CN117156969A - 产生具有特定和设计性状修饰的目标优良近交系的加速方法 - Google Patents

产生具有特定和设计性状修饰的目标优良近交系的加速方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供了通过育种方法产生新性状转化的优良栽培品种的方法。例如，所述方法涉及使用亲本植物，所述亲本植物分别是非性状保持的优良栽培品种的亲本的性状保持的变体，以及估计产生后代植物所需的最小群体大小，所述后代植物包含所需性状并与所述非性状保持的优良栽培品种共享足够高的血缘同源，以确保一般性能的复制和等同性。本方法可用于以较少世代产生优良栽培品种，从而加速新品系生产并降低成本。本方法也可用于产生性状保持的品系的非性状保持的变体。

Description

产生具有特定和设计性状修饰的目标优良近交系的加速方法
相关申请的引用
本申请要求于2021年4月8日提交的美国临时申请号63/172,462的权益，该美国临时申请以引用方式整体并入本文。
技术领域
本公开涉及农业生物技术领域，并且更具体地涉及作物育种。
背景技术
育种者通过各种植物遗传改良程序不断开发新的栽培品种。这些程序通常依赖于正向育种方法和基于回交的性状渐渗方法。这些方法可能是耗时且低效的。由于育种者希望加速作物品种的开发，因此关键是开发用于开发新栽培品种的增加效率并且促进新栽培品种更快产生的改进方法。
发明内容
公开了一种直接通过正向育种方法而不是渐渗法来产生目标品系的携带性状版本的方法。在一个实施方案中，该方法包括提供第一亲本和第二亲本。在另一个实施方案中，第一亲本和第二亲本是从中最初衍生目标品系的亲本。在又一个实施方案中，亲本中的至少一者携带感兴趣的性状。在再一个实施方案中，亲本是近交系。该方法可涉及两种亲本近交系，这两种亲本近交系都是亲本的携带感兴趣的性状的变体，这些亲本是从中最初衍生目标品系的亲本。在另一个实施方案中，该方法还包括通过将第一亲本和第二亲本杂交来产生性状保持的(traited)后代群体。在另一个实施方案中，该方法还包括至少基于与亲本中和目标品系的每一者相关的遗传信息确定性状保持的后代群体的最小群体大小，使得可以足够高的概率实现目标品系的性状变体的再生。在又一个实施方案中，产生的性状保持的后代群体等于或大于确定的最小群体大小的大小。该方法还可包括基于新产生的品系与目标品系之间的遗传相似性从性状保持的群体中选择至少一个品系以成为目标品系的性状保持的复制品和变体。
在另一个实施方案中，确定或估计性状保持的后代群体的最小群体大小包括：通过模拟第一亲本和第二亲本的基因组的重组来产生虚拟基因组集合；估计虚拟基因组集合的每个成员与目标品系的基因组之间的相似性；将所估计的相似性中的每一者与相似性阈值进行比较；确定所估计的与目标品系的基因组的相似性等于或超过相似性阈值的虚拟基因组集合的比例；以及基于该比例估计第一亲本与第二亲本之间的重组产生与目标品系的相似性等于或超过相似性阈值的品系的概率。在另一个实施方案中，该方法包括使用血缘同源方法，例如，基于单倍体的血缘同源方法，以估计虚拟基因组集合的每个成员与目标品系的基因组之间的相似性。
在另一个实施方案中，该方法包括将性状保持的目标品系与目标品系杂交。目标品系可以是近交系，例如，玉米近交系或油菜籽近交系。在又一个实施方案中，感兴趣的性状包括至少一种感兴趣的农艺学性状，例如，与除草剂耐受性、昆虫控制、增加的植物病原体抗性、增强的油组成、增加的水利用效率、增加的产量、增加的抗旱性、增加的种子质量、改善的营养质量、增加的氮利用效率或对氮胁迫的耐受性的任何组合相关的感兴趣的农艺学性状。
在一个实施方案中，该方法还包括用原始亲本对使携带性状的目标品系再生，其中只有一个原始亲本对被携带性状的变体代替。在另一个实施方案中，该方法还包括使用来自新产生的携带性状的群体的至少一个品系，不是作为目标品系的直接复制品，而是作为性状供体品系，用于通过经典的性状整合方法将性状渐渗到目标品系中。
还公开了一种直接通过正向育种方法而不是渐渗法来产生目标品系的携带性状版本的系统。在一个实施方案中，该系统包括目标环境区域的育种管线。在另一个实施方案中，该系统还包括第一亲本和第二亲本，它们是从中最初衍生目标品系的亲本。在又一个实施方案中，亲本中的至少一者携带感兴趣的性状。在再一个实施方案中，亲本是近交系。该方法可涉及两种亲本近交系，这两种亲本近交系都是亲本的携带感兴趣的性状的变体，这些亲本是从中最初衍生目标品系的亲本。在一个实施方案中，该系统另外包括与数据结构通信的计算装置，该计算装置被配置为通过至少基于与亲本和目标品系中的每一者相关的遗传信息将第一亲本和第二亲本杂交来确定性状保持的后代群体的最小群体大小，使得可以足够高的概率实现目标品系的性状变体的再生。本文提供了估计或确定最小群体大小的方法。在另一个实施方案中，该系统包括通过将第一亲本与第二亲本杂交来产生性状保持的后代群体的装置。在又一个实施方案中，产生的性状保持的后代群体等于或大于确定的最小群体大小的大小。在另一个实施方案中，该系统还包括基于新产生的品系和目标品系之间的遗传相似性从性状保持的群体中选择至少一个品系以成为目标品系的性状保持的复制品和变体的装置。在又一个实施方案中，该系统还包括将来源于目标品系的至少一个性状保持的变体的植物种植在生长空间中并将其导入育种管线中。
在一个实施方案中，该系统还包括用原始亲本对使携带性状的目标品系再生，其中只有一个原始亲本对被携带性状的变体代替。该系统还可包括使用来自新产生的携带性状的群体的至少一个品系，不是作为目标品系的直接复制品，而是作为性状供体品系，用于通过经典的性状整合方法将性状渐渗到目标品系中。
还公开了一种产生目标品系的遗传修饰版本的方法。在一个实施方案中，该方法包括提供第一亲本和第二亲本。在另一个实施方案中，第一亲本和第二亲本是从中最初衍生目标品系的亲本。在又一个实施方案中，亲本中的至少一者携带感兴趣的性状。在再一个实施方案中，亲本是近交系。在另一个实施方案中，该方法涉及至少基于与第一亲本和第二亲本以及目标品系相关的遗传信息估计遗传修饰的后代群体的最小群体大小。本文提供了估计或确定最小群体大小的方法。在又一个实施方案中，该方法涉及通过将第一亲本与第二亲本杂交来产生遗传修饰的后代群体。在另一个实施方案中，遗传修饰的后代群体的大小等于或大于所估计的最小的遗传修饰的后代群体大小。该方法可包括基于遗传修饰的目标品系与目标品系之间的遗传相似性从遗传修饰的后代群体中选择至少一个遗传修饰的目标品系。在另一个实施方案中，该方法包括将遗传修饰的目标品系与目标品系杂交。
