以下文章來源于南北學苑 ，作者劉文欣
編輯 | 新銳恒豐研究院
作者 | 劉文欣
目前，利用分子標記結合全基因組選擇（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)價值已被廣泛認可，也早在國際種業(yè)公司廣泛應用。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（涉及試點次數(shù)超過1000，參試雜交種800多個），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、以及二者結合分析，形成的部分分析結果展示如下：
一、新品種產(chǎn)量水平穩(wěn)步提升項目組從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。我們將所有點次的對照ck（鄭單958）校正到同一水平后去計算各年參試新品種的平均產(chǎn)量較對照ck的增產(chǎn)率。2015年有效試點數(shù)較少僅項目單位的7個試點，后面引入第三方測試平臺（泰斯特、鐵嶺東升），每個區(qū)每年試點數(shù)22~24個。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系。
從所收集的719份親本種質(zhì)主成分分析結果（圖2）看，第一主成分（PC1，貢獻率的選育來源是[(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。個人認為，在玉米育種上，種源是個卡脖子問題，但是一旦拓寬了育種群體的種質(zhì)基礎，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)實和必須。
三、雜種優(yōu)勢（雜交種表型）分子預測精度可以大規(guī)模商業(yè)應用本研究中雖然55套多環(huán)境測試中共有雜交種800多個，但是兩個親本均有芯片結果的雜交種僅有227個，其中東華北129個，黃淮海102個（兩區(qū)少量幾個品種重疊）。通過交叉驗證的方法來測試預測模型的精度（表1），綜合來看BayesB和RKHS的直接預測精度能達到0.4左右（黃淮海精度稍低一些可能是因為樣本容量較?。?。
雖然直接預測精度0.4不算高，如果結合一定的淘汰率，比如基于預測值淘汰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）。如果應用于對DH系雜交組合的預測和選擇，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。這在當前DH育種技術大規(guī)模應用的形勢下，利用全基因組選擇方法進行雜交組合的預測和淘汰，具有重要的應用價值，顯著降低表型測試規(guī)模和成本，提高選擇的準確性。
另外，與西北農(nóng)林科技大學薛吉全教授團隊合作的雜種優(yōu)勢預測研究，直接預測精度可達0.558（GuoliangLi,etal.,2020,TheCrop Journal），在陜A群´陜B群育種模式下已有10多個新品種得到審定或正在區(qū)試中。在單個育種家群體中的預測精度肯定更高、實用性更強。玉米雜交組合表型預測一般根據(jù)待預測組合的親本是否在訓練集出現(xiàn)可分為T2（雙親都在訓練集出現(xiàn)過）、T1（只有1個親本在訓練集出現(xiàn)過）、以及T0（雙親都未曾在訓練集出現(xiàn)過）等三種類型。以上展示的預測研究結果基本上都屬于T2類型；如果是T1或T0類型，其預測精度肯定低于上述數(shù)值。如何進一步提高預測精度，特別是T1和T0類型的預測精度，還有待深入探索。
四、DH育種技術選育新品種數(shù)量逐年快速增加DH育種技術正在全國玉米育種科研院所和種業(yè)公司廣泛應用。在項目內(nèi)參加單位的統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，每年通過DH技術審定的新品種數(shù)量逐年快速增加。DH技術結合分子預測技術，將進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)容進行討論，不當之處敬請批評指正！
