四川农大兰海教授团队在玉米全基因组选择育种研究中取得重要突破

四川农大兰海教授团队在玉米全基因组选择育种研究中取得重要突破

近日，四川农业大学玉米研究所兰海教授团队在Frontiers in Plant Science期刊上发表了一篇重要研究论文，题为“Genomic prediction of yield-related traits and genome-based establishment of heterotic pattern in maize hybrid breeding of Southwest China”。该研究系统总结了团队利用全基因组选择技术构建西南玉米区域新的杂优模式，并成功选育出多个杂交品种，其中包括突破性玉米品种“优迪899”。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，标志着我国在玉米全基因组选择育种领域取得了重要进展。

近日，四川农业大学玉米研究所兰海教授团队在Frontiers in Plant Science (IF: 4.1 | CiteScore: 7.3)的 Functional and Applied Plant Genomics 栏目内发表了题为“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，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 2,077 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 64,620 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 64,620 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 64,620 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。

图 2 优迪 899 表型：（a）株型（b）果穗

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 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。

Frontiers in Plant Science 是瑞士出版社 Frontiers 旗下的开放获取期刊，目前位于 JCR 植物科学分区 Q1，中科院分区生物学 2 区 top，植物科学 1 区。期刊最新影响因子为 4.1，CitesScore 为 7.3。期刊目前拥有 24 个专栏，涵盖了从作物分子遗传学、细胞生物学和生理学到生态学、进化生物学和植物病原学等各个领域，利用计算机科学、光学、分子生物学、生物化学和基因组学等的最新发展，来探讨植物细胞、个体、种群、到生态系统过程及其背后机制。期刊由中国科学院植物研究所刘春明教授担任主编，并由相关领域的杰出科研人员组成编委团队，共同致力于传播有影响力的科学知识和重大发现。