[发明专利]一种依据植物双亲基因型信息虚拟合成杂种基因型的方法及应用

说明书

本发明属于植物分子辅助育种领域，公开了一种依据植物双亲基因型信息虚拟合成杂种基因型的方法及应用。包括各类作物和野生植物的父、母亲本(包括自交系、无性系、杂交种、农家品种和天然混交群体)基因组信息(包括DNA全序列数据和基因分型数据，包括来自芯片测序平台数据和简易基因组测序平台GBS的数据)，利用生物信息学技术推测或虚拟合成杂交种F1代基因型的方法。解决了在利用全基因组预测技术预测自交系一般配合力、特殊配合力和杂交组合表现型时没有基因型信息可用的问题。

技术领域

本发明涉及植物分子辅助育种领域，涉及一种依据植物双亲基因型信息虚拟合成杂种基因型的方法及应用；具体涉及利用生物信息方法根据植物父、母本双亲的基因型信息预测杂种一代(F1)基因型的方法。

背景技术

植物杂交种(hybrid)是由基因型不同父、母亲本自交系之间进行杂交产生的第一代种子(通常称为杂种F1代)。杂交种在生长势、抗逆性和产量方面优于父、母亲本，即，产生杂种优势。然而，不是任何具有遗传差异(基因型不同)的自交系之间杂交都能产生适合农业产生需要的优良杂交种。产生优良杂交种的两个自交系之间不仅要有遗传差异，而且还要优良性状互补。所以，杂交育种者不仅要培育能够产生杂种优势的优良自交系，还要进行自交系之间的杂交组合筛选，从中获得优良杂交种。

传统的优良自交系选择和杂交组合筛选过程除需要大量土地外，还需要大量的田间管理和性状测定；随着育种进程，育种单位的自交系和杂交组合会越来越多，需要的投入也不断增加，成本增大。此外，目前的植物杂交种在产量、抗性和品质方面已经达到较高水平，单纯依靠传统杂交育种方法将难有大的突破性提高。

随着测序技术的发展，基因测序成本大幅度降低，分子辅助育种技术已经发展成为可以实用的技术。将分子辅助育种技术与传统杂交技术结合，将是未来降低杂交育种成本，提高育种效率，提高育种水平的必然途径。分子辅助育种技术包括分子标记辅助育种技术(molecular marker assistance)和全基因组预测技术(genomic prediction)。

分子标记辅助育种技术(molecular marker assistance)利用已知的与特定表型性状相关联的DNA分子标记，不需要经过田间种植和性状测定，直接对欲选择的自交系或杂交种进行分子标记筛选，将不含有特定分子标记的材料淘汰，可以节省大量的人力、物力和时间，提高育种效率。但是，与特定表型性状关联的DNA分子标记会因植物群体的遗传背景变化而变化，没有广泛的通用性。因此，对于没有进行过分子标记研究的植物群体，将无法应用分子标记辅助技术。

全基因组预测(genomic prediction)技术，与分子标记辅助育种技术不同，不依赖于已知的分子标记，而是根据待预测材料的基因型，利用已经建立好的基因型与实测表现型关系的数学模型，来预测表现型，将不符合表现型要求的材料淘汰。这种方法将减少大量的田间种植和性状测定工作，可以节省大量的人力、物力和时间，提高育种效率。与分子标记辅助育种相比，全基因组预测的优势是不需要事先知道表型性状的分子标记，只需知道被预测材料的基因型即可，尤其适合由多基因控制的数量性状。因此，与分子标记辅助技术相比，全基因组预测技术适用性更加广泛。

全基因组预测技术即可用来预测自交系的一般配合力(general combiningability，GCA)特殊配合力(specific combining ability，SCA)，也可用来预测杂交组合的性状表现，作为筛选优良杂交组合的依据。某个自交系的GCA是自交系与许多其他自交系(测验种)杂交都产生具有强杂种优势F1的能力；特殊配合力是指自交系与特定遗传背景自交系进行杂交产生强杂种优势的能力。一般配合力和特殊配合力是衡量优良自交系的重要指标。自交系的一般配合力、特殊配合力和杂交组合的表型并不决定于单一亲本自交系的基因型，而是决定于两个亲本自交系基因型的组合。因此，利用全基因组预测技术预测自交系的特殊配合力或杂交组合的性状表现，都需要了解杂交组合的基因型。