附图说明
图1-通过双亲杂交(P1和P2)开发新的优良近交品系的图解表示，包括开发早期品系，随后进行多年的测试、筛选和选择所需的新的优良近交品系(即品系1)。
图2-使用传统的基于回交的性状渐渗方法产生包含感兴趣的性状(P1-性状和P2-性状)的亲本品系的示例性方法的图解表示。
图3-用于通过开发基于单倍型的血缘同源方法以推断基础种质与其中感兴趣的所需性状已被渐渗的版本的基础种质之间的基因组共享量来建立血缘同源阈值的方法的图解表示。进行基于现场的性状测试以建立受体亲本植物血缘同源回收百分比的阈值作为基础种质性能再现性的质量度量和预测因子。
图4-优良种质的亲本(P1-T和P2-T)基因组的重组的计算机模拟和估计原始优良种质(品系1)与每个虚拟重组体之间的血缘同源(IBD)的图解表示。
图5-用于估计至少达到先前确定的原始优良品系与每个虚拟重组体之间的血缘同源(IBD)阈值(分类器)的成功概率的方法的图解表示。
图6-使用通过下降达到至少先前确定的同一性的成功概率(p)和可靠性百分比水平(即95％)，血缘同源到原始优良品系，确定获得具有期望同一性的性状转化植物必需的双单倍体(DH)的最小群体大小(N)的图解表示。
图7-用于性状渐渗的不同育种过程的图解表示，其中原始亲本植物之间的遗传距离太大，需要超过可行性的群体大小。在这种情况下，模拟与优良种质(品系1)的回交，并将所得后代(BC1)用于确定群体大小(如图a所示)。替代地，可模拟全同胞植物之间的杂交，并将所得后代用于确定群体大小(如图b所示)。
图8-性状渐渗的不同育种过程的图解表示。品系育种过程代表了传统的性状渐渗品系育种过程。设计反向选择(F1DH)变体以获得直接从F1重组体直接回收目标基因组。
图9-性状渐渗的不同育种过程的图解表示。设计反向选择(F1DH-BC)变体以获得比F1DH变体略低的目标基因组回收部分，并且通过设计需要额外的回交以获得与F1DH相同水平的目标基因组回收。反向选择(F1-供体-BC)设计基本上减少了双单倍体步骤，并使用遗传分离的F1后代作为供体，实现了相当水平的目标基因组回收。
图10-使用性状保持的亲本品系的性状整合的实例的图解表示。
图11-使用性状保持的亲本品系产生目标品系的性状保持的变体的另一实例的图解表示。
图12-使用反向选择产生非性状保持的品系的实例的图解表示。
具体实施方式
通过将期望的性状与优良基因组组合来开发新的栽培品种传统上需要产生新的优良品系并将性状整合到此类优良品系中，需要多个世代的杂交和回交。这种重复回交的最终目的是获得含有来自供体亲本植物的所需性状和优良轮回亲本植物基因组的高回收率的植物，以确保优良轮回亲本植物的性能复制。该最终目标通常需要超高的血缘同源，因此可能是昂贵的，并且需要多年来完成，甚至需要在每年多个周期和冬季苗圃、标记辅助育种方法或受保护的培养操作的帮助下。
本公开提供了通过新的植物育种方法开发栽培品种的新方法，以减少开发新的性状整合的优良品系所需的时间，并且因此减少成本。具体地，本公开的方法涉及产生包含感兴趣的一种或多种性状的优良品系的至少一种亲本植物，以及估计可靠地获得包含与非性状保持的优良品系期望的遗传相似性的后代植物必需的最小群体大小。因此，该方法是重新生产非性状保持的优良品系，但现在特定性状作为额外的修饰。而传统的育种方法依赖于选择，该方法的相反之处在于，预先限定育种目标品系，然后产生育种群体以产生尽可能接近的这种目标。因此，本公开的方法被描述为“反向选择”，以减少开发相应的目标非性状保持的优良品系的新性状整合的优良品系所需的时间和成本。
A.逆向选择的优点
对于具有高GMO穿透性和优势的转基因作物和市场，现代种子和性状工业必须同时提供两个目标以保持竞争性：良好的总体基因组和良好的特异性基因组区段。
前者通常通过正向育种方法获得，该正向育种方法涉及将优良种质杂交以产生新的重组基因组和后代，因此代表了现有单倍型重排的新模式。然后可应用多阶段、基于基因型或表型的筛选和选择，以从所得后代鉴定和验证新的近交植物，这些新的近交植物在广泛的农艺学和产量表现上可靠地优于近交亲本植物。这些新的优良品系通常是起始群体大小的非常小的部分，从而减少了成本非常高的育种和逐个产品试验过程的回报。
后者通常通过基于回交的性状整合方法实现，其涉及将供体亲本植物与受体或轮回亲本植物杂交。供体亲本植物通常是携带感兴趣的性状的近交系，而受体亲本植物是代表所需总体基因组组成的植物。感兴趣的性状可以是生物技术性状，但也可以是强且明确的QTL，其足够小到足以通过有效育种而渐渗。由于目的是从供体亲本植物引入感兴趣的性状，并尽可能最大程度地保留受体亲本植物基因组，可应用多个世代的回交和基于基因型的选择，以实现受体亲本基因组的充分回收。因此，受体亲本基因组用作蓝色印记，并且是回交和基于标记的选择过程的目标。充分回收的水平可用两个组分建立：基因组相似性算法和等同性测试，该等同性测试是表型和现场测试，其建立了基础(非性状保持的)种质与包含性状的转化版本的种质之间的关键性能再现性的相似性阈值。因此，与正向育种相反，性状整合本质上是旨在忠实回收受体亲本基因组或性能的产品设计过程。
在这种平行系统的两个臂之间实现平衡是种子和性状工业中的基本挑战。不希望在主育种过程中过早地和贸然地开始性状整合过程，这是由于被评价的新的优良近交系库可能太大，并且近交植物仍然被认为是粗制的而不是精制的，并且足够有价值以用作合适的受体亲本植物。同样不希望开始性状整合太迟。在这样的后期阶段，近交植物可能是更加精细的设计目标，并且对其优越性能的信心可能会高得多。然而，可能需要多次回交世代以实现高受体植物基因组回收，从而导致市场推广的延迟。另一方面，仅仅通过减少回交世代的数量或降低最终产物中轮回亲本回收的目标水平来避免这种延迟只会适得其反。这样做会增加转化的品系无法再现基础近交种质的性能的可能性，并使多年的试验和筛选的投资面临风险。
此外，性状堆叠的不断增加的复杂性对传统的基于回交的性状整合方法提出了进一步的挑战。多个独立分离的基因座各自引入少量连锁拖拽，并且这种拖拽的累积降低了每一回交世代的受体亲本基因组回收的有效性。因此，即使当供体亲本和受体亲本遗传距离相同时，6-性状转化也可能需要比2-性状转化更多的回交世代来完成。额外的孟德尔(Mendelian)分离与多个分离性状相关，增加了在自交阶段回收多基因座纯合性状阳性所需的规模和投资。作为比较，从2-性状半杂合子回收纯合子的概率为0.0625，而对于独立分离的6-性状杂合子，该概率降低至2.44×10-4。
