CN109566398A - 一种马铃薯杂交育种亲本的选择方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种马铃薯杂交育种亲本的选择方法，其包括选择父本和母本，所述父本与所述母本之间的相同有害突变的比例低。本发明至少以下有益效果之一：1)本发明利用基因组学技术，从马铃薯的全基因组水平检测相同有害突变的数目和分布，使得亲本的选择更加准确可靠；2)选择相同有害突变比例低，即选择有害突变差异比较大的马铃薯材料的作为亲本，将它们杂交之后，绝大部分有害突变都维持在杂合状态，从而不会对表型产生不利影响；3)通过全基因组水平检测相同有害突变的数目和分布，并据此选择相同有害突变比例低的作为亲本，为获得最大限度杂交优势后代提供了理论基础。
Description
技术领域
本发明属于遗传育种技术领域，具体为一种马铃薯杂交育种亲本的选择 方法及由该方法选择出的马铃薯亲本，以及其杂交育种产生的马铃薯。
背景技术
马铃薯营养全面，是世界最重要的块茎类粮食作物，在解决全球粮食危 机方面发挥着重要的作用。栽培马铃薯主要是同源四倍体，基因组高度杂合， 遗传分析复杂，导致育种周期长，品种更新慢。为了维持四倍体优良特性， 马铃薯采用薯块进行无性繁殖，而无性繁殖又存在繁殖系数低、储运成本高、 易感染病虫害等缺陷。为了解决马铃薯产业面临的这些问题，越来越多的科 学家呼吁在二倍体水平进行马铃薯的再驯化，将马铃薯驯化成种子繁殖的作 物。在二倍体水平上，我们可以培育纯合的自交系，然后将不同的自交系进 行杂交，获得生长一致的具有杂种优势的杂交种。
但是严重的自交衰退限制了马铃薯纯合自交系的培育。自交衰退是异交 作物普遍存在的一种遗传现象，主要是由于有害突变(deleterious mutation) 引起的。有害突变是生物体携带的一些不良变异，会降低生物体的适合度。 作为无性繁殖物种，马铃薯的自交衰退更为严重，这主要是因为在长期的无 性繁殖过程中，马铃薯积累了大量的有害突变，但是通过重组对有害突变的 清除是有限的。大部分有害突变是处于杂合状态的，对生物体的影响不大， 但是一旦自交之后，就会表现出明显的自交衰退。在创制自交系的过程中， 大量的有害突变逐渐趋于纯合状态，必然会影响自交系的表现。因此，在杂 交育种中为获得最大限度杂种优势的后代而选择亲本就成为关键。
发明内容
为此，本申请利用快速发展的基因组学技术，从全基因组水平对杂交育 种亲本的有害突变的数目和分布进行检测，并据此选择出相同有害突变比例 低的亲本，将其进行杂交，为获得最大限度杂种优势后代提供了理论基础和 方法。为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：本发明提供的一种马 铃薯杂交育种亲本的选择方法，所述亲本包括父本和母本，所述父本和所述 母本通过所述父本与所述母本之间的相同有害突变的比例进行选择。
在本发明提供的一个具体实施方式中，所述相同有害突变的比例低于所 述亲本样本相同有害突变比例的平均值。例如，所述平均值可为0.3、0.29、 0.28、0.27、0.26、0.25、0.24、0.23、0.22、0.21、0.2、0.19、0.18、0.17、 0.16、0.15、0.14、0.13、0.12、0.11、0.10、0.09、0.08、0.07、0.06、0.05 或0.04等。所述平均值是通过将所有亲本样品中任意两份样品之间相同有害 突变进行比较计算出两两之间相同有害突变的值，再根据两两之间相同有害 突变的值计算出平均值。
在本发明提供的一个具体实施方式中，所述相同有害突变的比例低于 0.3。示例性地，所述相同有害突变的比例为0.29、0.28、0.27、0.26、0.25、 0.24、0.23、0.22、0.21、0.2、0.19、0.18、0.17、0.16、0.15、0.14、0.13、 0.12、0.11、0.10、0.09、0.08、0.07、0.06、0.05或0.04等。
在本发明的一个具体实施方式中，所述相同有害突变为利用SIFT软件 检测每个SNP位点时，所得的SIFT分值小于等于0.05的位点。例如，所得 的SIFT分值为0.05、0.04、0.03、0.02、0.01等。
在本发明的一个具体实施方式中，所述相同有害突变的比例的计算公式 为：
其中，ratio表示父本和母本之间相同有害突变的比例，a表示父本和母 本中均为纯合的有害突变的数目；b表示父本为纯合，母本为杂合，或父本 为杂合，母本为纯合的有害突变的数目；c表示父本和母本均为杂合的有害 突变的数目，d表示父本和母本共同检测到的有害突变的数目。
在本发明的一个具体实施方式中，所述有害突变分布于近着丝粒区域。
在本发明的一个具体实施方式中，所述有害突变的分布采用滑动窗口的 方法进行统计，窗口大小为5Mb，步长为1Mb。
