改良的遗传增益

分享一篇报告：分子和数量遗传学为作物改良带来最大遗传增益。主要内容如下：

研究背景与意义

• • 遗传增益（Genetic Gain）：指通过育种选择，在群体中平均遗传值或表型值的提升。
• • 现实需求：

• • 到2050年粮食产量需翻倍；
• • 气候变化可能导致产量下降20%；
• • 当前遗传增益率仅0.8–1.2%，远低于所需的2%。

遗传增益的决定因素（育种家方程）

• • 遗传方差（VG）
• • 选择准确性
• • 选择强度
• • 育种周期

传统育种的局限

• • 低遗传力、晚期表达、表型鉴定困难；
• • 周期长，效率低。

分子标记辅助育种技术（MAS）

1. 标记辅助选择（MAS）

• • 优点：早期选择、节省资源、提高准确性、无环境影响。

2. 标记辅助回交育种（MABB）

• • 快速恢复轮回亲本背景，减少连锁累赘（Linkage Drag），缩短育种周期（从10年缩短至2–3年）。

3. 标记辅助轮回选择（MARS）

• • 适用于由大量QTL控制的数量性状；
• • 每年可完成多个选择周期，提高单位时间遗传增益。

基因组选择（GS）

• • 定义：利用全基因组标记预测个体的基因组估计育种值（GEBV），无需QTL定位。
• • 优势：

• • 同时捕捉大效应和小效应QTL；
• • 无需表型即可选择；
• • 与“快速育种”结合，进一步缩短周期；
• • 提高选择强度和准确性。

• • 实施要素：

• • 训练群体设计；
• • 标记密度与连锁不平衡（LD）；
• • 模型选择（GBLUP、贝叶斯方法、机器学习等）。

• • 挑战：

• • 高昂的基因分型成本；
• • 模型需每代更新；
• • 上位性效应影响预测准确性；
• • 对数量性状遗传结构了解有限。

案例研究：玉米GS育种

• • 训练群体：1000个家系，10个性状；
• • 标记：33.1万个SNP；
• • 结果：

• • 从C1到C4，籽粒产量提高7.74%；
• • 每周期遗传增益：0.225吨/公顷；
• • 年增益：0.1吨/公顷，相当于每年2%的遗传增益。

快速育种（Speed Breeding）

• • 通过缩短种子到种子的周期，加速世代更替，提升单位时间遗传增益。

基因编辑与CRISPR技术

• • 创造新等位变异：编辑启动子、增强子，调控基因表达剂量；
• • 一次性多性状聚合：快速导入多个有利基因；
• • 靶向重组：在特定基因组区域诱导重组，最大化遗传增益；
• • 固定杂种优势：通过诱导无融合生殖（apomixis）克隆杂交种子，解决杂交种商业化难题。

总结

• • 传统育种效率低，亟需分子与数量遗传学手段介入；
• • MAS、MARS、GS等技术显著提升遗传增益；
• • 结合快速育种与基因编辑，是未来作物育种的核心方向；
• • 实现可持续农业与粮食安全的关键在于提升单位时间的遗传增益。

 

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