一项玉米预测育种系统在京建立

<正>在2019年第八届北京现代种业博览会开幕式上,"玉米全基因组选择育种技术平台项目"正式启动。这是我国首个以应用为目标的农作物预测育种系统构建项目,将建立起我国数据共享的育种模式,产生一套能够反映我国主流育种材料的大数据。据了解,在我国,由于种业结构分散,研发资金投     

植物全基因组选择育种技术原理与研究进展

优势杂交育种是选育高产优质新品种的有效育种途径,该方法需要在田间选配大量的杂交组合进行试验。而作物的主要经济性状如产量等大多是数量性状,该类性状由多基因控制,受环境影响大,常规的育种选择过程耗时很长且选择能力有限。随着基因组测序技术和计算机科学的快速发展,通过高密度的分子标记准确预测作物产量等复杂性状成为可能。植物全基因组选择育种技术通过训练群体收集表型数据和基因型数据,使用特定的模型估计分子标记效应值或个体育种值,再根据待测群体的基因型数据和模型拟合结果对待测群体的表型值进行预测。全基因组选择育种技术可以对目标性状进行预测和定向选择,减少育种工作量,显著缩短育种周期,提高育种效率,具有广阔的应用前景。本研究从植物优势杂交育种预测方法研究进展、全基因组选择育种原理与模型算法研究进展、模型预测能力验证方法研究进展、植物全基因组选择育种应用、全基因组选择育种的局限性和植物全基因组选择育种展望等6个方面阐述植物全基因组选择育种的发展现状。     

花生含油量全基因组选择及近红外光谱筛选的育种技术探究

花生含油量对单位面积产油量至关重要。该性状受多个微效基因控制,但可用的紧密连锁标记十分有限,传统的分子标记辅助选择育种准确性不高。全基因组选择作为一种新的育种方法,可实现对数量性状的早期预测;近红外光谱分析可对作物品质性状(如含油量等)进行无损检测。通过两者优势互补,建立花生含油量全基因组选择和近红外光谱筛选联合的育种技术,探讨影响花生含油量全基因组选择预测准确性的因素,为花生分子育种奠定理论基础。本研究以216个重组自交系为材料构建训练群体;分别以139、464和505株F₂、F₃和F₄为材料构建育种群体;利用自主开发的“PeanutGBTS40K”液相芯片进行基因分型,开展含油量全基因组选择育种模型分析;通过联合全基因组选择和近红外光谱筛选技术,开展花生含油量性状的育种应用,并评价其育种效果。结果显示,对训练群体进行基因分型后,总共获得30,355个高质量SNPs,并用于11个全基因组预测的模型选择分析。含油量预测准确性最高的模型为rrBLUP,其次是randomforest和svmrbf。以重组自交系为预测群体,F...     

玉米DNA分子标记及其研究进展

玉米是主要的粮食、饲料及工业加工作物,中国是玉米第二大生产国,提高玉米产量、改善玉米品质和增强玉米抗性,实现玉米生产的高产、优质、广适、多抗不仅是常规育种的主要目标,也是生物技术研究的重要内容之一。玉米DNA分子标记研究始于1975年,就玉米DNA分子标记的种类和特点及在构建分子标记图谱、比较基因组、主效基因定位和全基因组QTL分析、图位克隆、分子标记辅助选择、DNA指纹分析、杂种优势遗传成因分析、资源评估和物种进化等领域的研究进展进行综述。     

玉米育种耐密性的遗传改良规律被揭示

正近日,《自然-遗传学》在线发表中国农业科学院生物技术研究所玉米功能基因组创新团队与华南农业大学等单位合作的最新研究成果,该研究阐析了现代育种过程中玉米的基因组选择与遗传改良规律,为加速玉米遗传改良与精准设计育种提供了理论基础。科研人员收集了近几十年来国内外350份玉米育种材料,分析发现现代玉米育种过程中,种子均经     

