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为解决传统克隆选择导致遗传同质化等问题，研究人员开展基于整数规划（IP）的多克隆选择研究。通过混合模型拟合、IP 算法优化，发现 IP 可实现多性状遗传增益最大化，为葡萄品种改良提供新方法，具重要实践意义。
葡萄作为人类历史上最重要的驯化植物之一，其品种改良对全球酿酒产业和农业经济至关重要。传统的克隆选择（Clonal Selection）虽能优化单一性状（如果实产量、糖分含量），但会导致葡萄园遗传同质化，加剧遗传侵蚀风险，并提高基因型 - 环境互作（G×E）的敏感性。随着气候变化和消费者对葡萄酒品质要求的提升，如何在保留遗传多样性的同时实现多性状协同优化，成为葡萄育种领域的关键挑战。
葡萄牙里斯本大学高等农业学院（LEAF—Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food 研究中心）的研究团队针对这一问题，开展了多克隆选择（Polyclonal Selection）方法的创新研究。多克隆选择指筛选 7-20 个克隆的平衡混合群体，通过群体遗传效应实现多性状综合提升。该研究成果发表在《Theoretical and Applied Genetics》，为古老葡萄品种的可持续改良提供了新范式。
研究采用的核心技术包括：
- 线性混合模型（Linear Mixed Models）：通过拟合基因型随机效应，估算遗传方差组分和最佳线性无偏预测值（EBLUPs），量化品种内遗传变异。
- 整数规划（Integer Programming, IP）算法：构建多目标优化模型，以最大化群体遗传增益为目标，同时设置性状约束条件（如产量、酸度、酚类物质含量等），筛选最优克隆组合。
- 田间试验设计：在葡萄牙主要葡萄产区对 4 个古老品种（歌海娜 Grenache、鲁菲特 Rufete、古韦奥 Gouveio、恩克鲁扎多 Encruzado）开展多年多点试验，评估 126-242 个克隆的产量（YD）、潜在酒精度（PA）、总酸度（TA）、pH、浆果重量（BW）、花青素（AC）和总酚指数（TP）等性状。
研究结果
1. 品种内遗传变异与选择潜力
- 变异特征：所有品种中，产量（YD）的遗传变异系数（CVG）最高（13.63%-23.65%），pH 最低（0.78%-2.34%）；花青素（AC）和总酚（TP）在红葡萄品种中变异显著，但鲁菲特（Rufete）的 TP 因遗传方差低未纳入选择。
- 遗传力：广义遗传力（H2）显示产量和潜在酒精度（PA）的稳定性较高（0.601-0.865），为选择提供可靠基础。
2. 整数规划的多克隆选择效果
- 基础场景（Base Situation）：在无约束条件下，IP 成功筛选出 7-20 克隆的群体，实现产量（YD）遗传增益最大化（歌海娜 Grenache 最高达 29.8%），同时避免其他性状损失。例如，古韦奥（Gouveio）的产量增益达 37.1%，且浆果重量（BW）和 pH 保持稳定。
- 特定场景（Specific Situation）：通过设置性状约束（如 PA≥0%、TA≥15%），IP 可灵活调整选择方向。在恩克鲁扎多（Encruzado）中，强制花青素（AC）增益≥15% 时，产量（YD）增益虽降至 5.3%-10.4%，但实现了多酚类物质与产量的平衡。
3. 性状相关性对选择的影响
- 负相关挑战：潜在酒精度（PA）与总酸度（TA）呈负相关（如 Grenache 中 r=-0.74），导致两者难以同步提升；pH 与 TA 的负相关（r=-0.61）则有利于 “增酸降 pH” 的选择目标。
- 最大允许增益（Rmax a）：考虑性状互作时，各性状的最大允许增益普遍低于无约束场景（Rmax p）。例如，Grenache 的 TA 最大允许增益仅为最大可能增益的 50%，反映负相关对选择的限制。
结论与意义
本研究首次将整数规划（IP）引入葡萄多克隆选择，证明其能有效整合多性状遗传效应，通过数学优化实现群体水平的遗传增益最大化。与传统选择指数法相比，IP 无需主观设定经济权重，通过约束条件灵活反映育种目标，尤其适用于遗传多样性丰富的古老品种。研究发现，7-20 克隆的群体规模可平衡遗传稳定性与选择效率，符合国际葡萄与葡萄酒组织（OIV）的规范要求。
该方法为应对气候变化下的葡萄育种挑战提供了新工具 —— 通过保留遗传多样性，增强葡萄园对环境波动的缓冲能力，同时精准调控产量与品质相关性状（如果实酚类物质含量）。未来可扩展至其他多年生作物的群体改良，推动 “可持续育种” 理念的实践。研究结果不仅深化了对多克隆选择机制的理解，也为分子标记辅助选择（MAS）与数学优化模型的结合奠定了基础，有望革新植物育种的方法论体系。
