一种作物群体改良和品种选育方法

1.本发明属于作物育种技术领域，尤其涉及一种作物群体改良和品种选育方法。


背景技术：

2.植物育种过程中选育产生新的品系有两个共同目标：（1）选育产生新的自交系用于开发新品种或者作为杂交种的亲本；（2）鉴定新的优异自交系或种质用于接下来的群体改良。传统的育种流程区分为两个部分：群体改良部分，通过快速的轮回群体选择增加有利基因在群体中的频率；开发品种部分，用于开发和筛选出优异的品种或者自交系。
3.在农作物品种选育中，传统的育种过程世代间隔长、群体内遗传增益慢，如何减少育种周期时间，快速推进现有的种质基础的遗传增益，是目前急需解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明实施例的目的在于提供一种作物群体改良和品种选育方法，旨在解决上述背景技术中存在的问题。
5.本发明实施例是这样实现的，一种作物群体改良和品种选育方法，包括如下步骤：群体改良：利用候选种质基于全基因组选择进行亲本选择得到高育种值亲本，将高育种值亲本隔离区内半同胞杂交得到f1的杂种群体，将每个杂交种f1取一部分用于下一个的群体改良循环，取另一部分用于开发优异品种或自交系；开发优异品种：将f1采用单倍体诱导技术形成dh系，将dh系种植进行第一次产量试验或者基于全基因组选择筛选出高产dh系，将高产dh系种植进行初级产量试验或基于全基因组选择筛选出高育种值dh系，将高育种值dh系种植进行高产试验，筛选出优异dh系参加国家区域试验或优异产量试验，筛选出优异dh系作为品种大面积推广或者优异杂种亲本；将高产dh系的多年多点表型和基因型进一步提供到群体改良全基因组选择训练群体中，用于提高群体改良全基因组选择的预测精度。
6.优选地，所述作物可以为自交选育作物，如小麦、大豆等自花授粉作物，通过群体改良用于选育品种；也可以为杂交作物，如玉米、向日葵等异花授粉作物用于产生优势杂交种的亲本自交系。
7.优选地，所述群体改良每年开展两次，分别在新疆和海南。
8.优选地，所述候选种质包括群体改良上一个循环产生的半同胞f1群体，以及生产上推广的各类优异杂交种、自交系等类型。
9.优选地，所述基于全基因组选择进行亲本选择包括：将候选种质平均分为两份，分别为父本群和母本群，对所有候选种质进行基因型鉴定，以前期表型和基因型积累数据为训练群体，基于全基因组选择产生最优优势组合对应的父本和母本，选相应群对应的父本和母本为高育种值亲本。
10.优选地，所述基因型鉴定采用20k芯片，基于全基因组选择产生最优300个优势组
合对应的父本和母本，选相应群对应的50个父本和50个母本为高育种值亲本。
11.优选地，所述高育种值亲本隔离区内半同胞杂交包括：将高育种值亲本父本和母本按行间隔种植在隔离区内，母本散粉前去雄，去雄可以为人工去雄或者化学去雄，随机选取父本花粉进行授粉，每一个杂交组合产生50粒以上的种子，依据单穗收获母本籽粒形成100个半同胞f1的杂种群体。
12.优选地，所述每个杂交种f1取一部分用于下一个的群体改良循环包括：在100个半同胞f1杂种群体每一个单穗取30粒种子作为候选种质放入到下一轮群体改良中；所述取另一部分用于开发优异品种或自交系包括：在100个半同胞f1杂种群体每一个单穗取20粒种子用于开发优异品种或自交系。
13.优选地，所述将f1采用单倍体诱导技术形成dh系包括：以群体改良产生的100个半同胞f1杂种群体每个果穗的20粒种子，采用单倍体诱导技术产生100
×
n个dh系，其中，所述n为30-80个。
14.优选地，所述将dh系种植进行第一次产量试验或者基于全基因组选择筛选出高产dh系包括：将100
×
n个dh系双行种植在小区内，小区可以为5米行长的，其中一行取5个单株进行人工自交授粉，留作扩繁的dh系，依据小区产量、生育期、倒伏倒折率等指标筛选出高产抗逆dh系，可以为300个；或者将100
×
n个dh系进行基因型鉴定，可以选用20k芯片，依据前期表型和基因型积累数据为训练群体，基于全基因组选择产生最优产量和综合性状的300个优势组合直接进入到初级产量试验中。
