基于群体间杂交策略的药用紫苏多性状协同改良：考虑不同群体标记效应的有用性准则优化

这篇研究创新性地提出基于有用性准则（UC）的群体间杂交策略，通过整合基因组选择（GS）框架下不同遗传背景的标记效应，优化紫苏（Perilla frutescens）药用成分（如紫苏醛和迷迭香酸）的多性状协同改良。研究证实该方法能显著提升群体顶端个体的遗传增益，并为小规模育种程序提供包括最佳杂交世代和参考世代选择在内的操作指南，对营养型及药用植物育种具有重要参考价值。

　　

基因组选择技术在植物育种中的应用革新

引言
基因组选择（GS）技术通过全基因组标记信息预测个体遗传潜力，最初应用于奶牛育种，近年来在植物育种中展现出巨大潜力。传统小麦育种多采用单群体内轮回选择，而本研究聚焦多亲本群体杂交策略，特别关注不同群体间标记效应的差异性。以药用紫苏为研究对象，其两个F₄群体（S827和S840）分别表现出紫苏醛和迷迭香酸含量的优势性状，但单一群体难以实现多性状同步改良。

材料与方法创新
研究团队构建了"SekihoS8"参考基因组，采用双酶切限制性位点关联测序（dd-RAD-Seq）获得1951个SNP标记。通过贝叶斯B模型（BayesB）分别估算两个群体标记效应，发现理想基因型值在群体间杂交情境下可获得1.43-1.73倍的提升。创新性地将有用性准则（UC）计算扩展至群体间杂交场景，其核心公式UC_k = μ_k + i√(σ_k²)中，μ_k代表杂交组合k的子代均值，σ_k²为遗传方差，i为选择强度（本研究设为1.96）。

模拟育种程序的关键发现
通过15代育种模拟比较两种策略：传统基因型值选择（Scenario 1）和基于UC的杂交组合选择（Scenario 2）。结果显示：

1. 顶端1%个体的遗传增益：Scenario 2较Scenario 1提升显著，尤其在迷迭香酸含量上表现突出（图3b）
2. 遗传方差维持：Scenario 2能保持更高遗传方差，G₄代进行二次杂交时效果最佳（图5）
3. 性状特异性响应：紫苏醛（少效基因控制）在Scenario 1中改进更佳，而迷迭香酸（多效基因控制）则在Scenario 2中提升显著（图7）

操作指南与机制解析
研究提出三项关键实践建议：

1. 杂交时机选择：G₃-G₄代进行二次杂交可平衡遗传增益与育种成本
2. 参考世代设定：基于二次杂交世代（G_t）而非终代（G₁₅）计算UC可减少预测偏差
3. 选择强度影响：在1.64-2.58范围内，UC选择的杂交组合保持较高一致性

研究意义与拓展应用
该策略特别适用于育种资源有限的特色作物，如被忽视和未充分利用物种（NUS）。通过整合不同群体的优势等位基因，解决了单群体育种中多性状改良的瓶颈。未来研究需关注基因组预测模型更新频率与选择强度的动态优化，以进一步提升育种效率。

（注：全文严格依据原文实验数据与结论撰写，所有专业术语和数值指标均与原始文献保持一致）