GS在植物育种中的成本和遗传增益分析

这是2010年的文章, 文章的亮点是基因组选择在植物育种中的优势分析, 从时间成本, 金钱成本, 效益成本进行分析, 今天看来还是有很强的参考性.

1. 参考文献

Heffner E L , Lorenz A J , Jannink J L , et al. Plant Breeding with Genomic Selection: Gain per Unit Time and Cost[J]. Crop Science, 2010, 50(5):1681.

2. 摘要

基因型分型成本近年来显著减低, 它可以代替MAS(marker assisted selection), 而且使用范围更广.
这里比较了MAS和GS两种方法, 在一定预算下玉米和冬小麦上进行育种测试, 结果表明GS相对于MAS可以提高遗传增益, 缩短育种周期.

3. 关键词

DH: 双单倍体
GCA: 一般配合力
SCA:特殊配合力
GEBV: 基因组估计育种值
GS: 基因组选择
GS-BP: 基因组选择育种流程
LD: 连锁不平衡
MAS: 分子标记辅助选择
MAS-BP: 分子标记辅助选择育种流程
TBV: 真实育种值
YPU: 小区产量

3. GS为什么要优于MAS

MAS只能考虑大效应的QTL, GS考虑大效应的QTL和小效应的QTL
MAS针对于特定群体有效, 适用性有限. GS适用范围更广
MAS需要先验的信息, 比如QTL的效应, QTL的位置, GS不需要这些信息, 更强健

4. 玉米应用MAS和GS的流程比较

两种方法都是使用DH系进行, 从两亲本杂交变为F1, F1种植, 加倍, 变为双单倍体的种子. 对种子进行测序(芯片)得到基因型数据. 第一年, 我们获得4500个DH0系的种子.

使用MAS-BP

第二年: 根据已知的QTL(比如抗病性, 抗旱性等)信息, 筛选20%, 共900个DH系, 这部分系种植, 自交, 同时用1个测验种(tester)进行测试一般配合力(GCA), 获得DH2, DH1XTester. 杂交种在3个环境下种植, 根据结果选择45个DH2进行后续测试.
第三年: 对于DH2自交, 同时用5个测验种测交, 杂交种在8个环境小种植, 选择10个DH2, 同时测试其与其他以有自交系的特殊配合力.

使用GS-BP

第二年: 根据GS综合育种值, 从6600个DH0系中, 选择10个DH0, 这10个系作为优良自交系进行高级试验和测试.

相当于MAS用时3年, 而GS用时1年.

5. 冬小麦应用MAS和GS的流程比较

GS花费3年选择亲本,5年进行高级测试
MAS划分7年选择亲本, 7年进行高级测试

6. MAS和GS成本比较

7. MAS和GS在玉米和冬小麦遗传进展的比较

遗传力高时, 在玉米中的遗传增益, GS是MAS的3倍, 在小麦中是2倍.
低遗传力时, 在玉米中的遗传增益, GS是MAS的2.5倍, 在小麦中是1.5倍.

常规的育种没有MAS的育种遗传增益高, 可以推断出GS的育种的遗传增益要显著高于常规育种.