15.优选地，所述将高产dh系种植进行初级产量试验或基于全基因组选择筛选出高育种值dh系包括：将300个高产dh系双行种植在小区内，小区可以为5米行长的，其中一行取5个单株进行人工自交授粉，留作扩繁的dh系，依据小区产量、生育期、倒伏倒折率等指标筛选出高育种值dh系，可以为50个；或者将300个高产的dh系进行基因型鉴定，可以选用20k芯片，依据前期表型和基因型积累数据为训练群体，基于全基因组选择最高产量育种值的50个dh系进入到高产试验中。
16.优选地，所述将高育种值dh系种植进行高产试验包括：将50个高育种值dh系分别种植在高产试验地中，依据小区产量、生育期、株型、宜机收性状、倒伏倒折率筛选出优异dh系，可以为10个。
17.优选地，所述将高产dh系的多年多点表型和基因型进一步提供到群体改良全基因组选择训练群体中包括：将开发优异品种步骤中第一年产量实验、初级产量试验、高级产量试验的dh系的基因型和多年多点表型数据，提供到群体改良部分的全基因组选择训练集中，进一步指导下一个循环的全基因组选择。
18.本发明实施例提供的一种作物群体改良和品种选育方法，将两部分作物育种策略结合起来，其中，两部分策略中群体改良部分使用全基因组选择（gs）来快速循环选择，目的是最大限度地减少育种周期时间，以最大程度提高每年的遗传增益，每一轮群体改良周期都从大量遗传背景差异较大育种材料开始，对这些材料进行基因分型，应用基因组选择，将最好的个体杂交以产生新一代的候选群体，然后重复该循环，群体改良部分是一个循环的基因组选择方案以提高群体内有利基因的频率，在某些或所有循环改良中生产的部分种子
被传递给品种开发部分，用于保障不断选育新的优良品种或自交系，本发明的作物群体改良部分可以结合gs一年内两次进行杂交，使优异基因型一年内两次发生重组，从而达到快速增加群体遗传增益的目的；两部分策略中的开发优异品种部分仅侧重于开发优异纯系，用以形成优良品种或者杂交种的亲本，该部分的策略类似于常规育种流程，可以根据现有或者新的育种规划设计进行调整，开发品种部分也可以结合基因组选择灵活的选择不同实施方式，本发明的开发品种部分与常规品种选育流程主要的区别在于，常规品种选育并不为随后的循环群体改良提供自交系，而在两部分策略中由群体改良部分来执行；另外，开发优异品种部分还包括一些表型鉴定材料的基因分型，这些数据有助于指导和更新群体改良部分中使用基因组选择的训练群体预测精度，并且可以在开发品种过程中指导使用gs，通过采用训练群体的构建和不断更新，两部分策略的结果将进一步指导群体改良部分；在农作物品种选育中，本发明利用两部分策略通过缩短世代间隔快速增加群体内遗传增益，是一种高效的群体改良和品种选育方式，且群体改良部分和开发优异品种部分可以同时来开展，群体改良部分是一个逐渐积累优异基因的过程，同时开发优异品种部分可以将gs部分基因型和表型数据传递给群体改良部分，提高群体改良gs预测精度。
附图说明
19.图1为本发明实施例提供的一种作物群体改良和品种选育方法的流程图。
具体实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
21.以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
22.实施例1以玉米为例，提供了一种基于两部分策略的作物群体改良和品种选育方法；1 群体改良部分1.1 候选优良亲本的选择收集生产上推广面积大、遗传背景丰富、来源地差异大的玉米杂交种200个f1，例如先玉335、m751、迪卡159、必祥101、华美1号、禾玉187、斯泰112高产的美系、德系、黄淮海、东北主推的优异种质，以及自育的玉米自交系为群体改良候选种质；1.2 循环改良亲本选择基于前期全基因组（gs）选择表型和基因型鉴定结果（包括上一轮开发品种产生的数据，以及对候选杂种前期表型和基因型多年多点鉴定的数据），建立gs的训练模型，选用的gs模型仅包括基因的加性效应；对200个玉米杂交种f1以及自育的玉米自交系进行maize 20k基因型鉴定，利用gs的加性效应模型基于训练群体预测200个候选种质产生19900个杂种产量和产量一般配合力的育种值，取其中产量育种值排名前300个杂种对应的父本50个、母本50个作为一轮循环改良的亲本；
