前育种研究（prebreeding）又称种质创新(germplasm enhancement)，是指针对那些在育种中不能直接利用的种质资源，开展性状与基因的鉴定，并将目标性状转到育种家能用的中间材料中，创制出“育种中好用，育种家想用”的新种质。本质上，种质创新的过程就是提高种质资源可利用性的过程。
在当前的育种中，植物遗传资源(PGR)基因库的管理和利用面临着诸多挑战，如何缩小基因库和前育种之间的距离，提高种质的利用效率具有重要的意义，尤其是在病害大流行的情况下，如何挖掘基因库中的抗性品种，这是减少病害大流行的影响，提升作物抗病能力的关键所在。
近日，Albert W. Schulthess等人在国际知名期刊Nature Genetics上在线发表了题为“Genomics-informed prebreeding unlocks the diversity in genebanks for wheat improvement”的研究论文，该研究提出了一种基于基因组学和基因组预测的综合的小麦改良前育种策略，用于评估基因库中数千个材料的育种价值，并从中检测到小麦资源库中尚未被利用的抗黄锈病（YR）抗源供体和可与优良品种杂交创造高产性状的非适应亲本。
首先，该研究通过主成分分析(PCA)对两个小麦基因库（IPK和INRAE）进行多样性分析，发现这两个基因库在很大程度上有着相同的多样性，其中两个主要的种质资源类群分别来源于欧洲和亚洲（图1）。作物能够健康的生长发育是保证产量的关键所在，因此在检查了多样性之后，作者所关注的第一个性状就是小麦对YR的抗性。为此，作者收集了一个包含有150份YR抗性基因型和50份易感基因型材料组成的核心种质资源（T3C），随后对这些材料进行自然和人工YR侵染后的表型考察和全基因关联分析（GWAS），结果表明有23个潜在供体携带了抗性基因的单倍型，而且超过一半的供体携带一个以上尚未在优良品种中使用的潜在抗源（图2）。同时该研究还通过“Elite × PGR”F1杂交估计了PGR在前育种中对产量的贡献，通过基因库内和基因库间的基因组预测，在多个田间试验中确定了与优良品种进行杂交的最佳亲本，使得其后代的产量可超过当前小麦品种（图3）。
图1.基因库内部和之间的遗传多样性
图2.对IPK基因库的PGR进行深度挖掘，寻找冬小麦育种中尚未使用的YR抗性新来源。
图3.通过Elite×PGR杂交和基因组预测，揭示PGR前育种的产量育种值(BV)。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41588-022-01189-7
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