在本发明的一个具体实施方式中，所述的马铃薯杂交育种亲本的选择方 法包括预测所述父本与所述母本之间相同有害突变的比例并分析其在染色 体上的分布，并根据上述预测，选择所述父本与所述母本之间相同有害突变 的比例低于所述亲本样本相同有害突变比例的平均值的作为杂交育种的亲 本。
在本发明的一个具体实施方式中，上述预测是通过对所述父本与所述母 本进行基因组测序，根据全基因组测序结果进行预测。
在本发明的一个具体实施方式中，所述的马铃薯杂交育种亲本的选择方 法具体包括如下步骤：(1)对马铃薯父本和母本的基因组分别进行重测序； (2)预测全基因组范围内的有害突变并分析其在染色体上的分布；(3)统 计父本与母本之间相同有害突变的比例；(4)选择相同有害突变比例低的父 本和母本。
本发明另一方面提供马铃薯杂交育种亲本，所述亲本包括父本和母本， 所述父本与所述母本之间的相同有害突变的比例低于所述亲本样本相同有 害突变比例的平均值。
在本发明的一个具体实施方式中，所述相同有害突变的平均值为0.3、 0.29、0.28、0.27、0.26、0.25、0.24、0.23、0.22、0.21、0.2、0.19、0.18、 0.17、0.16、0.15、0.14、0.13、0.12、0.11、0.10、0.09、0.08、0.07、0.06、 0.05或0.04等。所述平均值是通过将所有亲本样品中任意两份样品之间相同 有害突变进行比较计算出两两之间相同有害突变的值，再根据两两之间相同 有害突变的值计算出平均值。
在本发明提供的一个具体实施方式中，所述相同有害突变的比例低于 0.3。示例性地，所述相同有害突变的比例为0.29、0.28、0.27、0.26、0.25、 0.24、0.23、0.22、0.21、0.2、0.19、0.18、0.17、0.16、0.15、0.14、0.13、 0.12、0.11、0.10、0.09、0.08、0.07、0.06、0.05或0.04等。
本发明另一方面提供一种马铃薯，该马铃薯是由上述马铃薯杂交育种亲 本的选择方法选择出的马铃薯亲本进行杂交而产生的，或由上述马铃薯杂交 育种亲本杂交而产生。
采用上述技术方案，本发明包括以下有益效果之一：
1)本发明利用基因组学技术，从马铃薯的全基因组水平检测有害突变 的数目和分布，使得亲本的选择更加准确可靠；
2)选择相同有害突变比例低，即选择有害突变差异比较大的马铃薯材 料的作为亲本，将它们杂交之后，绝大部分有害突变都维持在杂合状态，从 而不会对表型产生不利影响；
3)通过全基因组水平检测相同有害突变的数目和分布，并据此选择相 同有害突变比例低的作为亲本，为获得最大限度杂交优势后代提供了理论基 础。
附图说明
图1所示为本发明实施例提供的151份马铃薯材料中任意两份马铃薯材 料之间相同有害突变的比例的分布密度。
图2所示为本发明实施例提供的PG6235为父本，PG6359为母本及其 杂交产生的后代的株高的比较结果图。
图3所示为本发明实施例提供的PG6235为父本，PG6359为母本及其 杂交产生的后代的产量的比较结果图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描 述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中 的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有 其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得 到。
实施例一：本发明提供的一种马铃薯杂交育种亲本的选择方法，包括如 下步骤：
(1)对不同的马铃薯材料进行全基因组重测序。
采用Illumina HiSeq X Ten测序平台对151份二倍体马铃薯材料进行重 测序，每份材料产生约10Gb的数据。
将测序数据比对到马铃薯参考基因组(v4.03版本)上，提取全基因组 的纯合和杂合SNP位点。纯合SNP的定义为SNP index≥0.9或者≤0.1，杂合 SNP的定义为SNP index在0.3～0.7之间。
(2)预测全基因组范围内的有害突变并分析其在染色体上的分布
利用SIFT(Sorting Intolerant From Tolerant)软件预测每份材料中的SNP 位点是否是有害突变。如果SIFT分值≤0.05，则该位点为有害突变，否则为 非有害突变。在151份材料中，我们一共预测到了344,831个有害突变。利 用滑动窗口统计有害突变在染色体上的分布，发现有害突变在近着丝粒区域 富集，该区域的重组频率是非常低的，很难通过重组将这些有害突变进行清 除。
(3)统计任意两份材料之间相同有害突变的比例。
计算151份马铃薯中任意两份材料之间相同有害突变的比例，计算公式 如下：