1.3 隔离区内半同胞杂交（设置隔离区）将育种值高的50个父本和50个母本种植在隔离区内（夏天在新疆石河子市新疆农垦科学院试验地，冬天种植在海南省三亚市新疆兵团南繁基地），隔离区与周边的玉米间隔400m以上，玉米父本和母本间隔种植，父本种植一行、母本种植一行，行长4m，母本抽雄前摸苞抽雄，选父本的花粉随机的人工辅助授粉到母本材料雌穗上，授粉果穗挂牌标记；成熟期依据挂牌标记，依据组合名称分类收获母本的果穗，取籽粒足够的100个组合为有效半同胞f1，取其中的30粒种子放入到下一轮循环的群体改良中，取剩余每个组合20粒种子用于开发优异杂交种的亲本自交系；1.4 下一个群体改良循环的开始以上一个循环产生的100个半同胞群体f1，引入当年生产上推广面积较大的玉米杂交种，例如新的玉米品种如迪卡a1589、金粒1702、新玉69号、新玉77号、mc670、kws2564，以及上个循环所用的种质共同组成候选亲本群体，开始一年内第二轮的群体改良。
23.2 开发优异品种或自交系2.1 半同胞群体f1形成dh系第一年，群体改良部分形成的100个半同胞群体，每个f1的20粒种子送交单倍体公司形成100
×
30个双单倍体（dh）系；2.2 dh系的第一年产量试验第二年，将3000个dh系种植在新疆石河子新疆农垦科学院作物所试验地内，dh系双行种植，行长5m，行距40cm:70cm宽窄行，2个重复种植，种植密度120000株/hm2，两行中取其中一行边上3个单株进行人工套袋授粉，扩繁dh系，玉米成熟期，田间人工观察所有dh系的综合表现（产量，倒伏、倒折率，生育期，株高），勾选其中综合表现优异的1000个dh系进行人工测产，筛选出产量排名前300的高产dh系入选初级产量试验，冬天在海南三亚，300个高产dh系与标准测验种杂交，形成测配群体；2.3 dh系的初级产量试验和全基因组选择（gs）第三年，将筛选出的300个高产dh系利用maize 20k芯片进行基因分型，基于前期表型和基因型数据作为训练群体，gs预测300个高产dh系的综合育种值，取预测综合育种值最高的50个dh系及其对应测配群体直接进入高级产量试验；2.4 dh系的高级产量试验第三年和第四年夏天50个dh系及其测配群体分5份分别种植在新疆石河子新疆农垦科学院（该试验点dh系取边行5株套袋自交授粉）、新疆五家渠市、第六师农科所、新疆伊犁市第四师农科所、新疆兵团第九师农科所、新疆兵团第五师农科所试验点，行长5m，行距40cm:70cm宽窄行，2个重复种植，种植密度120000株/hm2，田间综合测量每个dh系及其测配群体的单株产量、生育期、株型、倒伏倒折率等性状，综合两年50个dh系及其测配群体多点表型，选其中高产且综合性状优良的10个dh系为创制的优异玉米自交系；2.5 dh系表型基因型提供给群体改良作为训练群体50个高产dh系的maize 20k芯片基因型，高级产量试验地表型提供到群体改良gs训练群体中，进一步的提高gs用于预测半同胞杂种表型的精确度。
24.实施例2以玉米为例，提供了一种基于两部分策略的作物群体改良和品种选育方法；
收集生产上推广的玉米杂交种、自交系类型，以及群体改良上一个循环产生的半同胞f1群体为群体改良候选种质；将候选种质平均分为两份，分别为父本群和母本群，对所有候选种质进行maize 20k芯片基因型鉴定，以前期表型和基因型积累数据为训练群体，基于gs模型预测产生最优300个优势组合对应的父本和母本，选相应群对应的50个父本和50个母本为高育种值亲本；高育种值亲本父本和母本按行间隔种植在隔离区内，母本散粉前全部人工去雄，随机选取父本花粉进行授粉，每一个杂交组合产生50粒以上的种子，依据单穗收获母本籽粒形成100个半同胞f1的杂种群体；100个半同胞f1杂种群体每一个单穗取30粒种子作为候选种质放入到下一轮群体改良中，取20粒用于开发优异种质；以群体改良产生的100个半同胞f1群体每个果穗20粒种子，采用单倍体诱导（dh）技术产生100
×
50个dh系；将100
×
50个dh系单重复双行种植在5米行长的小区内，其中一行取5个单株进行人工自交授粉，留作扩繁的dh系，依据小区产量、生育期、倒伏倒折率等指标筛选出高产抗逆dh系300个；将300个高产dh系5点2重复双行种植在5米行长的小区内，其中一行取5个单株进行人工自交授粉，留作扩繁的dh系，依据小区产量、生育期、倒伏倒折率等指标筛选出高产抗逆dh系50个；将50个高产dh系分别种植在高产试验地中，依据小区产量、生育期、株型、宜机收性状、倒伏倒折率筛选出优异高产dh系10个；将10个优异高产dh系参加优异产量试验，筛选出1个优异dh系作为优异自交系用于杂种玉米的选育。
