基因组选择在林木遗传育种研究中的进展与展望

摘要

基因组选择技术是目前动植物遗传育种的关键技术和研究热点,已在一些动植物的遗传改良工作中取得了重要进展.林木具有世代间隔长的生物学特性,因而育种周期长,早期选择是缩短林木育种周期和加快林木育种进程的有效方法.林木早期选择研究可以粗略分为3个阶段:基于性状表型早晚期相关的早期选择、分子标记辅助选择的早期选择以及基因组选择.林木遗传改良的目标性状主要是生长性状和木材品质性状,其大都是复杂的数量性状,在生长进程中受到更加持久的环境影响.同时生长性状的遗传力是随着生长进程而发生变化的.基因组选择在林木遗传改良中的应用受限于多年生林木自身特点以及研究基础薄弱,包括世代间隔长、体型高大、幼龄期长、基因组和表型组等组学数据匮乏以及相关研究技术平台不完善等因素.为了推动基因组选择技术在林木遗传改良中的应用进程,本文介绍基因组选择技术的原理与方法,总结基因组选择技术在林木遗传育种中的研究进展,探讨基因组选择技术在林木遗传改良中应用的限制性因素.简要介绍基因组选择的线性模型、统计学估计方法(SNP-BLUP、GBLUP和Bayesian估计模型)和分析工具(rrBLUP、synbreed、BGLR、GVCBLUP、GAPIT、sommer和BLUPGA,等).概括总结基因组选择技术在林木育种中应用的优势,简要概述阔叶树种(杨属、桉属、油棕属和橡胶树属)和针叶树种(松属和云杉属)的基因组选择研究案例,以油棕基因组选择研究作为典型案例分析.林木树种的基因组选择研究案例均表明基因组选择技术有助于提高林木选育效率和加快林木育种进程.深入探讨林木树种的参考基因组、全基因组关联分析、育种群体、连锁不平衡和多年生属性5个方面对林木基因组选择研究的影响.基因组选择在林木遗传育种研究中具有潜在应用前景,但其可行性仍需要大量的模拟数据和真实数据评估.当前林木基因组选择研究所面临的重要问题:1)林木树种的基因组组装质量普遍不高;2)如何开展林木多性状全基因组选择研究;3)针对多年生林木树种自身特点,设计出合理的试验方案,开发具备纵向性状数据处理能力的统计模型和分析软件.