以下文章來源于南北學(xué)苑 ，作者劉文欣
編輯 | 新銳恒豐研究院
作者 | 劉文欣
目前，利用分子標(biāo)記結(jié)合全基因組選擇（GS）方法來（1）選擇優(yōu)良自交系（或DH系），以及（2）預(yù)測可能的雜交組合的產(chǎn)量潛力及其它表型值，其商業(yè)價(jià)值已被廣泛認(rèn)可，也早在國際種業(yè)公司廣泛應(yīng)用。我們在十三五期間，通過全國幾十家玉米科研和育種企業(yè)合作，組織實(shí)施和收集了我國東華北和黃淮海兩大主產(chǎn)區(qū)共55套玉米新品種多環(huán)境表型測試試驗(yàn)（涉及試點(diǎn)次數(shù)超過1000，參試雜交種800多個(gè)），并征集了這些雜交種的部分親本做了56k芯片檢測。通過對表型（主要是產(chǎn)量）、基因型、以及二者結(jié)合分析，形成的部分分析結(jié)果展示如下：
一、新品種產(chǎn)量水平穩(wěn)步提升項(xiàng)目組從2014年（十二五863）開始即組織東華北（DHB）中晚熟春播和黃淮海（HHH）夏播新品種聯(lián)合測試。我們將所有點(diǎn)次的對照ck（鄭單958）校正到同一水平后去計(jì)算各年參試新品種的平均產(chǎn)量較對照ck的增產(chǎn)率。2015年有效試點(diǎn)數(shù)較少僅項(xiàng)目單位的7個(gè)試點(diǎn)，后面引入第三方測試平臺(tái)（泰斯特、鐵嶺東升），每個(gè)區(qū)每年試點(diǎn)數(shù)22~24個(gè)。從圖1中可以看到兩大區(qū)的新品種產(chǎn)量水平均逐年增加。
二、現(xiàn)有種質(zhì)亟待拓寬主成分分析可以降低高維數(shù)據(jù)中的多重相關(guān)性，提取數(shù)據(jù)中最主要的特征信息，展示遺傳材料間的主要差異和親緣關(guān)系。
從所收集的719份親本種質(zhì)主成分分析結(jié)果（圖2）看，第一主成分（PC1，貢獻(xiàn)率的選育來源是[(京24×5237)×京24]）等大品種就是拓寬種質(zhì)與雜優(yōu)模式創(chuàng)新的重要成果。個(gè)人認(rèn)為，在玉米育種上，種源是個(gè)卡脖子問題，但是一旦拓寬了育種群體的種質(zhì)基礎(chǔ)，就不再卡脖子，而且能源源不斷出大品種。育種家在A、B兩群的培育中，同時(shí)對兩群廣泛拓展可能不容易，但是固定其中一群，對另一群不斷嘗試拓展可能更現(xiàn)實(shí)和必須。
三、雜種優(yōu)勢（雜交種表型）分子預(yù)測精度可以大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用本研究中雖然55套多環(huán)境測試中共有雜交種800多個(gè)，但是兩個(gè)親本均有芯片結(jié)果的雜交種僅有227個(gè)，其中東華北129個(gè)，黃淮海102個(gè)（兩區(qū)少量幾個(gè)品種重疊）。通過交叉驗(yàn)證的方法來測試預(yù)測模型的精度（表1），綜合來看BayesB和RKHS的直接預(yù)測精度能達(dá)到0.4左右（黃淮海精度稍低一些可能是因?yàn)闃颖救萘枯^?。?/p>
雖然直接預(yù)測精度0.4不算高，如果結(jié)合一定的淘汰率，比如基于預(yù)測值淘汰90%，那么在中選的組合中，比對照（先玉335）高產(chǎn)的組合比例在80%以上（圖3）。如果應(yīng)用于對DH系雜交組合的預(yù)測和選擇，在更高比例的淘汰率（比如95%，甚至99%），入選組合的高產(chǎn)比例將更高。這在當(dāng)前DH育種技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的形勢下，利用全基因組選擇方法進(jìn)行雜交組合的預(yù)測和淘汰，具有重要的應(yīng)用價(jià)值，顯著降低表型測試規(guī)模和成本，提高選擇的準(zhǔn)確性。
另外，與西北農(nóng)林科技大學(xué)薛吉全教授團(tuán)隊(duì)合作的雜種優(yōu)勢預(yù)測研究，直接預(yù)測精度可達(dá)0.558（GuoliangLi,etal.,2020,TheCrop Journal），在陜A群´陜B群育種模式下已有10多個(gè)新品種得到審定或正在區(qū)試中。在單個(gè)育種家群體中的預(yù)測精度肯定更高、實(shí)用性更強(qiáng)。玉米雜交組合表型預(yù)測一般根據(jù)待預(yù)測組合的親本是否在訓(xùn)練集出現(xiàn)可分為T2（雙親都在訓(xùn)練集出現(xiàn)過）、T1（只有1個(gè)親本在訓(xùn)練集出現(xiàn)過）、以及T0（雙親都未曾在訓(xùn)練集出現(xiàn)過）等三種類型。以上展示的預(yù)測研究結(jié)果基本上都屬于T2類型；如果是T1或T0類型，其預(yù)測精度肯定低于上述數(shù)值。如何進(jìn)一步提高預(yù)測精度，特別是T1和T0類型的預(yù)測精度，還有待深入探索。
四、DH育種技術(shù)選育新品種數(shù)量逐年快速增加DH育種技術(shù)正在全國玉米育種科研院所和種業(yè)公司廣泛應(yīng)用。在項(xiàng)目內(nèi)參加單位的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，每年通過DH技術(shù)審定的新品種數(shù)量逐年快速增加。DH技術(shù)結(jié)合分子預(yù)測技術(shù)，將進(jìn)一步提升玉米育種的效率。
以上內(nèi)容是在陳紹江教授主持下，全國35家單位共同合作的成果，感謝所有參加人員辛勤付出！感謝已畢業(yè)的李國梁博士所付出的努力！對項(xiàng)目以外各聯(lián)合體成員單位的大力支持表示衷心的感謝！感謝泰斯特、鐵嶺東升科技公司的大力支持！歡迎大家對以上內(nèi)容進(jìn)行討論，不當(dāng)之處敬請批評(píng)指正！
