本發(fā)明是屬于玉米育種領(lǐng)域，具體涉及一種玉米出籽率的全基因組選擇育種方法。
背景技術(shù)：
：玉米是我國(guó)第一大糧食作物，玉米產(chǎn)量提高對(duì)我國(guó)糧食安全具有重要意義。我國(guó)玉米產(chǎn)量的提高主要因素是玉米育種水平的提高。常規(guī)育種是過(guò)去的主要育種方法，近年來(lái)新興育種技術(shù)不斷出現(xiàn)，提高了育種水平。隨著分子生物學(xué)和基因組學(xué)等新興學(xué)科的飛速發(fā)展,作物分子標(biāo)記輔助選擇（mas）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)就是把表現(xiàn)型和基因型選擇結(jié)合起來(lái)的一種作物遺傳改良理論和方法體系,可實(shí)現(xiàn)基因的直接選擇和有效聚合。在改良多基因控制的復(fù)雜性狀時(shí)，分子標(biāo)記輔助選擇存在兩方面的缺陷，一是后代群體的選擇建立在qtl（quantitativetraitlocus數(shù)量性狀座位或者數(shù)量性狀基因座）定位基礎(chǔ)之上，而基于雙親的qtl定位結(jié)果有時(shí)不具有普遍性，qtl定位研究的結(jié)果不能很好的應(yīng)用于育種研究中去；二是重要農(nóng)藝性狀多由多個(gè)微效基因控制，缺少合適的統(tǒng)計(jì)方法和育種策略將這些數(shù)量基因位點(diǎn)有效應(yīng)用于數(shù)量性狀的改良。meuwissen（2001）首先提出全基因組選擇(genome-wideselection，gws)育種策略。主要是通過(guò)全基因組中大量的單核苷酸多態(tài)性標(biāo)記（snp）和參照群體(trainingpopulation)的表型數(shù)據(jù)建立blup模型估計(jì)出每一標(biāo)記的育種值，然后僅利用同樣的分子標(biāo)記估計(jì)出后代個(gè)體育種值并進(jìn)行選擇。gws是不需要進(jìn)行qtl定位的分子標(biāo)記輔助選擇方法。美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)的bernardo試驗(yàn)室自2007年以來(lái)開(kāi)展了全基因組選擇技術(shù)在玉米育種上的應(yīng)用。bernardo(2009)通過(guò)模擬試驗(yàn)研究了全基因組選擇方法在適應(yīng)×外來(lái)自交系組合育種上的應(yīng)用。利用此研究結(jié)果，emily（2013)研究了利用全基因組選擇技術(shù)將外來(lái)種質(zhì)的矮桿基因?qū)氲奖镜毓歉煞N質(zhì)中。這是首例關(guān)于全基因選擇技術(shù)在玉米育種上應(yīng)用的報(bào)道。相比于測(cè)交組合鑒定選擇，全基因組選擇不需要調(diào)查表型值，可以在溫室內(nèi)進(jìn)行，1年內(nèi)能夠進(jìn)行三次選擇，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)量性狀的快速改良。與原來(lái)傳統(tǒng)的分子標(biāo)記輔助選擇方法相比較，全基因組選擇方法具有的突出優(yōu)點(diǎn)：（1）早期選擇準(zhǔn)確率高。利用高密度分子標(biāo)記能同時(shí)估計(jì)所有qtl的效應(yīng)，它們能解釋絕大部分性狀的遺傳方差，選擇準(zhǔn)確性比mas高，可高達(dá)0.83。（2）縮短世代間隔，提高遺傳進(jìn)度，降低生產(chǎn)成本等。全基因組選擇策略的遺傳進(jìn)度高于傳統(tǒng)表型選擇4%~25%,單位遺傳進(jìn)度的花費(fèi)低于傳統(tǒng)育種26%~65%。（3）對(duì)利用傳統(tǒng)選擇方法準(zhǔn)確性低的低遺傳力性狀選擇效率高。gws的選擇標(biāo)準(zhǔn)是育種值而不是個(gè)體本身的表現(xiàn)型，因此選擇更為準(zhǔn)確。玉米出籽率是影響產(chǎn)量的一個(gè)關(guān)鍵性因素，是影響果穗同化產(chǎn)物分配狀況的衡量指標(biāo)，受到粒長(zhǎng)、粒長(zhǎng)/穗半徑、穗長(zhǎng)和粒寬的顯著影響。玉米出籽率受微效多基因控制、遺傳力較低,且易受環(huán)境效應(yīng)影響,從而限制了育種中對(duì)其進(jìn)行遺傳操作的能力。全基因組選擇方法對(duì)低遺傳力的性狀選擇效率高，是否適合于玉米出籽率性狀的選擇還需要實(shí)驗(yàn)證明。