CN113951134A - 一种基于单株评价及全基因组选择技术的高效玉米育种方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于单株评价及全基因组选择技术的高效玉米育种方法,该方法包括以下步骤:S1、第一种植季对玉米母本进行多父本花粉授粉;S2、第二种植季对杂交籽粒进行单粒播种,单株选择并评价目标性状;S3、对选择的杂交组合亲本进行鉴定;S4、对杂交组合的目标性状进行全基因组预测;S5、根据预测的目标性状选择优良杂交组合;S6、选择的优良杂交组合直接进入品种审定环节或继续进行评价。本发明提供的育种方法极大地减少了第一种植季杂交组合组配的种子量及第二种植季杂交组合的种植规模,有效降低了育种成本,并可对未组配的杂交组合进行预测进而筛选优良组合,减少优良遗传资源的浪费,提高育种实践的选择效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于单株评价及全基因组选择技术的高效玉米育种方法。
背景技术
玉米是世界上主要的大田作物,通过培育玉米高产新品种是提高产量的重要途径之一。按照常规玉米育种方法,一个玉米育种单位通常每年需要组配数千乃至数万个杂交组合,并于下一个种植季对这些杂交组合进行多点穗行鉴定,从中筛选出少数优良杂交组合进入品种审定环节。该过程需要对大量的无用杂交组合进行组配、多点评价,耗费大量的人力、物力和财力,不利于育种单位控制育种成本。尽管如此,育种实践中组配的杂交组合只占理论数量的一小部分,优良杂交组合很可能因没有组配而不能选择出来,造成优良遗传资源的浪费。
发明内容
为解决现有技术中玉米育种时组配的杂交组合只占理论数量的一小部分,优良杂交组合很可能因没有组配而不能选择出来,造成优良遗传资源的浪费,本发明提供一种基于单株评价及全基因组选择技术的高效玉米育种方法。
为了解决上述技术问题,本发明提供了如下的技术方案:
一种基于单株评价及全基因组选择技术的高效玉米育种方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
S1、第一种植季对玉米母本进行多父本花粉授粉;
S2、第二种植季对杂交籽粒进行单粒播种,单株选择并评价目标性状;对杂交籽粒进行单粒播种时,应对单粒播种的对杂交籽粒对应的母本进行记录;并需要注意播种密度、土壤条件及田间管理措施等影响单株生长的因素应保持一致。
S3、对选择的杂交组合亲本进行鉴定;鉴定的方法,包括如下步骤:
S31、利用第一种植季所有父本及母本的基因组DNA筛选能够建立亲本指纹图谱的分子标记;
S32、利用分子标记对第一种植季所有父本及母本的基因组及杂交籽粒的基因组DNA模板进行PCR扩增,记录基因型;
S33、根据第一种植季所有父本及母本的基因型推导所有可能的杂交组合基因型;
S34、将杂交籽粒的基因型与推导出的所有杂交组合基因型进行比对,记录相同基因型位点匹配率;若某一选择的杂交组合与某一推导杂交组合具有最大相同基因型位点匹配率,则该推导杂交组合的亲本为该选择的杂交组合的亲本。
S4、对杂交组合的目标性状进行全基因组预测;
全基因组预测的方法包括以下步骤:
S41对S3中鉴定的杂交组合亲本进行基因分型,并根据亲本基因型推断相应杂交组合基因型;
S42利用S2中评价的杂交组合目标性状均值与基因型拟合全基因组预测模型;
S43根据拟合的预测模型预测所有可能的杂交组合的目标性状。
S5、根据预测的目标性状选择优良杂交组合;
S6、选择的优良杂交组合直接进入品种审定环节或继续进行评价。
亲本基因型鉴定及杂交组合基因型推导不受第二种植季的限制,可在第一种植季完成。
理论上,只要知道玉米自交系的基因型信息及部分杂交组合的表型值(如产量、品质、抗性等)就能预测所有剩余杂交组合相应表型的基因组估计育种值(GEBV,genomicestimated breeding value),根据预测结果选择优良组合进入评价程序,该过程不需要评价大量的无用组合。因此,全基因组选择技术有助于开发高效玉米育种技术,有效降低育种成本,对育种企业控制成本开展玉米育种具有重要应用价值。
本发明所达到的有益效果:
本发明首次提出将玉米杂交组合单株性状评价及全基因组育种选择技术组合,能够高效选择目标杂交组合,降低育种成本;
一方面不需要对杂交组合进行穗行评价,因此极大地减少了第一种植季杂交组合组配的种子量及第二种植季杂交组合的种植规模,有效降低了育种成本;
另一方面建立的全基因组选择方法可对未组配的杂交组合进行预测进而筛选优良组合,因此,可减少优良遗传资源的浪费,提高育种实践的选择效率。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1结合单株评价及全基因组选择技术的高效玉米育种方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例
一种基于单株评价及全基因组选择技术的高效玉米育种方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
(1)杂交组合的组配
2018年冬季选择了10份母本自交系和6份父本自交系在海南进行了种植。母本自交系双行种植,父本自交系混合双行种植。每相邻2份母本自交系行后种植一份混合父本自交系行。母本材料在吐丝前除去雄穗,授粉方式为开放授粉。同一母本自交系的种子收获在一起用于下一季的种植。
(2)杂交组合的单粒播种
2019年夏季在安徽阜阳对上季收获的杂交组合进行种植。试验田土地平整、地力均匀。随机选取300粒相同母本的杂交种子按相同密度单粒直播种植在一起(25粒/行)。同时种植8个商业杂交种(其亲本均在16个亲本内)作为对照。玉米生育期内采取相同的田间措施进行管理。
(3)杂交组合的单株性状评价
在玉米成熟期,育种家根据经验选择了综合性状优良的134个单株进行收获。同一母本杂交组合选择数量介于1~37株之间。单穗脱粒后烘干称重得到了单穗粒重。
(4)杂交组合亲本鉴定
