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Kong X, Ji S, Liu Y et al. (2024) Genomic selection on ear height, plant height and grain yield in the primary testing stage of maize hybrids. Euphytica 220(11):169-179. https://doi.org/10.1007/s10681-024-03425-z
研究背景
1. 玉米杂交种初级测试阶段的重要性：玉米是全球商业化最成功的作物，杂交种的开发依赖于异质性的利用。传统育种方法依赖于田间表型选择，但过程繁琐且耗时。玉米的许多性状受多基因控制，受环境因素和基因型-环境互作影响，导致表型表现不稳定，商业杂交种的育种通常需要超过五年时间。遗传诱导是生产玉米单倍体的有效方法，利用单倍体培育自交系已在玉米育种中广泛采用。
2. 全基因组选择（GS）在玉米育种中的应用：GS是一种前沿的育种技术，通过构建预测模型，基于基因组数据估计的育种值进行个体的预测和早期选择。GS与双单倍体（DH）技术结合，通过先进的数据和信息管理，显著降低了成本。研究表明，GS在植物育种中具有巨大潜力，特别是在玉米中，GS与DH的结合已成功应用。
研究方法
1. 遗传材料、表型评估和遗传力估计：本研究使用了一个测试者和2029个DH系进行开放授粉，产生了2029个F1杂交种。这些杂交种在三个代表性地点进行了随机完全区组设计种植。对EH、PH和GY的表型数据进行了分析，使用META-R软件进行最佳线性无偏预测（BLUP）、广义遗传力（H²）和变异系数的计算。
2. 基因型和质量控制：在授粉前收集亲本叶片样本，通过CTAB法提取DNA，并通过GBS平台进行基因分型。对SNP标记数据集进行了过滤，筛选出9300个SNP用于进一步的遗传分析。
3. 基因组预测模型：使用rrBLUP模型进行杂交种的基因组预测值分析。rrBLUP是一种基于贝叶斯框架的多基因信息预测方法，假设所有标记的方差是同质的，并将所有标记效应等量收缩至零。rrBLUP等同于BLUP，并使用从标记估计的实现关系矩阵。
4. 田间验证：在田间验证了预测结果，将育种估计值和实际测量值分别排序，选取前12%（243个材料）进入下一阶段的测试。80%的243个杂交种被包括在实际测量值中，并使用EXCEL进行了统计分析。
实验设计
1. 材料和方法：本研究使用了2029个杂交种作为遗传材料，采用不同的训练种群比例进行GS的EH、PH和GY预测，并在田间进行验证比较预测的准确性。
2. 表型分析和相关性分析：对2029个杂交种的EH、PH和GY三个农艺性状的极端值、平均值、基因型方差、残差、广义遗传力和变异系数进行了总结。EH和PH的H²相对较高，分别为0.76和0.79；GY受环境影响较大，H²为0.43。所有三个性状的变异系数相对较低，GY的变异系数最高，为10.94。
3. 标记分布：SNP数据集中的标记在整个玉米基因组中分布。通常，标记密度在染色体末端较高，向着着丝粒区域递减。染色体1、2和3显示出相对丰富的SNP，特别是染色体8的末端和染色体9的长臂。
结果分析
1. 表型分析结果和相关性分析：EH、PH和GY的表型值的频率分布和相关性表明，EH和PH与GY之间的相关系数分别为0.72和0.24，PH和GY之间的相关系数为0.38（P<0.01）。这表明这三个性状的表型变异主要源于遗传因素。
2. 环境表示： EH、PH和GY的双标记图显示，品种在三个种植地点均匀且一致地分布，表明环境具有很强的品种区分能力。每个性状的排名在不同环境之间是相反的，表明所选的三个地点是不重复且具有代表性的。
3. 杂交种农艺性状的可预测性：本研究使用rrBLUP模型对EH、PH和GY三个农艺性状进行预测。训练群体的比例分别为40%、50%、60%、70%和80%，进行了100个周期。通过比较三个农艺性状预测的育种值的平均值和标准差，当训练群体为50%时，预测准确性最高。EH和PH的预测准确性分别为0.76和0.75，而GY稍低，为0.47。
4. 田间群体验证和多性状分析：在玉米杂交种的初级测试阶段，测试排名前12%的杂交种进入下一阶段，即2029个杂交种中有243个进入。当训练群体设置为50%时，获得了最佳预测结果。当预测GY排名大约在前55%时，可以包括80%的实际测量排名在前243的杂交种。同样，当预测EH和PH排名大约在前26%时，可以包括80%的实际测量排名在前243的杂交种。基于GY数据的排名是进入下一阶段的主要依据，但也考虑了其他性状。基于GY排名的前243个杂交种被选为进入下一阶段，显示出与EH和PH排名的高重叠性。
总体结论
1. GS在玉米杂交种初级测试阶段的应用：本研究探讨了GS在育种中的实际应用，并与田间验证结果进行了比较，这对于现实世界的应用具有很高的相关性。随着基因组测序技术的进步和成本的降低，GS在商业育种中的应用预计将变得更加广泛，对玉米育种的未来产生深远影响。
2. GS在育种中的重要性：GS是一种有前景的基因组工具，可以在不需要实际表型测量的情况下预测基因型杂交种的表型。GS的有效性可以通过其基因组预测能力来评估，这提供了中等到高精度的预测，节省了时间和成本。预测准确性是影响基因组选择的一个重要条件，通过观察表型与预测的GEBVs之间的相关性来比较。尽管GY的遗传力较低，但通过验证rrBLUP预测杂交种的育种值也被证明是非常有效的方法。
2024_Euphytica_Kong-Xinying_Genomic-selection-on-ear-height-plant-height-and-gra.pdf
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发表于 2025-12-20 10:55:03