迄今為止，還沒(méi)有關(guān)于玉米出籽率全基因組選擇技術(shù)的報(bào)道。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了提高玉米出籽率的選擇效率，本發(fā)明提供了一種提高玉米出籽率的經(jīng)濟(jì)有效的全基因組選擇育種方法。本發(fā)明的目的是將全基因組選擇技術(shù)應(yīng)用到玉米出籽率的選擇中，建立玉米出籽率全基因組選擇育種流程。同時(shí)減少f2群體的單株數(shù)量，降低生產(chǎn)成本，建立經(jīng)濟(jì)有效的全基因組選擇技術(shù)。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：本發(fā)明提供了一種玉米出籽率的全基因組選擇育種方法，包括以下步驟：（1）blup模型的建立供體與受體自交系雜交得到f1，f1自交得到f2群體；f2群體隨機(jī)選80-150個(gè)單株提取dna，玉米55ksnp芯片進(jìn)行基因型分析；并且這些f2單株自交獲得f3家系；f3家系與測(cè)交系雜交獲得f3家系的測(cè)交種；調(diào)查f3家系測(cè)交種的粒長(zhǎng)、穗長(zhǎng)、穗粗、軸粗、果穗干重、籽粒干重、容重，計(jì)算粒長(zhǎng)/穗粗，出籽率和產(chǎn)量；利用sasprociml程序分析f3家系測(cè)交種的表型值和f2單株基因型分析結(jié)果，建立嶺回歸-最大線性無(wú)偏估計(jì)模型，即rr-blup模型,用于標(biāo)記效應(yīng)的預(yù)測(cè)；（2）標(biāo)記效應(yīng)的預(yù)測(cè)與選擇響應(yīng)的計(jì)算依據(jù)f3家系測(cè)交種的表型結(jié)果，選擇10個(gè)家系進(jìn)行重組，每個(gè)f3家系與另外9個(gè)f3家系混粉雜交，得到cycle1的種子；獲得的種子隨機(jī)取100株進(jìn)行基因型分析，根據(jù)blup模型預(yù)測(cè)育種值；從cycle1選擇50株與測(cè)交系雜交，獲得測(cè)交種；將測(cè)交種種植在試驗(yàn)地，調(diào)查各性狀的表型值；根據(jù)標(biāo)記效應(yīng)預(yù)測(cè)的育種值與表型值，計(jì)算各性狀的選擇響應(yīng)。優(yōu)選的，步驟（1）中，f2群體隨機(jī)選100個(gè)單株提取dna。優(yōu)選的，步驟（1）blup模型的建立之前，剔除分型成功率小于80%的位點(diǎn)，剔除較小等位基因頻率小于0.05的染色體位點(diǎn)。本發(fā)明的有益效果是：建立玉米高出籽率單株的全基因組選擇技術(shù)流程，研究利用全基因組選擇技術(shù)對(duì)玉米出籽率的預(yù)測(cè)效果。減少參考群體的單株數(shù)量，從而降低生產(chǎn)成本，從而建立經(jīng)濟(jì)有效的全基因組選擇技術(shù)。國(guó)內(nèi)關(guān)于玉米的的全基因組選擇育種技術(shù)還未見(jiàn)報(bào)道，一個(gè)主要的原因就是目前國(guó)內(nèi)芯片的價(jià)格較國(guó)外高很多，生產(chǎn)成本偏高。要解決這個(gè)問(wèn)題需要在保證選擇效果不變的基礎(chǔ)上，盡量減少f2群體的單株數(shù)量。bernado（2007）模擬研究表明，f2群體的大小在144株左右即可。本發(fā)明將把f2群體的大小分別設(shè)為150、100、80株，比較不同群體大小的預(yù)測(cè)效果,確定最低的f2群體單株數(shù)量。附圖說(shuō)明圖1是玉米全基因組選擇育種流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述：實(shí)施例1：利用全基因組選擇技術(shù)改良齊319出籽率目的：應(yīng)用全基因組選擇技術(shù)將lk1粒長(zhǎng)的優(yōu)異基因轉(zhuǎn)入到齊319中，通過(guò)全基因組選擇模型對(duì)性狀的選擇響應(yīng)，分析該技術(shù)用于自交系改良的效果；在不影響選擇效果的基礎(chǔ)上，減少參考群體的單株數(shù)量，從而降低生產(chǎn)成本。實(shí)驗(yàn)方法：試驗(yàn)材料供體：引進(jìn)自交系lk1受體：山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所選育的自交系齊319。齊319為78599選系。