本文公开的育种方法解决了以上概述的本领域中的一些挑战。例如，本公开的方法可通过使用产生供体F1植物的性状保持的亲本品系来减少与产生新性状转化的优良栽培品种相关的时间和成本。典型的性状整合过程通常涉及至少三个回交循环，需要两年，以达到受体亲本必需的基因组和性能回收。本公开的方法提供了一种新的性状供体策略以缩短性状整合过程。
在另外的实施方案中，使用单倍型分析和遗传学模拟，本公开的方法确定了每个合适的近交起源、所需的群体大小以及(如果有的话)达到与来自传统回交基础性状整合相当的转化质量所需的额外回交世代。在一些实施方案中，本公开的方法可适用于多重分离性状转化，其中回交方法可能不如单一性状转化有效。
B.反向选择方法
本公开的方法促进了包含感兴趣的一种或多种性状的新的优良品系的生产，并且在某些实施方案中，降低了与此类品系的开发相关的成本和时间。
最初，鉴定或产生优良种质用作所需性状渐渗的受体植物(图1)。这种优良种质的发育可通过本领域技术人员已知的任何方法完成。例如，一种这样的非限制性方法可涉及亲本近交植物之间的双亲发育杂交，随后是涉及基于表型和/或基因型的筛选和选择测定的多年育种程序，以鉴定所得优良品系候选物。亲本近交植物可以是性状保持的或非性状保持的。例如，亲本近交植物可包含赋予感兴趣的性状的一个或多个遗传基因座。另外的方法和特定的育种步骤以及筛选或选择测定对本领域技术人员而言是容易理解的，并且本领域已知的用于开发新的优良种质的任何方法可根据本公开的方法使用。
由于同胞品系通常彼此具有高度相似性，因此希望使用同胞品系作为性状供体品系。然而，难以找到适合作为经典性状渐渗方法的性状供体品系的同胞品系。相反，这是由进行性状整合本身所需要的长持续时间引起的：如果进行性状整合需要3年，则在任何给定的时间，可用的供体不可能是同胞品系，而是在几年前产生的较老品系。为了解决这个问题，在一个实施方案中，本公开的方法涉及通过将原始亲本优良品系的性状保持的版本杂交来再产生性状保持的F1后代库，从中将具有最高相似性的品系鉴定为供体。
为了产生性状保持的F1后代，可产生优良品系的一个或两个亲本品系的性状保持版本(图2)。例如，可开发包含赋予亲本品系先前不包含的一种或多种感兴趣的性状的一个或多个遗传基因座的优良品系的亲本植物版本。在一些实施方案中，可使用本领域已知的引入或渐渗赋予性状的遗传基因座的任何方法来开发这些性状保持的品系，包括但不限于育种(例如，回交)或遗传操作(例如，转化或基因组编辑)。
在另一个实施方案中，本公开的方法涉及建立测量遗传相似性的方法，例如通过开发基于单倍型的血缘同源方法，以推断基础种质和其中感兴趣的所需性状已被渐渗的版本的基础种质之间的基因组共享量。进行基于现场的性状测试以建立受体亲本植物血缘同源回收百分比的阈值用于基础种质性能再现性。这使用现有的回交转化品系及其匹配的基础种质作为训练集合来进行。然后将从已经建立的回交转化品系和匹配的基础种质获得的信息用于计算期望的血缘同源阈值，其代表获得可接受水平的性能再现性所需的必需血缘同源(图3)。
然后可进行遗传模拟以产生早期开发的优良种质的原始亲本植物的基因组的虚拟重组。染色体重组的遗传模拟可例如基于映射函数数学模型，例如给出重组染色体区段的交叉概率或长度的理论预期。此类遗传模拟可使用本领域已知的任何手段产生，包括本领域众所周知的任何数学模型。在某些实施方案中，可使用适于产生此类模拟重组的任何公众可获得的计算机程序进行遗传模拟。多个公开可用的软件平台可用于执行计算机重组，包括但不限于QGENE、MORGAN、simuPOP、genomeSIMLA、SysGenSIM等。
因此，在一些实施方案中，本公开的方法提供了与数据结构通信并被配置为执行遗传重组模拟的计算设备。例如，计算装置可被配置为产生优良种质的亲本植物的基因组之间的遗传重组模拟。
在某些实施方案中，模拟106至107个虚拟重组。虚拟重组体可用作来源于双单倍体近交系的F1的计算机表示。将优良种质的原始亲本用于模拟。原始亲本与性状保持版本的亲本之间的强相似性(尽管不相同)允许它们在模拟中用作性状保持的亲本的表示，其在一个实施方案中可用于随后的育种步骤中。然后对每个模拟的虚拟重组体进行上述基于单倍型的血缘同源方法，估计每个虚拟重组体与早期开发的优良种质之间的单倍型共享比例(图4)。
在另一个实施方案中，本公开的方法接下来涉及估计至少达到先前确定的原始优良种质与每个虚拟重组体之间的血缘同源阈值的成功概率。这通过将对每个虚拟重组体模拟的基于单倍型的血缘同源方法所得到的血缘同源估计值的经验分布与先前建立的再现性阈值进行比较来实现，并估计达到等于或大于建立的阈值的血缘同源值的经验概率来实现(图5)。
基于至少达到血缘同源阈值(p)的估计成功概率和期望的可靠性水平，确定足够的群体大小以可靠地超过先前建立的再现性阈值(图6)。例如，当超过血缘同源目标(诸如98.76％相似性)的概率是p＝0.001时，需要3000个F1衍生的双单倍体近交系的库来实现约95％的可靠性(1-(1-0.001)3000)。在一些实施方案中，可使用任何统计上相关的可靠性水平来确定群体大小。例如，可靠性水平可以是70％、75％、80％、85％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％。在某些实施方案中，确定F1来源的双单倍体的群体大小。
在其他实施方案中，在优良种质的近交亲本之间存在大的遗传距离的情况下，估计的群体大小超过实际可行性，因为高亲本距离可降低至少达到血缘同源阈值(p)的成功概率。例如，在p＝0.0005的情况下，将需要6000的群体大小来达到95％的可靠性水平。在估计的群体大小超过实际可行性的情况下，为了模拟虚拟重组体而进行的遗传模拟可被修改以确定达到等于1次回交或替代地1次全同胞杂交所需的群体大小低于建立的血缘同源阈值，而不是直接从F1衍生的双单倍体库内超过建立的阈值。回交次数与血缘同源度量之间的精确关系也可通过模拟虚拟重组体进行的遗传模拟来建立。
在另外的实施方案中，一旦确定了所需的群体大小，就产生携带性状的近交系数量的库，从中鉴定出最终的近交品系。在一些实施方案中，最终的近交品系可通过直接的双单倍体回收来产生，通过将亲本植物杂交产生的F1后代植物基因组的单倍体拷贝加倍来产生，其中亲本植物中的至少一者已经引入了感兴趣的性状。在其他实施方案中，当原始亲本植物之间的遗传距离大到足以使估计的群体大小超过实际可行性时，最终的近交品系可通过使亲本植物杂交产生的F1后代植物基因组的单倍体拷贝加倍来产生，其中至少一个亲本植物已经具有引入的感兴趣的性状，随后与用作受体植物的优良种质回交至少一个世代。在一些实施方案中，当在产生最终近交系前需要回交时，可进行感兴趣的性状的额外孟德尔分离，并且可进行额外的基于基因型或事件的筛选以鉴定阳性性状回交(F1BC1)后代。在又一个实施方案中，当原始亲本植物之间的遗传距离大到足以使估计的群体大小超过实际可行性时，最终的近交品系可通过使亲本植物杂交产生的F1后代植物基因组的单倍体拷贝加倍来产生，其中至少一个亲本植物已经具有引入的感兴趣的性状，随后与完全同胞植物杂交至少一个世代。
