基因组学和表型组学相结合促进甘蔗的育种


发布时间:

2023-08-06

来源:

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作者:

PhenoTrait

遗传增益低主要是由于育种周期长,育种群体广泛表型化的实际困难,经济上重要性状的狭义遗传力低,杂合性高的复杂多倍体基因组大,基因型x环境x管理(GxExM)互作效应。更具体地说,甘蔗植物的高生物量使得准确的详细表型在物流上非常具有挑战性,这损害了选择的准确性。这在选择的早期阶段尤其如此,因为小的单行或双行地块造成了大的地块间竞争效应。因此,准确、经济、高通量的表型分析为在育种试验中更精确地估计甘蔗无性系的真实产量潜力提供了极好的机会,这是甘蔗快速改良的主要瓶颈。

 

在甘蔗育种中,需要定期对大型遗传多样性基因型群体进行可靠、准确的表型分析。虽然实验数据和模型已经显示了全基因组选择(Genomic Selection,GS)在甘蔗上的预测能力(对克隆遗传优点的估计)和潜在的品种开发应用,但它在甘蔗产量和糖含量等复杂数量性状的育种上的成功,主要是由非加性遗传效应控制的(即基因或等位基因之间的相互作用,不易从亲本遗传给后代),至少在一定程度上取决于准确、高通量、还有性价比高的表现型。因此,高通量表型组学将大大降低成本,提高创建可靠的GS训练集和表型数据的效率,这些数据是构建选择所需的统计稳健的克隆性能预测模型所必需的。此外,随着育种群体遗传背景的不可避免的变化和不同农业生态条件下目标生产环境的变化,这些GS预测模型需要不断完善。

 

下一代测序技术、基因组学、标记发现、标记系统开发、甘蔗及相关物种基因组测序、生物信息学和大数据分析的持续进展和投资,以及在一些商业甘蔗育种计划中实施GS和表型组学的投资,都表明标记辅助选择(marker-assisted selection,MAS)和高通量田间表型组学将至少在大型甘蔗产业中成为甘蔗育种不可缺少的一部分。GS辅助甘蔗选育的加速增产效果非常明显。将田间表型组学整合到GS辅助甘蔗育种中,将进一步提高遗传增益和产量提高的实现率。为美国玉米产业开发的耐旱玉米是通过整合基因组学、表型组学、性状和作物模型的育种计划发现并交付产品(耐旱玉米)的第一个例子。甘蔗GS系统的开发、甘蔗各种作物性能性状的高通量表型学辅助筛选以及甘蔗性状/作物建模等方面取得的显著进展,现在提供了一个独特的机会,可以将这些强大的工具和技术结合在一起,利用它们来改变甘蔗育种的未来

 

图1 与产量相关的间接选择性状的理想属性,具有通过育种加速甘蔗遗传改良的潜力。用于选择的潜在性状可能具有一个或多个属性

 

图2 适合高通量表型(high-throughput phenotyping,HTP)的性状及其与基因组选择(genomic selection,GS)共同应用于甘蔗育种的潜力。HTP和/或GS对这些性状的适用性已在甘蔗试验中得到证实

 
 
来 源

Lakshmanan Prakash Luo Ting Liu Xiaoyan . A combined genomics and phenomics approach is needed to boost breeding in sugarcane. Plant Phenomics. 0;DOI:10.34133/plantphenomics.0074

 

编辑

王春颖

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