SNP标记在玉米分子育种中的应用

SNP是第三代分子标记技术,在玉米分子育种方面具有广泛的应用。对SNP标记的概念、特点和相关的SNP技术类型进行介绍,并从玉米遗传多样性分析、构建遗传图谱及QTL分析、全基因组关联分析、品种真实性和纯度鉴定等方面的应用进行了论述。为SNP分子标记在玉米分子育种中的利用提供一些参考。     

玉米拟轮枝镰孢菌穗腐病抗性基因的挖掘

玉米穗腐病是一种严重危害玉米生产的真菌性病害,而目前在世界范围内玉米育种上应用的大多数自交系缺少对穗腐病的抗性。玉米穗腐病抗性位点的挖掘和抗病基因的克隆,对玉米穗腐病的遗传改良至关重要。本研究旨在通过转录组测序和全基因组关联分析的方法进行玉米拟轮枝镰孢菌穗腐病抗性位点的挖掘并初步确定候选基因。抗病自交系法A和感病自交系掖81162的转录组测序结果表明,人工接种拟轮枝镰孢菌后7d两个自交系的差异表达基因有10,761个。通过全基因组关联分析共检测到5个与穗腐病抗性显著相关的SNP,这些SNP分布在1号和9号染色体上。通过比对B73 RefGen_v3并注释,发现SNP位点附近涉及的基因包括酰基激活酶1过氧化物酶体、蛋白磷酸酶2C 48、镁转运蛋白、受体蛋白激酶CRINKLY4和锌指CCCH域蛋白19。将在转录组测序中获得差异表达基因和全基因组选择中关联到的基因进行比对,发现全基因组关联分析中关联到的锌指CCCH域蛋白19同时也是转录组测序中获得的差异表达基因,表明锌指CCCH域蛋白19可能与玉米拟轮枝镰孢菌穗腐病的抗性相关。本研究结果不仅能为抗病基因的克隆和玉米的抗病分子育种提供一定的理论依据和重要的遗传资源,而且能为玉米和病原菌的相互作用机理的解析奠定基础。     

玉米抗真菌病害基因挖掘与分子育种利用研究进展

由真菌引起的病害可以在玉米叶片、茎秆和雌穗等部位及生长发育的各阶段发生,严重影响玉米产量及品质。培育和种植抗病品种是控制病害的重要途径,随着现代分子生物学的发展,全基因组及多组学技术的利用为玉米抗病基因的挖掘及抗性机制的解析提供了更可靠和更便捷的方式,通过分子育种与常规育种技术相结合改良现有种质也逐渐成为培育抗性种质的有效方式。本文综述了玉米常见真菌病害的抗病遗传、基因克隆及其育种利用的最新进展,展望了新抗病基因的挖掘和机理解析、广谱抗病基因及基因编辑等技术在玉米育种中的利用,以期促进玉米优良抗病新品种的培育。     

植物基因组选择及其应用研究进展

为促进基因组选择在植物遗传改良中的应用,笔者总结了基因组选择的原理与方法、分析了基因组选择育种的统计方法,指出了各种因素对基因组选择的影响,总结了基因组选择面临的挑战,并讨论了基因组选择在植物数量性状分子育种研究中可能的应用。认为随着基因型分析成本的降低和统计方法的发展,植物基因组选择将会逐步完善,将在植物基因组育种中发挥重要的作用。     