在需要全同胞杂交世代的一次或多次回交的实施方案中，可对这些杂交进行进一步的遗传模拟，并且可使用该模拟确定最终的群体大小，从而提供更可行的群体大小。
本公开的方法另外可定制以适合所需的新的优良种质交付时间品系和预算目标。在某些实施方案中，这可例如通过使用不同的育种方法来实现，诸如用自交或单种子下降代替单倍体加倍，或调节设计参数以获得目标世代数量或回交或同胞杂交以获得最终产物。
C.用于渐渗的遗传基因座或性状的来源
赋予来自供体亲本的渐渗性状的遗传基因座可来自本领域已知的任何来源。例如，在某些非限制性实施方案中，这种遗传基因座可简单地是天然基因、遗传基因、控制复杂性状的定量表达的数量性状基因座(QTL)；或通过基因工程技术(诸如转化或位点特异性修饰)的方法插入受体宿主植物或供体植物的转基因。替代地，遗传修饰可通过其他工程技术(诸如突变、克隆、耕作或其他本领域已知的方法)进行。
期望的定性或农艺学性状包括对植物病原体或害虫的抗性，例如对病毒疾病、细菌疾病、真菌疾病、线虫疾病和昆虫害虫中的一者或多者的抗性。它们还可以是对除草剂耐受的性状，除草剂例如，5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合酶(EPSPS)的抑制剂，诸如草甘膦；合成生长素，诸如麦草畏和2,4-D；谷氨酰胺合成酶抑制剂，诸如草铵膦；和乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)抑制剂，诸如喹禾灵和吡氟氯禾灵。其他非限制性的期望性状可包括改变以下方面的性状：油含量或组成；水分利用效率；产量；抗旱性；种子质量；营养质量；氮利用效率；或对氮胁迫的耐受性。
在某些实施方案中，供体亲本植物可基于期望的定性或农艺学性状进行选择。供体亲本植物可含有一种或多种渐渗所需的性状。在一些实施方案中，供体亲本植物和受体亲本植物可具有相同的分类，而在其他实施方案中，供体亲本植物和受体亲本植物可具有不同但相关的分类。类似地，供体亲本植物或受体亲本植物各自是优良植物或栽培品种，或者供体亲本植物或受体亲本植物可以是非优良植物。在某些实施方案中，可使用本领域已知的技术进行供体亲本植物选择的优化，例如类似于经典性状渐渗中的那些。
C.用于渐渗的性状的选择和检测
当期望的性状或感兴趣的性状是植物表型性状时，可通过本领域已知的任何方式选择期望的性状，例如检测或定量表达的性状(选择标准)。在一些情况下，可通过已知与控制感兴趣的性状的基因连接的标记序列的存在或不存在容易地监测感兴趣的性状。这在通过遗传修饰将性状引入供体亲本的情况下是正确的。在其他情况下，可基于表型检测性状。因此可使用本领域已知的用于检测性状的任何类似或其他方法。
在本公开方法的特定实施方案中，标记辅助选择可用于选择回交后代、鉴定感兴趣的性状或提高本方法中任何其他步骤的效率。可用于实施本公开的方法的遗传标记包括但不限于限制性片段长度多态性(RFLP)、扩增片段长度多态性(AFLP)、简单序列重复(SSR)、简单序列长度多态性(SSLP)、单核苷酸多态性(SNP)、插入/缺失多态性(插入缺失(Indel))、可变数量串联重复(VNTR)和随机扩增多态性DNA(RAPD)、DNA扩增指纹(DAF)、序列特征扩增区(SCAR)、任意引物聚合酶链式反应(AP-PCR)、同工酶和本领域技术人员已知的其他标记。
在本公开的某些实施方案中，多态性标记可用于检测期望的性状。多态性标记也可用作测定植物的有用工具，用于确定品系或品种之间的遗传距离或同一性程度。例如，多态性标记可有助于确定用作供体植物或受体植物的品系或品种之间或模拟重组品系与原始优良或受体品系之间的血缘同源程度。
用于确定遗传多态性的存在或不存在(即用于基因分型)的基于核酸的分析可用于本公开的方法中。用于分析遗传多态性的多种遗传标记是可获得的并且是本领域技术人员已知的。该分析可用于鉴定或选择所需性状，或在某些实施方案中鉴定遗传距离，例如群体中植物之间或模拟重组品系与原始优良或受体品系之间的血缘同源程度。
如本文所用，核酸分析方法包括但不限于基因型测序法、DNA指纹法、基于PCR的检测方法(例如，TaqMan分析)、微阵列方法、基于质谱的方法和/或核酸测序方法。在某些实施方案中，群体中植物之间的遗传距离(诸如模拟重组品系与原始优良或受体品系之间的遗传距离)可通过使用核酸扩增方法来促进。具体地，此类方法增加跨多态性位点或包括位于其远端或近端的位点和序列的多核苷酸的浓度。此类扩增的分子通过凝胶电泳、萦光检测方法或其他手段可容易检测。
一种实现这种扩增的方法采用聚合酶链式反应(PCR)(Mullis等人(1986)ColdSpring Harbor Symp.Quant.Biol.51:263-273；欧洲专利50,424；欧洲专利84,796；欧洲专利258,017；欧洲专利237,362；欧洲专利201,184；美国专利4,683,202；美国专利4,582,788；和美国专利4,683,194)，使用能够与以其双链形式定义多态性的近端序列杂交的引物对。也可以使用基于质谱的DNA分型方法。此类方法在美国专利6,613,509和6,503,710以及见于其中的参考文献中公开。
可通过本领域中熟知的多种有效方法来检测或分型DNA序列中的多态性，这些方法包括但不限于以下专利中公开的那些：美国专利号5,468,613、5,217,863、5,210,015、5,876,930、6,030,787、6,004,744、6,013,431、5,595,890、5,762,876、5,945,283、5,468,613、6,090,558、5,800,944、5,616,464、7,312,039、7,238,476、7,297,485、7,282,355、7,270,981和7,250,252，这些专利全部以引用方式整体并入本文。然而，本公开方法的组合物和方法可与任何多态性分型方法结合使用以检测基因组DNA样品中的多态性。所用的这些基因组DNA样品包括但不限于直接从植物分离的基因组DNA、克隆的基因组DNA或扩增的基因组DNA。