25.实施例3以向日葵为例，提供了一种基于两部分策略的作物群体改良和品种选育方法；收集生产上推广的向日葵优异杂交种、自交系类型，以及群体改良上一个循环产生的半同胞f1群体为群体改良候选种质；将候选种质平均分为两份，分别为父本群和母本群，对所有候选种质进行20k芯片基因型鉴定，以前期表型和基因型积累数据为训练群体，基于gs模型预测产生最优300个优势组合对应的父本和母本，选相应群对应的50个父本和50个母本为高育种值亲本；高育种值亲本父本和母本按行间隔种植在隔离区内，母本散粉前全部人工去雄或者化学杀雄，随机选取父本花粉进行授粉，每一个杂交组合产生50粒以上的种子，依据单果盘收获母本籽粒形成100个半同胞f1的杂种群体；100个半同胞f1杂种群体每一个单果盘取30粒种子作为候选种质放入到下一轮群体改良中，取20粒用于开发优异种质；以群体改良产生的100个半同胞f1群体每个果盘20粒种子，采用单倍体诱导（dh）技术产生100
×
60个dh系；将100
×
60个dh系进行20k芯片基因型鉴定，依据前期表型和基因型积累数据为训练群体，基于gs模型预测产生最优产量和综合性状的300个优势组合直接进入到初级产量试验中；
将300个高产dh系5点2重复双行种植在5米行长的小区内，其中一行取5个单株进行人工自交授粉，留作扩繁的dh系，依据小区产量、品质、生育期、倒伏倒折率等指标筛选出高产抗逆dh系50个；将50个高产dh系分别种植在高产试验地中，依据小区产量、生育期、株型、宜机收性状、倒伏倒折率筛选出优异高产dh系10个；将10个优异高产dh系参加优异试验，筛选出1个优异dh系作为优异杂种亲本；将开发品种部分中第一年产量实验、初级产量试验、高级产量试验的dh系的基因型和多年多点表型数据，提供到群体改良部分的基因组选择（gs）训练集中，进一步指导下一个循环的gs。
26.实施例4以向日葵为例，提供了一种基于两部分策略的作物群体改良和品种选育方法；收集生产上推广的向日葵优异自交系类型，以及群体改良上一个循环产生的半同胞f1群体为群体改良候选种质；将候选种质平均分为两份，分别为父本群和母本群，对所有候选种质进行20k芯片基因型鉴定，以前期表型和基因型积累数据为训练群体，基于gs模型预测产生最优300个优势组合对应的父本和母本，选相应群对应的50个父本和50个母本为高育种值亲本；高育种值亲本父本和母本按行间隔种植在隔离区内，母本散粉前全部人工去雄或者化学杀雄，随机选取父本花粉进行授粉，每一个杂交组合产生50粒以上的种子，依据单果盘收获母本籽粒形成100个半同胞f1的杂种群体；100个半同胞f1杂种群体每一个单果盘取30粒种子作为候选种质放入到下一轮群体改良中，取20粒用于开发优异品种；以群体改良产生的100个半同胞f1群体每个果穗20粒种子，采用单倍体诱导（dh）技术产生100
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80个dh系；将100
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80个dh系进行20k芯片基因型鉴定，依据前期表型和基因型积累数据为训练群体，基于gs模型预测产生最优产量和综合性状的300个优势组合直接进入到初级产量试验中；将300个高产dh系5点2重复双行种植在5米行长的小区内，其中一行取5个单株进行人工授粉，留作扩繁的dh系，依据小区产量、品质、生育期、倒伏倒折率等指标筛选出高产抗逆dh系50个；将50个高产dh系分别种植在高产试验地中，依据小区产量、品质、生育期、株型、宜机收性状、倒伏倒折率筛选出优异高产dh系10个；将10个优异高产dh系参加优异产量试验，筛选出1个优异dh系作为优异亲本用于杂交品种选育；将开发品种部分中初级产量试验、高级产量试验的dh系的基因型和多年多点表型数据，提供到群体改良部分的基因组选择（gs）训练集中，进一步指导下一个循环的gs。