其中，ratio表示任意两份马铃薯材料之间相同有害突变的比例，a表示 两份材料中均为纯合的有害突变的数目，b表示一份材料中是纯合而另一份 材料中是杂合的有害突变的数目，c表示两份材料中均为杂合的有害突变的 数目，d表示两份材料共同检测到的有害突变的数目。
通过计算发现，上述151份马铃薯材料中任意两份马铃薯材料之间相同 有害突变的比例在0.04～0.32之间，根据该值计算该151份马铃薯材料样本 的平均值为0.11。
实施例二
根据实施例一中的计算结果，选择相同有害突变比例为0.07的两份材料 PG6235和PG6359进行育种。以PG6235为父本，PG6359为母本，将两者 进行杂交，之后对杂交后代的田间表现进行观察，发现二者杂交之后具有明 显的杂种优势。其实验结果如图2和图3所示。如图2所示，相较于父本和 母本，F1杂交种的平均株高分别增加81％和17％。如图3所示，相较于父 本和母本，F1杂交种的平均产量分别增加38％和21％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于 本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神 和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种马铃薯杂交育种亲本的选择方法，其特征在于，所述亲本包括父本和母本，所述父本和所述母本通过所述父本与所述母本之间的相同有害突变的比例而从亲本样本中进行选择。
2.根据权利要求1所述的马铃薯杂交育种亲本的选择方法，其特征在于，所述相同有害突变的比例低于所述亲本样本相同有害突变比例的平均值或所述相同有害突变的比例等于或低于0.3；优选地，所述平均值为0.3、0.29、0.28、0.27、0.26、0.25、0.24、0.23、0.22、0.21、0.2、0.19、0.18、0.17、0.16、0.15、0.14、0.13、0.12、0.11、0.10、0.09、0.08、0.07、0.06、0.05或0.04；或所述相同有害突变的比例为0.29、0.28、0.27、0.26、0.25、0.24、0.23、0.22、0.21、0.2、0.19、0.18、0.17、0.16、0.15、0.14、0.13、0.12、0.11、0.10、0.09、0.08、0.07、0.06、0.05或0.04。
3.如权利要求1所述的马铃薯杂交育种亲本的选择方法，其特征在于，所述相同有害突变为利用SIFT软件检测每个SNP位点时，所得的SIFT分值小于等于0.05的位点。
4.如权利要求1所述的马铃薯杂交育种亲本的选择方法，其特征在于，所述相同有害突变的比例的计算公式为：
其中，ratio表示父本和母本之间相同有害突变的比例，a表示父本和母本中均为纯合的有害突变的数目；b表示父本为纯合，母本为杂合，或父本为杂合，母本为纯合的有害突变的数目；c表示父本和母本均为杂合的有害突变的数目，d表示父本和母本共同检测到的有害突变的数目。
5.如权利要求1所述的马铃薯杂交育种亲本的选择方法，其特征在于，所述有害突变分布于近着丝粒区域。
6.如权利要求1所述的马铃薯杂交育种亲本的选择方法，其特征在于，所述方法具体包括：
(1)预测所述父本与所述母本之间相同有害突变的比例并分析其在染色体上的分布；
(2)选择所述父本与所述母本之间相同有害突变的比例低的作为杂交育种的亲本。
7.如权利要求6所述的马铃薯杂交育种亲本的选择方法，其特征在于，所述预测是通过对所述父本与所述母本进行基因组测序，根据全基因组测序结果进行预测。
8.马铃薯杂交育种亲本，其特征在于，所述亲本包括父本和母本，所述父本与所述母本之间的相同有害突变的比例低于所述亲本样本相同有害突变比例的平均值，或所述相同有害突变的比例等于或低于0.3；优选地，所述平均值为0.3、0.29、0.28、0.27、0.26、0.25、0.24、0.23、0.22、0.21、0.2、0.19、0.18、0.17、0.16、0.15、0.14、0.13、0.12、0.11、0.10、0.09、0.08、0.07、0.06、0.05或0.04；或所述相同有害突变的比例为0.29、0.28、0.27、0.26、0.25、0.24、0.23、0.22、0.21、0.2、0.19、0.18、0.17、0.16、0.15、0.14、0.13、0.12、0.11、0.10、0.09、0.08、0.07、0.06、0.05或0.04。
9.一种马铃薯，其特征在于，是由权利要求1-7中任一项所述的马铃薯杂交育种亲本的选择方法选择出的马铃薯亲本进行杂交产生，或由权利要求8所述的马铃薯杂交育种亲本杂交产生。
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