[發(fā)明專利]一種依據(jù)植物雙親基因型信息虛擬合成雜種基因型的方法及應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011244166.X
• 申請(qǐng)日: 2020-11-10
• 公開（公告）號(hào): CN112359124A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張敖;張學(xué)才;崔震海;阮燕曄;樊金娟;董小妹;陳珊;史忠賢;孫凱悅;張立軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C12Q1/6895
• 分類號(hào): C12Q1/6895;G16B20/20
• 代理公司: 大連智高專利事務(wù)所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 張欽

本發(fā)明屬于植物分子輔助育種領(lǐng)域，公開了一種依據(jù)植物雙親基因型信息虛擬合成雜種基因型的方法及應(yīng)用。包括各類作物和野生植物的父、母親本(包括自交系、無性系、雜交種、農(nóng)家品種和天然混交群體)基因組信息(包括DNA全序列數(shù)據(jù)和基因分型數(shù)據(jù)，包括來自芯片測(cè)序平臺(tái)數(shù)據(jù)和簡(jiǎn)易基因組測(cè)序平臺(tái)GBS的數(shù)據(jù))，利用生物信息學(xué)技術(shù)推測(cè)或虛擬合成雜交種F1代基因型的方法。解決了在利用全基因組預(yù)測(cè)技術(shù)預(yù)測(cè)自交系一般配合力、特殊配合力和雜交組合表現(xiàn)型時(shí)沒有基因型信息可用的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及植物分子輔助育種領(lǐng)域，涉及一種依據(jù)植物雙親基因型信息虛擬合成雜種基因型的方法及應(yīng)用；具體涉及利用生物信息方法根據(jù)植物父、母本雙親的基因型信息預(yù)測(cè)雜種一代(F1)基因型的方法。

背景技術(shù)

植物雜交種(hybrid)是由基因型不同父、母親本自交系之間進(jìn)行雜交產(chǎn)生的第一代種子(通常稱為雜種F1代)。雜交種在生長(zhǎng)勢(shì)、抗逆性和產(chǎn)量方面優(yōu)于父、母親本，即，產(chǎn)生雜種優(yōu)勢(shì)。然而，不是任何具有遺傳差異(基因型不同)的自交系之間雜交都能產(chǎn)生適合農(nóng)業(yè)產(chǎn)生需要的優(yōu)良雜交種。產(chǎn)生優(yōu)良雜交種的兩個(gè)自交系之間不僅要有遺傳差異，而且還要優(yōu)良性狀互補(bǔ)。所以，雜交育種者不僅要培育能夠產(chǎn)生雜種優(yōu)勢(shì)的優(yōu)良自交系，還要進(jìn)行自交系之間的雜交組合篩選，從中獲得優(yōu)良雜交種。

傳統(tǒng)的優(yōu)良自交系選擇和雜交組合篩選過程除需要大量土地外，還需要大量的田間管理和性狀測(cè)定；隨著育種進(jìn)程，育種單位的自交系和雜交組合會(huì)越來越多，需要的投入也不斷增加，成本增大。此外，目前的植物雜交種在產(chǎn)量、抗性和品質(zhì)方面已經(jīng)達(dá)到較高水平，單純依靠傳統(tǒng)雜交育種方法將難有大的突破性提高。

隨著測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，基因測(cè)序成本大幅度降低，分子輔助育種技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為可以實(shí)用的技術(shù)。將分子輔助育種技術(shù)與傳統(tǒng)雜交技術(shù)結(jié)合，將是未來降低雜交育種成本，提高育種效率，提高育種水平的必然途徑。分子輔助育種技術(shù)包括分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)(molecular marker assistance)和全基因組預(yù)測(cè)技術(shù)(genomic prediction)。

分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)(molecular marker assistance)利用已知的與特定表型性狀相關(guān)聯(lián)的DNA分子標(biāo)記，不需要經(jīng)過田間種植和性狀測(cè)定，直接對(duì)欲選擇的自交系或雜交種進(jìn)行分子標(biāo)記篩選，將不含有特定分子標(biāo)記的材料淘汰，可以節(jié)省大量的人力、物力和時(shí)間，提高育種效率。但是，與特定表型性狀關(guān)聯(lián)的DNA分子標(biāo)記會(huì)因植物群體的遺傳背景變化而變化，沒有廣泛的通用性。因此，對(duì)于沒有進(jìn)行過分子標(biāo)記研究的植物群體，將無法應(yīng)用分子標(biāo)記輔助技術(shù)。

全基因組預(yù)測(cè)(genomic prediction)技術(shù)，與分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)不同，不依賴于已知的分子標(biāo)記，而是根據(jù)待預(yù)測(cè)材料的基因型，利用已經(jīng)建立好的基因型與實(shí)測(cè)表現(xiàn)型關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，來預(yù)測(cè)表現(xiàn)型，將不符合表現(xiàn)型要求的材料淘汰。這種方法將減少大量的田間種植和性狀測(cè)定工作，可以節(jié)省大量的人力、物力和時(shí)間，提高育種效率。與分子標(biāo)記輔助育種相比，全基因組預(yù)測(cè)的優(yōu)勢(shì)是不需要事先知道表型性狀的分子標(biāo)記，只需知道被預(yù)測(cè)材料的基因型即可，尤其適合由多基因控制的數(shù)量性狀。因此，與分子標(biāo)記輔助技術(shù)相比，全基因組預(yù)測(cè)技術(shù)適用性更加廣泛。

全基因組預(yù)測(cè)技術(shù)即可用來預(yù)測(cè)自交系的一般配合力(general combiningability，GCA)特殊配合力(specific combining ability，SCA)，也可用來預(yù)測(cè)雜交組合的性狀表現(xiàn)，作為篩選優(yōu)良雜交組合的依據(jù)。某個(gè)自交系的GCA是自交系與許多其他自交系(測(cè)驗(yàn)種)雜交都產(chǎn)生具有強(qiáng)雜種優(yōu)勢(shì)F1的能力；特殊配合力是指自交系與特定遺傳背景自交系進(jìn)行雜交產(chǎn)生強(qiáng)雜種優(yōu)勢(shì)的能力。一般配合力和特殊配合力是衡量?jī)?yōu)良自交系的重要指標(biāo)。自交系的一般配合力、特殊配合力和雜交組合的表型并不決定于單一親本自交系的基因型，而是決定于兩個(gè)親本自交系基因型的組合。因此，利用全基因組預(yù)測(cè)技術(shù)預(yù)測(cè)自交系的特殊配合力或雜交組合的性狀表現(xiàn)，都需要了解雜交組合的基因型。