27.实施例5以小麦为例，提供了一种基于两部分策略的作物群体改良和品种选育方法；收集生产上推广的小麦优异类型，以及群体改良上一个循环产生的半同胞f1群体为群体改良候选种质；
将候选种质平均分为两份，分别为父本群和母本群，对所有候选种质进行wheat 20k芯片基因型鉴定，以前期表型和基因型积累数据为训练群体，基于gs模型预测产生最优300个优势组合对应的父本和母本，选相应群对应的50个父本和50个母本为高育种值亲本；高育种值亲本父本和母本按行间隔种植在隔离区内，母本散粉前全部人工去雄或者化学杀雄，随机选取父本花粉进行授粉，每一个杂交组合产生50粒以上的种子，依据单穗收获母本籽粒形成100个半同胞f1的杂种群体；100个半同胞f1杂种群体每一个单穗取30粒种子作为候选种质放入到下一轮群体改良中，取20粒用于开发优异品种；以群体改良产生的100个半同胞f1群体每个果穗20粒种子，采用单倍体诱导（dh）技术产生100
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50个dh系；将100
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50个dh系进行wheat 20k芯片基因型鉴定，依据前期表型和基因型积累数据为训练群体，基于gs模型预测产生最优产量和综合性状的300个优势组合直接进入到初级产量试验中；将300个高产dh系5点2重复双行种植在5米行长的小区内，其中一行取5个单株套袋进行人工自交授粉，留作扩繁的dh系，依据小区产量、生育期、倒伏倒折率等指标筛选出高产抗逆dh系50个；将50个高产dh系分别种植在高产试验地中，依据小区产量、生育期、株型、宜机收性状、倒伏倒折率筛选出优异高产dh系10个；将10个优异高产dh系参加国家区域试验，筛选出1个优异dh系作为品种大面积推广；将开发品种部分中初级产量试验、高级产量试验的dh系的基因型和多年多点表型数据，提供到群体改良部分的基因组选择（gs）训练集中，进一步指导下一个循环的gs。
28.实施例6以大豆为例，提供了一种基于两部分策略的作物群体改良和品种选育方法；收集生产上推广的大豆优异类型，以及群体改良上一个循环产生的半同胞f1群体为群体改良候选种质；将候选种质平均分为两份，分别为父本群和母本群，对所有候选种质进行soybean 20k芯片基因型鉴定，以前期表型和基因型积累数据为训练群体，基于gs模型预测产生最优300个优势组合对应的父本和母本，选相应群对应的50个父本和50个母本为高育种值亲本；高育种值亲本父本和母本按行间隔种植在隔离区内，母本散粉前全部人工去雄或者化学杀雄，随机选取父本花粉进行授粉，每一个杂交组合产生50粒以上的种子，依据单穗收获母本籽粒形成100个半同胞f1的杂种群体；100个半同胞f1杂种群体每一个单穗取30粒种子作为候选种质放入到下一轮群体改良中，取20粒用于开发优异品种；以群体改良产生的100个半同胞f1群体每个果穗20粒种子，采用单倍体诱导（dh）技术产生100
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70个dh系；将100
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70个dh系进行soybean 20k芯片基因型鉴定，依据前期表型和基因型积累数据为训练群体，基于gs模型预测产生最优产量和综合性状的300个优势dh系直接进入到初级产量试验中；
将300个高产dh系5点2重复双行种植在5米行长的小区内，其中一行取5个单株套袋留作扩繁的dh系，依据小区产量、生育期、倒伏倒折率等指标筛选出高产抗逆dh系50个；将50个高产dh系分别种植在高产试验地中，依据小区产量、生育期、株型、宜机收性状、倒伏倒折率筛选出优异高产dh系10个；将10个优异高产dh系参加优异产量试验，筛选出1个优异dh系作为品种大面积推广；将开发品种部分中第一年产量实验、初级产量试验、高级产量试验的dh系的基因型和多年多点表型数据，提供到群体改良部分的基因组选择（gs）训练集中，进一步指导下一个循环的gs。
29.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。