例如，可通过与基因座特异性寡核苷酸(ASO)探针杂交来检测DNA序列中的多态性，如美国专利号5,468,613和5,217,863中所公开的。美国专利号5,468,613公开了基因座特异性寡核苷酸杂交，其中核酸序列中的单个或多个核苷酸变异可通过以下过程在核酸中检测到，在所述过程中扩增含有核苷酸变异的序列，将其点涂在膜上并用标记的序列特异性寡核苷酸探针处理。
靶核酸序列也可通过例如如美国专利号5,800,944中所公开的探针连接方法来检测，在所述探针连接方法中将感兴趣的序列扩增并与探针杂交，之后进行连接，以检测探针的标记部分。
微阵列也可用于多态性检测，其中寡核苷酸探针组以重叠的方式组装以表示单个序列，使得靶序列在一个点处的差异将导致部分探针杂交(Borevitz等人.,GenomeRes.13:513-523(2003)；Cui等人.,Bioinformatics 21:3852-3858(2005))。在任何一个微阵列上，预期将存在多个靶序列，其可表示基因和/或非编码区，其中每个靶序列是由一系列重叠寡核苷酸而不是单个探针来表示。此平台提供对多个多态性的高通量筛选。美国专利6,799,122；6913879；和6,996,476中描述了通过基于微阵列的方法对靶序列的分型。
用于检测SNP和插入缺失的其他方法包括单碱基延伸(SBE)方法。SBE方法的实例包括但不限于美国专利号6,004,744；6,013,431；5,595,890；5,762,876；和5,945,283中公开的那些。
在另一种检测多态性的方法中，SNP和插入缺失可通过美国专利号5,210,015、5,876,930和6,030,787中公开的方法检测，其中寡核苷酸探针具有共价连接到探针的5'和3'末端的5'萦光报告染料和3'淬灭染料。当探针完整时，报告染料与淬灭染料的接近导致报告染料萦光的抑制，例如由Forster型能量转移所致的抑制。在PCR期间，正向引物和反向引物与侧接多态性的靶DNA的特异性序列杂交，而杂交探针与扩增的PCR产物内的含有多态性的序列杂交。在随后的PCR循环中，具有5'→3'核酸外切酶活性的DNA聚合酶切割探针并将报告染料与淬灭染料分离，导致报告物的萤光增加。
在另一个实施方案中，可使用核酸测序技术直接对感兴趣的基因座(例如赋予感兴趣的性状)或在本公开的方法中有用的植物的基因组进行测序。用于核酸测序的方法是本领域中已知的，并且包括由以下公司提供的技术：454Life Sciences(Branford,CT)、Agencourt Bioscience(Beverly,MA)、Applied Biosystems(Foster City,CA)、LI-CORBiosciences(Lincoln,NE)、NimbleGen Systems(Madison,WI)、Illumina(San Diego,CA)和VisiGen Biotechnologies(Houston,TX)。此类核酸测序技术包括诸如以下的形式：平行珠粒阵列、连接法测序、毛细管电泳、电子微芯片、“生物芯片”、微阵列、平行微芯片和单分子阵列。
定义
为了在阅读以下说明书和所附权利要求时清楚起见，以下术语和表达应具有所提供的含义，其中：
如本文所用，“性状”，“期望的性状”，“感兴趣的性状”或“农艺学感兴趣的性状”是指由植物基因组中一个基因座或多个基因座处的特定等位基因、基因或基因分组赋予的表型。在某些实施方案中，本公开的性状可以是与作物最终用途的适合性相关的性状或可以是提供商业价值的性状。本公开的性状可包括但不限于除草剂耐受性、昆虫控制、增加的植物病原体抗性、增强的油组成、增强的油含量、增加的水分利用效率、增加的产量、增加的抗旱性、增加的种子质量、改善的营养质量、增加的氮利用效率或对氮胁迫的耐受性。
如本文所用，“基因座”或“遗传基因座”是指基因组序列上的固定位置。术语“基因座(loci)”是术语“基因座(locus)”的复数形式。基因座可以是指染色体上参考点处的核苷酸位置，诸如染色体末端的位置。基因座可包含遗传物质，包括但不限于遗传标记或基因(诸如转基因或天然基因)。
如本文所用，“等位基因”是指染色体上给定基因座处的基因组序列的一种或多种替代形式。在二倍体细胞或生物体中，给定基因的两个等位基因占据一对同源染色体上的相应基因座。两个或多个等位基因构成多态性。任何核酸序列的多态性位点可通过比较一个或多个基因座处的核酸序列来确定。
如本文所用，“单倍型”是指在相同染色体上发现的倾向于一起遗传的一个或多个DNA变异，或多态性(诸如单核苷酸多态性(SNP))，或等位基因的组合。
如本文所用，“标记”是指可用于区分等位基因或生物体的可检测特征。这些特征的实例包括但不限于遗传标记。
如本文所用，术语“基因型”是指植物的特定等位基因组成。
如本文所用，术语“表型”是指细胞或生物体的可检测特征，这些特征是基因表达的表现，因此受基因型影响。
如本文所用，“血缘同源”是指两个或更多个个体之间的序列同一性或相似性，其是遗传或来自共同祖先的相似核苷酸序列的遗传的结果。在某些实施方案中，本公开的植物或基因组可共享由来源于共同祖先的序列同一性的百分比所定义的血缘同源。
如本文所用，术语“遗传距离”是指两种或更多种植物的基因组之间的序列相似性。在某些实施方案中，两个或更多个植物之间的遗传距离可通过回交中回收或基本上回收其中一个植物的基因组或农艺学性能水平所需的标记辅助的回交次数来定义。例如，一个标记辅助的回交等效距离是指如果两个植物在该距离阈值内，则将一个植物回交到另一个植物用于单个回交世代将预期使所得后代达到与回交亲本植物几乎不可区分的性能水平。在某些实施方案中，还可通过序列同一性百分比或血缘同源百分比来测量遗传距离。
如本文所用，术语“植物”包括植物细胞、植物原生质体、可从中再生植物的组织培养的植物细胞、植物愈伤组织、植物团块和在植物或植物部分中完整的植物细胞。植物部分的非限制性实例包括胚、花粉、胚珠、种子、叶、茎、花、枝、果实、籽粒、穗、穗轴、壳、茎、根、根尖、花药等。本公开的植物包括任何植物物种，包括单子叶植物或双子叶植物，并且在某些实施方案中可包括任何作物植物，例如饲料作物、油料种子作物、谷物作物、蔬菜作物、纤维作物和草皮作物。在其他实施方案中，本公开的植物可包括但不限于玉米(玉蜀黍)(Zeamays)、芸苔属(Brassica)物种(例如，油菜(B.napus)、芜青(B.rapa)、芥菜(B.juncea))、苜蓿(紫苜蓿(Medicago sativa))、稻(水稻(Oryza sativa))、黑麦(Secalecereale)、高粱(Sorghum bicolor、Sorghum vulgare)、小麦(Triticum aestivum)、大豆(Glycine max)、烟草(Nicotiana tabacum)、棉花(海岛棉(Gossypium barbadense)、陆地棉(Gossypiumhirsutum))、燕麦、大麦和蔬菜。
