我所育种团队在玉米全基因组选择育种上取得突破性进展

       2024年9月9日，玉米研究所兰海教授团队在《Frontiers in Plant Science》上发表了题为“Genomic prediction of yield-related traits and genome-based establishment of heterotic pattern in maize hybrid breeding of Southwest China”的研究论文。论文系统总结了该团队利用全基因组选择技术构建了西南玉米区域新的杂优模式（Reid+×Suwan+），并以该技术成功选育出了系列杂交品种（如突破性玉米品种“优迪899”、荣玉88等）。这是国内首次在玉米中成功应用全基因组选择技术选育出新品种，是研究团队多年研究积累的重要成果，也是玉米全基因组选择育种理论与实践相结合的一次令人欣喜的重要进展。

       团队成员刘海岚副教授长期致力于玉米全基因组选择理论与算法研究，在Haseman-Elston（HE）模型基础上构建了目前国际上计算效率最高的全基因组选择理论框架（HEBLP），已开发出HEBLP|A（Theoretical and Applied Genetics，2017）、HEBLP|AD（Heredity，2018）、HEAPY|A（Molecular Breeding，2020）、SHEAPY（The Crop Journal, 2022）、RHEPCG（Frontiers in Plant Science，2022）和RHPP（Plant Cell Reports，2023）系列算法。

       团队利用全基因组选择技术成功取得了多项突破。首先，本研究利用360份代表性自交系随机构建了2077个杂交组合并对产量相关性状进行了精准鉴定，利用自主研发的HEBLP|A算法对360份自交系产生的64620个组合的产量性状进行了预测，构建了西南玉米区新的杂优模式（Reid+×Suwan+）（图1）。

图1 利用全基因组选择对360份自交系构建的64620个杂交组合进行产量预测

       其次，团队利用全基因组选择技术成功选育出了系列品种。在具体实施中创新性的应用了增加“路标品种”的技术方案，以衡量预测准确性和设定选择阈值。即将川单99、农华606等已审定品种作为参照对象（路标）加入到计算中，一同进行品种预测。据悉，川单99为目前西南地区第一大玉米品种，经预测分析发现位于64620个组合的前5%（第2520位）。团队重点对排名超过川单99的预测优势组合进行鉴定，结合大田试验和全基因组选择，成功选育出一系列品种。其中排名最靠前的 “优迪899” （第184位）成为该批次利用全基因组选择技术育成的突破性品种（图2）。该品种已于2023年通过国家品种审定，目前在西南已具备较强的推广优势，有望在2025年成为西南地区年推广面积最大的玉米品种之一。

       同时，通过全基因组选择技术还对360份自交系进行了系统评估，发现XL8242具有较高的一般配合力，有望成为西南区新一轮玉米骨干亲本（图3）。

图2 优迪899表型：（a）株型（b）果穗

图3 10个代表性自交系与359个自交系构建杂交组合的产量预测分布

       四川农业大学玉米研究所在读博士生向勇、青年教师夏超为论文共同第一作者，兰海教授、刘海岚副教授为论文共同通讯作者。荣廷昭院士参与并指导了该项研究。本项目得到国家重点研发计划、四川省“十四五”生物育种重大科技专项、国家自然科学基金和四川省自然科学基金的资助。