玉米籽粒颜色全基因组关联分析

籽粒颜色是玉米重要的性状之一,籽粒色素影响玉米的营养价值和商品品质,解析其遗传机制对玉米优良种质选育至关重要。本研究以244份玉米优良自交系为材料,分析其籽粒颜色的遗传变异规律,并利用覆盖玉米全基因组的913万个SNP标记,开展籽粒颜色的全基因组关联分析,以期初步解析玉米籽粒颜色的遗传学基础。结果显示,共检测到258个SNP位点与玉米籽粒颜色性状紧密关联,其中与Level、R、G、B、Gray和RGB性状显著关联的SNP位点(Sig SNP)分别有27、11、7、197、5和11个,且有6个位点/区间(meta SNP)被至少2个性状同时定位到。所有显著性SNP位点附近共定位到482个候选基因,其中37个候选基因位于meta SNP区域,控制玉米黄白粒的Y1基因和类胡萝卜素合成的DXS3基因被籽粒颜色B值定位到。本研究结果可为进一步筛选控制籽粒颜色的基因和指导籽粒颜色选择育种提供理论基础。     

人工神经网络在作物基因组选择中的应用

目前, 基因组选择育种主要采用线性模型估计遗传育种值指导作物遗传育种的筛选过程, 但是生物体内的基因以及遗传位点的关系主要是复杂的非线性调控。本研究将人工神经网络技术应用到作物基因组选择育种中, 对现有的作物基因组选择育种模型进行优化, 建立了高效的作物基因组选择预测系统, 并与其他线性回归预测模型进行比较。通过分析小麦的育种数据发现, 基于人工神经网络的遗传育种估计效果优于其他线性回归预测模型, 预测育种值与实际育种值间的相关系数平均值达到0.6636, 相应的岭回归BLUP、贝叶斯线性回归模型和基于系谱信息的贝叶斯回归模型的预测能力分别为0.6422、0.6294和0.6573; 最优的预测效果达到0.8379, 远高于其他2种模型的最优结果。同时, 基于人工神经网络的基因组选择模型的预测效果稳定, 与传统的统计模型相近, 因此, 利用人工神经网络技术建立基因组选择是可行的。     

甜玉米穗位高的QTL定位

选用穗位高有显著差异的甜玉米自交系T14和T4为亲本配制杂交组合,以330个F2单株为作图群体,用复合区间作图法在玉米全基因组上检测穗位高QTL。结果显示,在F2:3群体中检测到7个与甜玉米穗位高相关的QTL,分别位于玉米第3、4、8、9、10染色体上,可解释3.2%~13.3%的表型变异。这一结果有望为加快高产、耐密和抗倒伏育种进程,实现分子标记辅助选择提供理论依据。     

援西非农业项目玉米育种的策略建议与探讨

通过剖析西非地区玉米品种情况及其面临的问题,提出援西非农业项目玉米育种的策略建议:根据不同国家情况确定育种目标,培育不同类型玉米杂交品种,并注重品种耐旱、耐贫瘠等优良性状的选择;按“地方系”与“外来系”的配对模式组配,提高育种效率,并兼顾自交系一般配合力和产量选择;开展示范与配套技术研究以利于新品种推广等。同时对今后的工作思路进行探讨,加强西非地方种质与引进外来种质的研究利用,针对当地生产条件及收获习惯选育品种,以相对简单科学的试验设计获取完整、正确的试验结果,稳定援外项目育种队伍及为育种成果联合开发寻求出路等。     

玉米雄穗长的全基因组关联分析

为了阐明雄穗长的遗传基础并定位相关的数量性状位点,利用289份常用玉米自交系为试验材料,在自然条件下测量并分析玉米的株高、穗位高、雄穗柄长与雄穗长的相关性,并利用全基因组关联分析对雄穗长进行初步定位。结果表明,玉米雄穗长与3个农艺性状呈显著相关或极显著相关,其中与雄穗柄长关联最密切,相关系数最高达到0.717。同时共定位出13个与玉米雄穗长相关的标记位点,分别位于Bin1.05、Bin7.02、Bin8.03、Bin10.05处。采用全基因组关联分析的方法发掘雄穗长基因位点及候选基因,对揭示雄穗的遗传机理,加速玉米育种进程具有重要的意义。     

