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第六十一期:选你所爱,爱你所选——玉米杂交种表现预测及杂种优势机理研究

主讲人:郭婷婷

主持人:闻玮玮

内容简介
本周参与JC活动的嘉宾是来自中国农业大学国家玉米改良中心的博士生郭婷婷同学。她的研究方向为玉米分子数量遗传学,博士阶段师从戴景瑞院士,并得到了李建生老师、严建兵老师和中国农科院作物所王健康研究员的悉心指导。此次JC活动她主要与大家分享自己在不同玉米杂交种表现预测模型的比较研究上的一些进展。

报告内容:
郭婷婷首先从杂种优势的现象入手,为大家解释杂种优势的概念。并介绍了玉米杂种优势利用的背景。杂种优势于上世纪早期在玉米得到应用,极大的提高了玉米的产量。
紧接着,她介绍了做这个研究的遗传基础知识,主要是四个遗传效应入手:加性效应、显性效应、超显性效应以及上位性效应。其中上位性效应又包括加性×加性、加性×显性、显性×加性和显性×显性四种互作类型。另外,她还阐述了目前存在的解释杂种优势的几个遗传假说,包括显性假说,超显性假说和上位性假说,并提到有很多遗传分析的结果支持其中一个或者多个假说。最后,郭婷婷同学重点讲解了她自己在玉米杂种优势利用中的一些研究进展。
玉米杂交种选育过程中,由于试验规模和可利用资源的限制,往往只能对小部分组合进行田间测试。大量遗传信息和遗传数据的积累、数理统计和计算机科学技术的发展,为杂交种表现预测方法的研究提供了有利条件,前人基于研究提出了一些方法和模型用于预测杂交种的表现。郭婷婷等研究者借助系谱关系、连锁图谱等遗传数据以及亲本和部分测试杂交组合的表现,通过比较不同模型的预测效果,探索预测双亲后代群体内和杂种优势群间未测试杂交组合表现的有效方法。郭婷婷等利用玉米优良自交系综3和87-1产生的294个重组近交系(RIL)、以及这些RIL家系间随机组配得到的永久F2群体,利用亲本表现(ILP)、双亲自交系的一般配合力(GCA)、亲本的育种值(BV)、QTL的效应(QTL)、全基因组标记的效应(GWP),建立了不同的杂交种表现预测模型。结果表明:当性状显性方差和加性方差的比值(VD/VA)低于0.5时,ILP为最佳预测方法;当VD/VA高于0.5时,组合方法BV+GWP为最佳预测方法;F1杂交种表现的最优预测模型以及预测结果的有效性取决于性状的遗传结构。
此外,她还利用模拟方法评价预测模型的有效性。基于遗传育种工具QuLine 模拟不同遗传模型的双亲后代永久F2群体,在更广泛的遗传模型下评价预测模型ILP、GCA、QTL 和GWP 的表现。结果表明当性状VD/VA低时,基于亲本表现的模型ILP预测效果最好;当性状的VD/VA高时,基于全基因组标记预测GWP效果最好。当性状的遗传模型为加性、显性和上位性时,所有预测方法的预测能力都下降。模拟群体与真实群体中,方法的预测能力基本相同,都与性状的遗传结构有关。

交流环节
大家就最佳线性无偏预测的方法和应用等方面进行了交流,同时也提到了各种效应对玉米重要农艺性状及产量杂种优势的作用。
总结:
基于本次活动使参与的同学们认识了杂种优势的研究历史以及重要性。郭婷婷同学对各种统计模型的详细讲解也引起了参加者的极大兴趣。许多研究方向为分子生物学和基因功能研究的同学也积极参与了本次活动,他们认为此次活动加深了他们对玉米、分子育种和数量遗传学等方面的理解。不同研究方向的研究者之间的相互交流能够开扩眼界,并能对各自的研究起到一定的激发作用。