1950年，世界人口大約有25億。目前，全球人口已超過75億。據(jù)保守估計到2050年，全球?qū)⒂?0億人口。同時，目前全球營養(yǎng)不良的人數(shù)約30億，占全世界人口40％。

今天，技術(shù)醫(yī)學(xué)的進(jìn)步以及對人類基因組的新認(rèn)識提高了我們的生活質(zhì)量和壽命，那么，是否也有同樣的技術(shù)可以來提高我們的食物來源？

在美國，農(nóng)業(yè)部和通用磨坊等地的研究人員正在使用 JMP Genomics通過標(biāo)記輔助植物育種來加速轉(zhuǎn)化育種程序。

本文我們就來看看JMP Genomics是如何加速植物育種篩選的。

構(gòu)建基因遺傳圖譜

植物育種，其實(shí)就是將農(nóng)作物中所需的性狀與基因組中的基因位置相關(guān)聯(lián)，以便我們可以幫助推動新植物系的選擇，以優(yōu)化性狀結(jié)果。

比如，如果兩個藍(lán)眼睛的人生了一個孩子，則該孩子很可能會由于其父母遺傳的遺傳密碼而出現(xiàn)藍(lán)眼睛。交叉兩個高個子玉米，結(jié)果往往是高個子玉米。這些被稱為遺傳性狀。

在育種中應(yīng)用遺傳性狀的基因組知識，以幫助植物在沒有任何額外基因修飾的前提下，采用最佳雜交（兩株植物的交配），以生產(chǎn)產(chǎn)量更高、疾病更少、維生素含量更高、可在耐旱條件下生長的更易于碾磨的農(nóng)作物、味道更好的植物糧食種子。

JMP Genomics是JMP產(chǎn)品家族中專為基因組學(xué)分析設(shè)計的專業(yè)分析軟件。通過開發(fā)使用觀察到的遺傳標(biāo)記之間關(guān)系的工具來構(gòu)建遺傳圖譜，以促進(jìn)性狀關(guān)聯(lián)/預(yù)測、作物選擇和模擬。

與人類基因組圖不同，由于許多植物物種的基因組非常復(fù)雜，沒有這種“遺傳路線圖”，例如，四套、六套甚至八套染色體，而不是兩套。取而代之，我們通常使用遺傳標(biāo)記之間的遺傳模式來估計連鎖圖。一起被遺傳的基因往往是相關(guān)的，也意味著它們在遺傳圖譜上更接近。因此，我們需要能夠?qū)?biāo)記進(jìn)行分組和排序以構(gòu)建遺傳圖譜的算法。相關(guān)的標(biāo)記（具有較小的基因重組距離）在一定程度上屬于同一條染色體。一旦確認(rèn)相應(yīng)染色體后，我們將根據(jù)產(chǎn)生最小遺傳距離遺傳圖的原則，來確定那些標(biāo)記或者基因在染色體上的排列順序。

上圖顯示了使用這些方法對實(shí)驗(yàn)性燕麥種群估算的連鎖圖，其中彩色/斜體標(biāo)記是已知/錨定標(biāo)記。這種用于基因鏈接和共有圖譜的JMP Genomics工具已在許多植物遺傳圖譜研究出版物中使用。

預(yù)測性狀、交叉評價及育種程序模擬

有了可靠的染色體及基因圖譜，在植物育種程序中采用基因組選擇方法（即：采用現(xiàn)代數(shù)據(jù)挖掘和預(yù)測建模技術(shù)用于基因輔助植物選擇）變得可行。

利用JMP Genomics中強(qiáng)大的預(yù)測模型庫，根據(jù)遺傳變異性，找到最佳模型，對給定性狀的新植物品種進(jìn)行評分。植物育種的藝術(shù)在于開發(fā)新的種子品種，可以平衡多個性狀以提供最佳結(jié)果。而僅單單提高產(chǎn)量通常會以其他方式導(dǎo)致植物或產(chǎn)品遭受損失。

我們使用JMP Genomics創(chuàng)建一個流程，通過創(chuàng)建一個多種潛在植物雜交模擬工具，同時平衡優(yōu)化多個性狀，使育種者能夠分析評估所有可能的植物、品系雜交并找到最佳種子。（例如，如下圖所示，在選定的玉米雜交品種中增加產(chǎn)量同時降低植株高度）。

上圖顯示，在五個世代的育種中，將第45或99行與第41行雜交將會產(chǎn)生最高的預(yù)測產(chǎn)量，同時有效地降低植物的株高。

傳統(tǒng)的育種程序可能要花費(fèi)數(shù)年才能實(shí)現(xiàn)收益。每年，育種者必須在土地、資源數(shù)量和有限的時間下決定合適的雜交品種，以嘗試改良給定的作物，然后必須等待整個生長季節(jié)才能看到雜交品系的表現(xiàn)。

JMP Genomics提供的先進(jìn)的分析解決方案，可幫助育種者針對一組平衡的物理性狀找到最佳雜交，并使用多年的模擬結(jié)果來顯著加快這一過程，在電腦上通常情況下僅需幾個小時即可完成，大大提高了育種篩選及優(yōu)化。

對創(chuàng)新的可持續(xù)農(nóng)業(yè)實(shí)踐的需求，是全世界所面臨的最緊迫的問題之一。借助JMP Genomics，植物育種家和作物生物科學(xué)家可以通過對遺傳變異性進(jìn)行建模、優(yōu)化育種選擇、模擬多性狀育種計劃以及權(quán)衡主要優(yōu)良性狀，推動選擇更健康的作物。

希望JMP Genomics可以幫助更多的農(nóng)業(yè)研究機(jī)構(gòu)協(xié)助人類解決食物問題，讓饑荒不再，歲稔年豐。

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