分享一篇报告：分子和数量遗传学为作物改良带来最大遗传增益。主要内容如下：
研究背景与意义
- • 遗传增益（Genetic Gain）：指通过育种选择，在群体中平均遗传值或表型值的提升。
- • 现实需求：
- • 到2050年粮食产量需翻倍；
- • 气候变化可能导致产量下降20%；
- • 当前遗传增益率仅0.8–1.2%，远低于所需的2%。
遗传增益的决定因素（育种家方程）
- • 遗传方差（VG）
- • 选择准确性
- • 选择强度
- • 育种周期
传统育种的局限
- • 低遗传力、晚期表达、表型鉴定困难；
- • 周期长，效率低。
分子标记辅助育种技术（MAS）
1. 标记辅助选择（MAS）
- • 优点：早期选择、节省资源、提高准确性、无环境影响。
2. 标记辅助回交育种（MABB）
- • 快速恢复轮回亲本背景，减少连锁累赘（Linkage Drag），缩短育种周期（从10年缩短至2–3年）。
3. 标记辅助轮回选择（MARS）
- • 适用于由大量QTL控制的数量性状；
- • 每年可完成多个选择周期，提高单位时间遗传增益。
基因组选择（GS）
- • 定义：利用全基因组标记预测个体的基因组估计育种值（GEBV），无需QTL定位。
- • 优势：
- • 同时捕捉大效应和小效应QTL；
- • 无需表型即可选择；
- • 与“快速育种”结合，进一步缩短周期；
- • 提高选择强度和准确性。
- • 实施要素：
- • 训练群体设计；
- • 标记密度与连锁不平衡（LD）；
- • 模型选择（GBLUP、贝叶斯方法、机器学习等）。
- • 挑战：
- • 高昂的基因分型成本；
- • 模型需每代更新；
- • 上位性效应影响预测准确性；
- • 对数量性状遗传结构了解有限。
案例研究：玉米GS育种
- • 训练群体：1000个家系，10个性状；
- • 标记：33.1万个SNP；
- • 结果：
- • 从C1到C4，籽粒产量提高7.74%；
- • 每周期遗传增益：0.225吨/公顷；
- • 年增益：0.1吨/公顷，相当于每年2%的遗传增益。
快速育种（Speed Breeding）
- • 通过缩短种子到种子的周期，加速世代更替，提升单位时间遗传增益。
基因编辑与CRISPR技术
- • 创造新等位变异：编辑启动子、增强子，调控基因表达剂量；
- • 一次性多性状聚合：快速导入多个有利基因；
- • 靶向重组：在特定基因组区域诱导重组，最大化遗传增益；
- • 固定杂种优势：通过诱导无融合生殖（apomixis）克隆杂交种子，解决杂交种商业化难题。
总结
- • 传统育种效率低，亟需分子与数量遗传学手段介入；
- • MAS、MARS、GS等技术显著提升遗传增益；
- • 结合快速育种与基因编辑，是未来作物育种的核心方向；
- • 实现可持续农业与粮食安全的关键在于提升单位时间的遗传增益。
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