如本文所用，术语“群体”是指一个或多个植物的分组。在某些实施方案中，植物群体包含至少约10、50、100、250、500、1,000、5,000，10,000、50,000或100,000或更多的植物。
如本文所用，术语“品种”或“栽培品种”是指一组相似的植物，通过它们的遗传谱系和性能可从相同物种内的其他品种或栽培品种鉴定并与其不同。
如本文所用，“优良品种”或“优良栽培品种”是指由育种和选择产生的具有优越农艺学性能的品种。如本文所用，术语“优良品系”是指由育种和选择产生的具有优越农艺学性能的品系。“优良植物”是指属于优良品种或优良品系的植物。类似地，“优良种质”或优良种质株系是农艺学上优异的种质。如本文所用，“优良基因组”是指优良植物的基因组。
如本文所用，术语“渐渗的”或“渐渗”当用于指遗传基因座或由遗传基因座赋予的性状时，是指已经被引入新的遗传背景中的遗传基因座或性状，诸如通过回交。如本文所用，“性状渐渗”是指赋予性状的遗传基因座的渐渗。遗传基因座或性状的渐渗可通过植物育种方法(诸如本公开的那些)和/或通过分子遗传方法实现。此类分子遗传学方法包括但不限于各种植物转化技术和/或提供同源重组、非同源重组、位点特异性重组的方法和/或提供基因座替代或基因座转化的基因组修饰。
如本文所用，术语“经典性状渐渗”是指将感兴趣的性状或赋予感兴趣的性状的基因座从供体植物的基因组渐渗到受体植物的基因组中的传统方法。经典性状渐渗传统上依赖于携带所需性状的供体亲本与轮回亲本植物(例如含有优良或商业基因组)的重复回交。重复回交的最终目的是获得含有来自供体亲本植物的所需性状和轮回亲本植物基因组的高度回收的植物，以确保优良轮回亲本植物的性能回收。
如本文所用，术语“供体亲本”是指在其基因组中含有感兴趣的性状或赋予感兴趣的性状的基因座以便渐渗到受体植物中的植物。供体亲本可以是纯合(近交)或杂合(杂交)植物。
如本文所用，术语“受体亲本”是指感兴趣的性状或赋予感兴趣的性状的基因座将被渐渗到其中的植物。在某些实施方案中，受体植物可以是优良栽培品种或可包含优良基因组。
如本文所用，术语“轮回亲本”是指感兴趣的性状或赋予感兴趣的性状的基因座将被渐渗到其中并且在性状渐渗方法期间用于至少一次回交的植物。在某些实施方案中，轮回植物可以是优良栽培品种或可包含优良基因组。在一些实施方案中，轮回亲本是纯合(近交)植物。
如本文所用，术语“回交”是指育种者将后代(例如杂交后代，诸如第一代杂交后代(F1))反复杂交回该杂交后代的亲本之一的过程。回交可用于将一个或多个感兴趣的基因座、性状或转基因从一个遗传背景引入另一个遗传背景和/或回收杂交后代的亲本之一的基因组或农艺学性能或表型。
如本文所用，术语“杂交”是指两个亲本植物的交配。
如本文所用，术语“标记辅助育种”或“标记辅助选择”是指其中基于与感兴趣的性状或表型连锁的标记(诸如遗传标记)选择感兴趣的性状或表型而不是选择性状或表型本身的育种或选择过程。
如本文所用，术语“标记辅助的回交”是指其中基于与感兴趣的性状或表型连锁的标记(诸如遗传标记)选择感兴趣的性状或表型的育种方法，其中将所选择的植物与其亲本植物之一回交。
术语“约”用于指示值包括用于确定所述值的设备或方法的误差的标准偏差。除非明确指明仅指代替代方案或替代方案相互排斥，否则权利要求书中所用的术语“或”用于意指“和/或”，但本公开支持仅指代替代方案和“和/或”的定义。当在权利要求书中与词语“包含(comprising)”或其他开放语言结合使用时，除非明确指出，否则词语“一个/种(a/an)”表示“一个(种)或多个(种)”。术语“包含(comprise)”、“具有(have)”和“包括(include)”是开放式连系动词。这些动词中的一个或多个的任何形式或时态，如“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“具有(has)”、“具有(having)”、“包括(includes)”和“包括(including)”也是开放式的。例如，“包含”、“具有”或“包括”一个或多个步骤的任何方法不限于仅具有那一个或多个步骤并且还涵盖其他未列出的步骤。类似地，“包含”、“具有”或“包括”一种或多种性状的任何植物不限于仅具有这一种或多种性状并且还覆盖其他未列出的性状。
实施例
包括以下实施例以更全面地描述本发明。本领域技术人员应当理解，可以在所公开的特定实施例中进行许多修改，并且仍然获得相似的结果。对本领域技术人员显而易见的任何此类修改被认为在本发明的范围内。
实施例1
使用性状保持的亲本品系的性状整合
低芥酸菜籽性状渐渗通常需要三到四个回交世代以将所需性状整合到低芥酸菜籽品系中。典型的性状整合进一步减慢，因为渐渗必须等待直到进行育种决定以挑选性状供体品系，否则性状渐渗过程就不能开始(图10)。
经常观察到姊妹品系彼此具有高度相似性。然而，由于难以找到姊妹品系作为性状供体品系，该实施例研究了通过杂交性状保持的亲本品系产生性状保持的F1后代。因此，在本实施例中测试了用于缩短性状整合过程的新的性状渐渗方法。
使用受体亲本与性状保持的F1之间的杂交来模拟受体亲本与其姊妹品系杂交的过程。标记谱能够鉴定与受体亲本具有高度相似性的后代。
低芥酸菜籽近交品系来源于第一亲本低芥酸菜籽品系(P1)与第二亲本低芥酸菜籽品系(P2)之间的杂交。所得低芥酸菜籽近交系植物用作新性状渐渗过程的受体亲本(RP)低芥酸菜籽近交品系。
使用传统的性状整合方法开发包含感兴趣的性状的P1低芥酸菜籽品系的版本(性状保持的P1或P1_T)。将性状保持的P1与P2杂交以产生包含感兴趣的性状的F1后代(性状保持的F1或F1_T)。在新的性状整合过程中，将性状保持的F1低芥酸菜籽植物用作供体植物。
如图10所示，将性状保持的F1植物与来源于P1和P2的RP低芥酸菜籽近交品系杂交。所得后代在本实施例中称为F1。
用群体亲本P1与P2之间的标记集合多态性对F1个体植物进行基因型分型。一旦进行基因分型，如果F1植物达到所需的相似性，则将与RP植物具有最高相似性的F1植物自交。如果F1植物没有表现出足够的相似性，则选择与RP植物具有最高相似性的F1植物并用于与RP进一步回交。
在需要与RP回交的情况下，选择与RP具有最高相似性的回交所得后代(BC1)并自交。如果需要，可进行第二次回交以获得更高的相似性。
