综述：下一代分子育种工具在甘蔗中实现更高遗传增益

本综述系统阐述了如何通过整合人工智能等新一代分子工具，从育种家公式的四个关键组分——加性遗传变异(σa)、遗传力(h2)、选择强度(i)和育种周期(L)入手，全面提升甘蔗育种效率。文章详述了基因组选择(GS)、CRISPR/Cas9（含碱基/先导编辑）及加倍单倍体等前沿技术，为快速培育高产、优质、气候智能型甘蔗品种提供了多维度技术路径。

　　

Abstract

Main conclusion

新一代整合人工智能(AI)的分子工具可通过增强变异性、准确性和效率来加速甘蔗遗传增益，从而实现高产、优质和气候适应性品种的快速选育。

育种家公式：遗传增益的量化框架

在全球对可再生能源依赖日益加深的背景下，提升遗传增益对可持续糖料和生物能源生产至关重要。甘蔗及其副产品作为第一、二代生物燃料的重要原料，因其遗传复杂性、长育种周期及强烈的基因型×环境互作(G×E)而面临育种挑战。育种家公式为遗传改良提供了量化框架，其核心在于优化四个关键参数：加性遗传变异(σ_a)、遗传力(h²)、选择强度(i)和育种周期长度(L)。

增强加性遗传变异的策略

全基因组层面的探索是拓宽遗传基础的关键。基因组、泛基因组及超级泛基因组分析可系统解析种质资源多样性，结合基因挖掘与功能表征，为诱导新变异提供靶点。通过理化诱变或基因编辑技术(如CRISPR/Cas9、TALENs)定向创制突变体，进一步丰富了可用遗传变异库。

精准评估遗传力的技术路径

遗传力的精确估算依赖于大规模种质资源表征、高通量表型组学技术及精细化的G×E互作研究。无人机遥感、高光谱成像等高通量 phenotyping 手段可实现性状动态监测，而多环境测试数据与基因组信息的整合建模，有助于剥离环境噪声，提升h²估计准确性。

提升选择强度的多维方案

基于基因型的选择(GS)、基因组选择(GS)及离体筛选技术可大幅扩展育种群体规模，依托大数定律提高优良基因型检出概率。自动化平台与微流控技术的应用显著提升了筛选通量与成本效益，使高选择强度(i)的实现成为可能。

缩短育种周期的前沿工具

标记辅助选择(MAS)与基因组选择(GS)加速了早期世代优良单株鉴定。速度育种通过光温调控缩短世代周期，而加倍单倍体技术（尽管在多倍体作物中仍具挑战）能快速获得纯合系。转基因与基因编辑技术可直接导入目标性状，CRISPR/Cas9系统的碱基编辑(base editing)与先导编辑(prime editing)技术更实现了精准基因组修饰，显著压缩了性状固定时间。

人工智能驱动的育种范式革新

人工智能(AI)与多组学数据的深度融合正重塑甘蔗育种范式。机器学习算法可解析海量基因组与环境互作数据，优化亲本选配与后代预测；数字孪生技术通过虚拟育种循环提前评估组合表现，进一步降低实地试验成本。这些智能工具与上述分子技术的协同，将共同推动甘蔗育种进入精准化、高效化新阶段。