提取134个选择的杂交组合单株、8个商业杂交种对照及16个亲本叶片基因组DNA。利用33个在亲本间筛选的分子标记对所有杂交组合和亲本进行PCR扩增,扩增产物通过琼脂糖凝胶电泳进行分析。每个分子标记的短条带记录为A,长条带记录为B,双条带记录为H,缺失记录为N。根据如下标准推导所有杂交组合的基因型:当任一双亲为N时,杂交组合该位点记录为N;当双亲基因型同为A或同为B时,杂交组合基因型为A或B;当双亲基因型互为A、B时,杂交组合基因型为H。理论上,10个母本自交系和6个父本自交系最多可获得60个杂交组合。将142个杂交组合33个标记位点基因型与60个杂交组合的推导基因型进行比对,记录相同基因型位点数量及无缺失位点数量。计算相同基因型位点匹配率:相同基因型位点匹配率(%)=相同基因型位点数量/无缺失位点数量×100。当相同基因型位点匹配率最大时,则相应推导基因型杂交组合亲本为对应的选择杂交组合亲本(表1)。8个作为对照的商业杂交种均匹配到了正确的推导杂交组合验证了该方法鉴定亲本的准确性。经过分析,选择的134个杂交组合实际为39个不同杂交组合,每个杂交组合选择的株数在1~14之间(表1)。
(5)目标性状的全基因组预测
利用illumina MaizeSNP50 BeadChip芯片对16个亲本自交系进行基因分型。经过对缺失、杂合及最小等位基因频率小于0.05的SNP位点过滤,剩余31,260SNP位点用于60个杂交组合基因型的推导。推导标准如下:当双亲基因型同为A或同为B时,杂交组合基因型为A或B;当双亲基因型互为A、B时,杂交组合基因型为H。通过R包rrBLUP v4.6对39个杂交组合推导的基因型及杂交组合单穗粒重均值进行拟合,获得分子标记效应。根据rrBLUP模型,利用60个杂交组合的推导基因型及31,260个SNP分子标记效应即可估计60个杂交组合单穗粒重的GEBV,实现目标性状的全基因组预测。
(6)优良杂交组合的选择
对60个杂交组合单穗粒重的GEBV从大到小排序(表2),选择前10%的杂交组合用于后续的育种进程(选择标准由育种家决策)。前10%的杂交组合中包括两个玉米商业种,其中先玉335是目前中国玉米种植面积最大的品种。该结果证明了全基因组选择方法的高效性。育种家可根据结果决定选择的杂交组合是直接进入品种审定环节还是继续评价。
表1杂交组合的亲本鉴定
表2 60个杂交组合的GEBV排序
最后应说明的是: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,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (5)
1.一种基于单株评价及全基因组选择技术的高效玉米育种方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
S1、第一种植季对玉米母本进行多父本花粉授粉;
S2、第二种植季对杂交籽粒进行单粒播种,单株选择并评价目标性状;
S3、对选择的杂交组合亲本进行鉴定;
S4、对杂交组合的目标性状进行全基因组预测;
S5、根据预测的目标性状选择优良杂交组合;
S6、选择的优良杂交组合直接进入品种审定环节或继续进行评价。
2.权利要求1所述的基于单株评价及全基因组选择技术的高效玉米育种方法,其特征在于,S2中对杂交籽粒进行单粒播种时,应对单粒播种的杂交籽粒对应的母本进行记录。
3.权利要求1所述的基于单株评价及全基因组选择技术的高效玉米育种方法,其特征在于,S2中单粒播种时,确保单株生长的因素应保持一致。
4.权利要求1所述的基于单株评价及全基因组选择技术的高效玉米育种方法,其特征在于,S3中对选择的杂交组合亲本进行鉴定的方法,包括如下步骤:
S31、对第一种植季所有父本及母本的基因组DNA筛选能够建立亲本指纹图谱的分子标记;
S32、利用分子标记对第一种植季所有父本及母本的基因组及杂交籽粒的基因组DNA模板进行PCR扩增,记录基因型;
S33、根据第一种植季所有父本及母本的基因型推导所有可能的杂交组合基因型;
S34、将杂交籽粒的基因型与推导出的所有杂交组合基因型进行比对,记录相同基因型位点匹配率;若某一选择的杂交组合与某一推导杂交组合具有最大相同基因型位点匹配率,则该推导杂交组合的亲本为该选择的杂交组合的亲本。
5.权利要求1所述的基于单株评价及全基因组选择技术的高效玉米育种方法,其特征在于,S4中全基因组预测的方法包括以下步骤:
S41对S3中鉴定的杂交组合亲本进行基因分型,并根据亲本基因型推断相应杂交组合基因型;
S42利用S2中评价的杂交组合目标性状均值与基因型拟合全基因组预测模型;
S43根据拟合的预测模型预测所有可能的杂交组合的目标性状。
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WO2022166474A1 (zh) * | 2021-02-05 | 2022-08-11 | 江苏省农业科学院 | 一种基于单株评价及全基因组选择技术的高效玉米育种方法 |
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Application publication date: 20220121 Assignee: Keji Dalong (Beijing) Biotechnology Co.,Ltd. Assignor: JIANGSU ACADEMY OF AGRICULTURAL SCIENCES Contract record no.: X2023980052415 Denomination of invention: An efficient maize breeding method based on single plant evaluation and whole genome selection technology Granted publication date: 20230103 License type: Common License Record date: 20231216 |
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