使用该方法，转化了412个性状保持的低芥酸菜籽品系。其中，BC1代自交320个，平均IBD为93.25；F1代为自交92个，平均IBD为90.58。这证实了所述性状渐渗方法可将转化的低芥酸菜籽品系的生产性状缩短多达两个周期。
在图11所示的第二个实验中，两个近交低芥酸菜籽品系(近交系_a和近交系_b)来源于第一亲本低芥酸菜籽品系(P1)和第二亲本低芥酸菜籽品系(P2)的育种。使用传统的性状整合方法开发包含期望的除草剂性状的P1低芥酸菜籽品系的版本(性状保持的P1或P1_T)。将性状保持的P1与P2杂交以产生包含除草剂性状的F1后代(性状保持的F1或F1_T)。将P1_T与P2之间的杂交的性状保持的F1用作性状渐渗方法中的性状供体，并与近交低芥酸菜籽品系(近交系_a和近交系_b)杂交。与近交品系(BC1)回交，随后自交一代，得到性状转化品系(BC1F3)。所得BC1F3植物用于InfiniumTM指纹分析以证实转化质量。性状转化的低芥酸菜籽品系与它们的轮回亲本(近交系_a和近交系_b)的血缘同源相似性分别达到98.33％和96.92％。
实施例2
使用反向选择开发新的栽培品种
本实施例描述了使用反向选择开发新的栽培品种的实例。
最初，新的优良近交品系是通过非性状保持的亲本近交系(即P1与P2)之间的双亲杂交产生的。在多年的育种程序过程中，鉴定了优良品系候选物(图1，其中称为品系1)。在产生新的优良品系的过程中，使用传统的基于回交的性状渐渗方法或本文所述的反向选择方法(图2)产生亲本品系(P1和P2)的性状保持版本。
建立了基于单倍型的血缘同源(IBD)方法，该方法推断转化种质与基础种质之间的基因组共享量。使用现有的回交转化品系及其匹配的基础种质作为训练集合(图3)进行基于现场的性状测试以建立基础种质性能再现性的受体植物IBD回收百分比的阈值。
然后进行正向遗传模拟以产生P1和P2基因组的106至107个虚拟重组体，作为F1衍生的双单倍体(DH)近交系的计算机表示(图4)。对于每个虚拟重组体，应用上述IBD方法并估计虚拟重组体与优良品系(品系1)之间的单倍型共享比例。将所得IBD估计值的经验分布与在基于现场的性状测试期间建立的再现性阈值进行比较，并估计达到等于或大于所建立的阈值的IBD值的经验概率(图5)。
基于估计的达到等于或大于所建立的阈值的IBD值的概率和期望的可靠性水平，确定足够的DH群体大小可靠地超过在基于现场的性状测试期间建立的阈值(图6)。使用公式z＝(1-(1-x)y)估计群体大小，其中x是达到或超过IBD目标值的概率，y是群体大小，并且z是所需可靠性。例如，当超过IBD目标的概率是p＝0.001时，需要3000个F1衍生的双单倍体近交体的库来实现95％的可靠性，如0.95＝(1-(1-0.001)3000)。
然而，当P1与P2之间存在大的遗传距离时，可使用两步受体植物基因组IBD回收。例如，在这种情况下，使用上述公式估计的群体大小可能超过实际可行性，因为高亲本距离将减小p(在p＝0.0005的情况下，对于每个相同的95％可靠性水平将需要6000的群体大小)。在这些情况下，可修改遗传模拟以确定达到一个或多个回交的当量低于建立的IBD阈值所需的DH群体大小，而不是直接从F1衍生的DH库内超过阈值(图7，图a)。回交次数与IBD度量之间的精确关系也通过遗传模拟而建立。
替代地，代替进行回交以达到IBD阈值，可在F1衍生的DH库内进行全同胞杂交，通过选择存在高概率的个体对来将高IBD回收到目标品系1(图7，图b)。该概率又由上述遗传模拟确定。
一旦估计了群体大小，并且确定是否需要回交或全同胞杂交，就可产生最终的近交系。例如，在直接DH回收的情况下，不需要进一步的回交或全同胞杂交，最终的近交体可通过加倍和增加从产生的F1植物库产生。在BC1回收的情况下，可通过加倍、回交和增加从产生的F1植物库中产生最终的近交系。当要进行全同胞杂交时，可通过加倍、全同胞杂交和增加从产生的F1植物库中产生最终的近交系。应当注意，当进行进一步回交时，存在感兴趣的性状的额外孟德尔分离，并且应应用额外的基于基因型或事件的筛选来鉴定阳性性状F1BC1后代。使用上述IBD估计方法将产生的每种近交品系与优良目标(品系1)进行比较，并且将超过所需再生性IBD阈值的近交品系植物作为带性状的品系1在育种管线中进行。
可容易地定制上述相同的一般方法以适应不同的交付时间品系和预算目标。这可通过使用不同的育种方法来实现，诸如用自交代替加倍或调节设计参数以获得最终产物的目标世代数量。在图9中公开了当前公开的方法的示例性变体。
实施例3
反向选择概念验证
进行概念验证实验以评价使用反向选择方法开发新栽培品种的能力和该方法减少开发新栽培品种所需的循环次数的能力。
计算机模拟证明达到足够的目标基因组回收所需的群体大小与亲本之间的遗传距离负相关，如预期的。例如，在群体大小为1,000个单倍体玉米籽粒的情况下，估计北美玉米近交系的50％的当前育种管线可通过F1衍生的DH设计直接再生，成功概率超过95％。还估计加入额外的回交将使该覆盖率增加到北美玉米近交系的育种管线的75％。
现场实验验证了在5％误差容限内的计算机预测。用15个不同的来源进行现场实验，并在按序列基因分型(GBS)平台上对所得单倍体籽粒进行基因分型。然后从GBS基因型数据估计靶基因组回收率，作为血缘同源(IBD)百分比。
该概念验证实验证明了反向选择方法成功产生新栽培品种。具体地，所有15个玉米来源或者具有已经达到目标基因回收的期望水平的籽粒或者在这种目标回收的1个回交内。根据目标回收水平(IBD)，将籽粒分为2组：F1衍生的DH设计和F1衍生的DH+BC设计，它们将进入加倍阶段。这两条途径证明了本公开的反向选择方法产生新栽培品种的能力比常规性状渐渗方法快2-3个周期。
实施例4
使用反向选择产生非性状保持的品系
如图12所示，通过反向选择来产生非性状保持的品系与产生性状保持的品系相似，只是在前一种情况下，非性状保持的状态是有利的，在后一种情况下，性状保持的品系是有利的。然而，并不是所有的反向选择变体都适合于使用反向选择产生非性状保持的品系的过程。当使用反向选择来产生性状保持的目标品系的非性状保持的版本时，可能没有与性状保持的目标品系回交以增加其相似性的选择，因为在一些调节框架下这样做将使回交的所得品系为GMO品系，即使它不携带GMO性状。因此，如图12所示，必须在不进行回交的情况下产生非性状保持的版本，所得的C是对应于性状保持的目标品系C-T的非性状保持的品系。