測(cè)驗(yàn)種：lk2和lx9801，lk2與lk1為姊妹；lx9801屬于黃改系，來(lái)源于h21×502。blup模型的建立引進(jìn)自交系lk1與齊319雜交得到f1，f1自交得到f2群體。f2群體隨機(jī)選150個(gè)單株提取dna，利用中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米改良中心的玉米3ksnp芯片進(jìn)行基因型分析。并且這些f2單株自交獲得f3家系。f3家系與測(cè)交系lk2雜交獲得f3家系的測(cè)交種。調(diào)查f3家系測(cè)交種的粒長(zhǎng)、出籽率和產(chǎn)量。利用sasprociml程序分析f3家系測(cè)交種的表型值和f2單株基因型分析結(jié)果，建立嶺回歸-最大線性無(wú)偏估計(jì)（rr-blup）模型，用于標(biāo)記效應(yīng)的預(yù)測(cè)。標(biāo)記效應(yīng)的預(yù)測(cè)與選擇響應(yīng)的計(jì)算依據(jù)f3家系測(cè)交種的表型結(jié)果，選擇10個(gè)家系進(jìn)行重組，每個(gè)f3家系與另外9個(gè)f3家系混粉雜交，得到cycle1的種子。獲得的種子隨機(jī)取100株進(jìn)行進(jìn)行基因型分析，根據(jù)blup模型預(yù)測(cè)育種值。從cycle1選擇50株與測(cè)交系雜交，獲得測(cè)交種。將測(cè)交種種植在試驗(yàn)地，調(diào)查各性狀的表型值。根據(jù)標(biāo)記效應(yīng)預(yù)測(cè)的育種值與表型值，計(jì)算各性狀的預(yù)測(cè)效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：基因型數(shù)據(jù)質(zhì)控結(jié)果在構(gòu)建blup模型前，首先對(duì)基因型數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)控：剔除分型成功率（callrate）小于80%的位點(diǎn)：1607個(gè)，剔除較小等位基因頻率（maf）小于0.05的染色體位點(diǎn)：36877個(gè)；最終剩余16745個(gè)snps和150個(gè)個(gè)體用于后續(xù)分析。表1基因型數(shù)據(jù)質(zhì)控結(jié)果總snp位點(diǎn)分型成功率小于80%位點(diǎn)較小等位基因頻率小于0.05的染色體位點(diǎn)剩余snp位點(diǎn)5522916073687716745表1為基因型數(shù)據(jù)質(zhì)控結(jié)果統(tǒng)計(jì)。f3家系測(cè)交種方差分析結(jié)果結(jié)果表明，f3家系測(cè)交種間的產(chǎn)量、出籽率與粒長(zhǎng)均為顯著差異（表2）。產(chǎn)量性狀的遺傳力為64.3%，出籽率的遺傳力為25.47%，粒長(zhǎng)的遺傳力為26.53%，因此說(shuō)明出籽率與粒長(zhǎng)均屬于低遺傳力性狀，常規(guī)育種方法與普通的分子標(biāo)記輔助選擇法的選擇效率低，適合應(yīng)用全基因組選擇方法進(jìn)行單株選擇。表2性狀均值，測(cè)交種遺傳方差（vg）、遺傳力（h2）**差異小于0.01。*差異小于0.05。將f2群體大小設(shè)為150、100、80株，建立三種預(yù)測(cè)模型。表3f2群體為150、100、80株時(shí)的預(yù)測(cè)效果rmp（預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的相關(guān)系數(shù)）性狀f2群體150株f2群體100株f2群體80株產(chǎn)量35.134.628.4出籽率37.136.731.2粒長(zhǎng)13.212.89.8表3的結(jié)果表明，f2群體為150、100、80株時(shí)，產(chǎn)量的預(yù)測(cè)效果分別為35.1、34.6、28.4；出籽率的預(yù)測(cè)效果分別是37.1、36.7、31.2；粒長(zhǎng)的預(yù)測(cè)效果分別是13.2、12.8、9.8。由此可以看出，出籽率的選擇效果最好。當(dāng)f2群體為150和100株時(shí)，三種性狀的選擇效果差別不大，但是當(dāng)f2群體為80株時(shí)，三種性狀的預(yù)測(cè)效果大大降低。由此說(shuō)明，在不影響預(yù)測(cè)效果的基礎(chǔ)上，可以將f2群體降為100株，將大大減少生產(chǎn)成本。當(dāng)前第1頁(yè)12