群体构成方式对大豆百粒重全基因组选择预测准确度的影响

百粒重是大豆产量的重要构成因子,在一定条件下与产量呈显著正相关。百粒重是一个复杂的数量性状,用传统的育种方法其遗传增益不明显。本研究对280份大豆品种多年多点田间鉴定,通过混合线性模型预测获得品种百粒重的最佳线性无偏预测值。同时利用分布在大豆全基因组的5361个SNP标记鉴定参试品种基因型,结合随机回归最佳线性无偏预测模型和交互验证方法,探讨了群体构成方式对大豆百粒重的全基因组选择预测准确度的影响。结果表明,大豆百粒重的全基因组选择预测准确度变化范围为–0.15~ +0.75;群体构成方式对百粒重的预测准确度影响明显;亚群内的预测准确度(0.24~0.75)高于亚群间(?0.15~ +0.29);当群体间遗传距离由0.1566增加到0.2201时,预测准确度下降27.87%;相比随机构建的训练群体,基于群体遗传结构构建的训练群体能将百粒重的预测准确度提高2.34%。本研究明确了大豆百粒重的全基因组选择预测准确度,阐明了群体结构对大豆百粒重的全基因组选择预测准确度的影响,为大豆分子育种提供了新的思路和方法。     

玉米穗位叶叶绿素含量的QTL定位分析

叶绿素含量是决定作物光合效率的重要因素,也是作物高光效育种的重要目标性状之一。本研究利用玉米自交系W22与玉米野生祖先种大刍草杂交衍生得到的包含866个家系的渗入系群体,结合均匀覆盖玉米全基因组的19 838个SNP分子标记,采用R/qtl的多QTL模型对玉米开花期穗位叶的叶绿素含量进行高精度的QTL定位分析。结果共检测到10个控制穗位叶叶绿素含量的QTL,分别位于第1、3、4、5、6、7、8和9染色体,单个QTL表型贡献率的变幅为2.02%～4.04%,加性效应的变幅为1.61～3.03,表明玉米穗位叶叶绿素含量属于典型的数量性状,由微效多基因控制。本研究可以为进一步解析玉米穗位叶叶绿素含量的遗传基础、图位克隆相关关键基因及分子标记辅助选择育种改良玉米植株叶绿素含量提供了重要的参考价值。     

耐密型玉米育种相关问题的思考

玉米种植密度逐步提高不仅是玉米产量不断提高的主要途径,也是育种中提高选择效果的重要手段。本文结合我国玉米生产和育种的实际情况,对耐密型玉米品种选育的育种目标、种质选择、自交系选育技术和杂交种鉴定技术进行了探讨。     

分子标记辅助选择在玉米育种中的应用进展

分子标记辅助选择给玉米育种提供了新的途径,促进了玉米育种的发展。对玉米分子标记辅助选择育种的研究进展、影响因素等方面进行了总结。     

玉米常规育种中存在的问题的生物技术解决方案

随着现代生物技术的迅速发展,育种家利用生物技术途径解决玉米常规育种中难以解决的问题已成为可能。转基因技术可使玉米基因组本来不存在的外源基因导入进去,培育成具有“外来性状”的转基因玉米;分子标记辅助育种可以将多基因控制的性状快速地聚合在一起,培育出高产、优质、多抗性聚合的超级玉米品种。而目前玉米的常规育种与生物技术如何有效地结合,是国内外亟待解决的关键性问题。本文就当前玉米常规育种中存在的问题和生物技术的优势做了讨论,并提出有效相结合的建议,以期今后能更快地培育出优质、高产的多抗性聚合新品种。     

科学家研究热带玉米对日照长度的响应

热带玉米种植到美国之后会出现开花延迟以致产量减少,使育种工作受到影响,因此研究者们把来白干墨西哥和泰国的玉米和美国本土玉米进行杂交。美国农业部农业研究局和北卡罗来纳州立大学的科学家们对玉米基因组进行鉴定,发现控制光周期响应的四个区域。