在另一个实施方案中，并且也参考图12：如果所得后代库中最相似的品系与相应的性状保持的品系C-T不充分相似，则随后的同胞交配步骤可包括在反向选择过程中。如果需要同胞交配步骤，则需要鉴定来自相同所得后代库的第二、非性状保持的同胞品系以满足以下条件：尽管同胞对的每一单个品系与目标品系C-T不足够相似，但它们彼此互补，并且当组合时可产生与C-T具有足够相似性的后代。当所述同胞对的一个成员可能具有不同于C-T的染色体区域时，所述同胞对的所选择的互补成员必须提供匹配C-T的所需染色体区域。然后，可将两个非性状保持的所得品系交配，以通过那些互补区域的重组获得与相应的性状保持的品系C-T具有足够相似性的非性状保持的所得品系。

Claims (20)

1.一种产生目标品系的性状保持版本的方法，所述方法包括：
a)提供第一亲本和第二亲本，其中所述第一亲本和所述第二亲本中的至少一者携带至少一种感兴趣的性状；
b)至少基于与所述第一亲本、所述第二亲本和所述目标品系中的每一者相关的遗传信息估计性状保持的后代群体大小；
c)通过将所述第一亲本与所述第二亲本杂交来产生性状保持的后代群体，其中所述性状保持的后代群体的大小等于或大于所述性状保持的后代群体大小；以及
d)基于所述性状保持的目标品系与所述目标品系之间的遗传相似性从所述性状保持的后代群体中选择至少一个性状保持的目标品系。
2.如权利要求1所述的方法，其中估计性状保持的后代群体大小包括：
a)通过模拟所述第一亲本和所述第二亲本的基因组的重组来产生虚拟基因组集合；
b)估计所述虚拟基因组集合的每个成员与所述目标品系的基因组之间的相似性；
c)将所估计的相似性中的每一者与相似性阈值进行比较；
d)确定所估计的与所述目标品系的基因组的相似性等于或超过所述相似性阈值的所述虚拟基因组集合的比例；以及
e)基于所述比例估计所述第一亲本与所述第二亲本之间的重组产生与所述目标品系的相似性等于或超过所述相似性阈值的品系的概率。
3.如权利要求2所述的方法，其中估计所述虚拟基因组集合的每个成员与所述目标品系的基因组之间的相似性基于血缘同源方法。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述血缘同源方法是基于单倍体的血缘同源方法。
5.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括将所述至少一个性状保持的目标品系与所述目标品系杂交。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述目标品系是近交玉米品系。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述目标品系是近交油菜籽品系。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一种感兴趣的性状包括至少一种感兴趣的农艺学性状。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述至少一种感兴趣的农艺学性状与除草剂耐受性、昆虫控制、增加的植物病原体抗性、增强的油组成、增加的水利用效率、增加的产量、增加的抗旱性、增加的种子质量、改善的营养质量、增加的氮利用效率或对氮胁迫的耐受性的任何组合相关。
10.一种用于产生目标品系的性状保持版本的系统，所述系统包括：
a)与目标环境区域相关的育种管线；
b)第一亲本和第二亲本，其中所述第一亲本和所述第二亲本中的至少一者携带至少一种感兴趣的性状；
c)与数据结构和存储器通信的计算装置，所述计算装置被配置为至少基于与所述第一亲本、所述第二亲本和所述目标品系中的每一者相关的遗传信息估计性状保持的后代群体大小；
d)通过将所述第一亲本与所述第二亲本杂交来产生性状保持的后代群体的装置，其中所述性状保持的后代群体的大小等于或大于所述性状保持的后代群体大小；和
e)基于所述性状保持的目标品系与所述目标品系之间的遗传相似性从所述性状保持的后代群体中选择至少一个性状保持的目标品系的装置；
其中将来源于所述至少一个性状保持的目标品系的植物种植在生长空间中并导入所述育种管线中。
11.如权利要求10所述的系统，其中估计性状保持的后代群体大小包括：
a)通过模拟所述第一亲本和所述第二亲本的基因组的重组来产生虚拟基因组集合；
b)估计所述虚拟基因组集合的每个成员与所述目标品系的基因组之间的相似性；
c)将所估计的相似性中的每一者与相似性阈值进行比较；
d)确定所估计的与所述目标品系的基因组的相似性等于或超过所述相似性阈值的所述虚拟基因组集合的比例；以及
e)基于所述比例估计所述第一亲本与所述第二亲本之间的重组产生与所述目标品系的相似性等于或超过所述相似性阈值的品系的概率。
12.如权利要求11所述的系统，其中估计所述虚拟基因组集合的每个成员与所述目标品系的基因组之间的相似性基于血缘同源方法。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述血缘同源方法是基于单倍体的血缘同源方法。
14.如权利要求10所述的系统，所述方法还包括将所述至少一个性状保持的目标品系与所述目标品系杂交。
15.如权利要求10所述的系统，其中所述目标品系是近交玉米品系。
16.如权利要求10所述的系统，其中所述目标品系是近交油菜籽品系。
17.如权利要求10所述的系统，其中所述至少一种感兴趣的性状包括至少一种感兴趣的农艺学性状。
18.如权利要求17所述的系统，其中所述至少一种感兴趣的农艺学性状与除草剂耐受性、昆虫控制、增加的植物病原体抗性、增强的油组成、增加的水利用效率、增加的产量、增加的抗旱性、增加的种子质量、改善的营养质量、增加的氮利用效率或对氮胁迫的耐受性的任何组合相关。
19.一种产生目标品系的遗传修饰版本的方法，所述方法包括：
a)提供第一亲本和第二亲本，其中所述第一亲本和所述第二亲本中的至少一者携带感兴趣的遗传修饰；
b)至少基于与所述第一亲本、所述第二亲本和所述目标品系中的每一者相关的遗传信息估计遗传修饰的后代群体大小；
c)通过将所述第一亲本与所述第二亲本杂交来产生遗传修饰的后代群体，其中所述遗传修饰的后代群体的大小等于或大于所述遗传修饰的后代群体大小；以及
d)基于所述遗传修饰的目标品系与所述目标品系之间的遗传相似性从所述遗传修饰的后代群体中选择至少一个遗传修饰的目标品系。
20.如权利要求19所述的方法，所述方法还包括将所述至少一种遗传修饰的目标品系与所述目标品系杂交。
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