作为加速且有效的多层性状递送系统的中间轮回亲本的制作方法

作为加速且有效的多层性状递送系统的中间轮回亲本
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2021年2月5日提交的美国临时申请第63/146,408号的权益，该临时申请以引用的方式整体并入本文。
技术领域
3.本公开涉及农业生物技术领域，具体而言涉及作物育种以及提高性状渐渗效率和操作效率的方法。


背景技术：

4.育种者通过各种植物遗传改良计划不断开发新栽培品种。这些计划的一个关键步骤是修饰高特异性遗传区域或添加高特异性新性状。这种计划传统上依赖于等位基因或遗传构建体的渐渗，通过经典性状渐渗方法将新的或有利的性状从一个品系的基因组赋予到优良品系的基因组中。这种性状整合方法对于20世纪90年代末和21世纪初遗传修饰生物(gmo)的成功至关重要。人们必须精确地整合所关注的性状，同时避免对整个基因组及其表型性能产生任何负面影响。成功实现这样的双重目标并非易事。经典性状渐渗方法，其中每个单一的优良品系都单独和独立地转化，效率低且成本高。由于成本高昂，育种计划通常要等到新栽培品种开发的足够晚的阶段，以便集中于相对少量的针对性状渐渗过程的优良品系，通常在测试的2至3年之后。这与性状渐渗所需的多世代和长时间一起，阻碍了作物性状和性状种子产品的快速开发。当育种者希望加速作物品种开发时，开发改进的性状渐渗方法以提高效率并促进新栽培品种的更快产生至关重要。


技术实现要素：

5.在一个方面，本公开提供了一种将至少一个所关注的性状部署到受体亲本群体中的方法，所述方法包括a)按照遗传距离将所述受体亲本群体分组为至少一个受体亲本组，其中每个受体亲本组包含至少一个中间轮回亲本，所述至少一个中间轮回亲本相对于所述至少一个受体亲本组的其他成员在遗传距离上处于中间位置；b)通过回交将所述至少一个所关注的性状从供体亲本渐渗到第一受体亲本组中所包含的第一中间轮回亲本；以及c)通过回交将所述至少一个所关注的性状从所述第一中间轮回亲本渐渗到所述第一受体亲本组的其他成员。
6.在一个实施方案中，所述第一受体亲本组是多个受体亲本组中的一个受体亲本组，其中所述受体亲本群体的每个成员被包含在所述多个受体亲本组中的至少一个受体亲本组内，并且其中所述第一中间轮回亲本是多个中间轮回亲本中的一个中间轮回亲本，其中所述多个中间轮回亲本中的每个中间轮回亲本被包含在所述多个受体亲本组中的至少一个受体亲本组内。在另一个实施方案中，本发明公开的方法还包括将所述至少一个所关注的性状从所述供体亲本渐渗到所述多个中间轮回亲本中的每个中间轮回亲本，并且进一步将所述至少一个所关注的性状从所述多个中间轮回亲本中的每个中间轮回亲本渐渗到
相关受体亲本组的其他成员。
7.在另一个实施方案中，根据谱系同一性，所述至少一个受体亲本组的任何两个成员之间的遗传距离为至少60％。例如，所述至少一个受体亲本组的任何两个成员之间的遗传距离可以是60％、65％、70％、75％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的谱系同一性。在其他实施方案中，根据谱系同一性，所述至少一个受体亲本组的任何两个成员之间的遗传距离为至多65％。在另外其他实施方案中，根据谱系同一性，所述至少一个受体亲本组的任何两个成员之间的遗传距离为至多80％。
8.在另一个实施方案中，包含所述至少一个中间轮回亲本的所述至少一个受体亲本组还包含所述受体亲本组的多达十个其他成员。在又一个实施方案中，所述至少一个受体亲本组的至少一个成员是第二替代和备用受体亲本组的成员。在另一个实施方案中，所述受体亲本群体由植株组成。
9.在一个实施方案中，所述至少一个所关注的性状包括至少一个所关注的农艺性状。在另一个实施方案中，所述至少一个所关注的农艺性状与以下性状的任何组合相关：除草剂耐受性、昆虫控制、增加的植物病原体抗性、增强的油组成、增加的水利用效率、增加的产量、增加的抗旱性、增加的种子质量、改善的营养质量、增加的氮利用效率或对氮胁迫的耐受性。
10.在另一个方面，本公开提供了一种用于将至少一个所关注的性状部署到受体亲本群体以用于植物育种的系统，其中所述系统包括a)目标环境区域的育种流水线，在所述流水线中具有近交系中的每个的基因型数据；b)计算设备，所述计算设备与数据结构通信并且被配置为按照遗传距离将所述受体亲本群体分组为至少一个受体亲本组，其中每个受体亲本组包含至少一个中间轮回亲本，所述至少一个中间轮回亲本相对于所述至少一个受体亲本组的其他成员在遗传距离上处于中间位置；c)第一渐渗工具，其中所述第一渐渗工具被配置为通过回交将所述至少一个所关注的性状从供体亲本渐渗到属于第一受体亲本组的第一中间轮回亲本；以及d)第二渐渗工具，其中所述第二渐渗工具被配置为通过回交将所述至少一个所关注的性状从所述第一中间轮回亲本渐渗到所述第一受体亲本组的其他成员；其中将来源于所述受体亲本群体的至少一个有性状成员的植株种植在生长空间中并且引导至育种流水线中。
11.在一个实施方案中，所述第一受体亲本组是多个受体亲本组中的一个受体亲本组，其中所述受体亲本群体的每个成员与所述多个受体亲本组中的至少一个受体亲本组相关，并且其中所述第一中间轮回亲本是多个中间轮回亲本中的一个中间轮回亲本，其中所述多个中间轮回亲本中的每个中间轮回亲本与所述多个受体亲本组中的至少一个受体亲本组相关。在另一个实施方案中，本发明公开的系统还提供工具，所述工具用于将所述至少一个所关注的性状从所述供体亲本渐渗到所述多个中间轮回亲本中的每个中间轮回亲本，并且进一步将所述至少一个所关注的性状从所述多个中间轮回亲本中的每个中间轮回亲本渐渗到相关受体亲本组的其他成员。
12.在另一个实施方案中，根据谱系同一性，所述至少一个受体亲本组的任何两个成员之间的遗传距离为至少60％。例如，所述至少一个受体亲本组的任何两个成员之间的遗传距离可以是60％、65％、70％、75％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、
89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的谱系同一性。在其他实施方案中，根据谱系同一性，所述至少一个受体亲本组的任何两个成员之间的遗传距离为至多65％。在另外其他实施方案中，根据谱系同一性，所述至少一个受体亲本组的任何两个成员之间的遗传距离为至多80％。
13.在另一个实施方案中，包含所述至少一个中间轮回亲本的所述至少一个受体亲本组还包含所述受体亲本组的多达十个其他成员。在又一个实施方案中，所述至少一个受体亲本组的至少一个成员是第二替代或备用受体亲本组的成员。在另外又一个实施方案中，所述至少一个所关注的性状通过2次或更少的回交从所述供体亲本渐渗到所述第一中间轮回亲本。
14.在一个实施方案中，所述至少一个所关注的性状包括至少一个所关注的农艺性状。在另一个实施方案中，所述至少一个所关注的农艺性状与以下性状的任何组合相关：除草剂耐受性、昆虫控制、增加的植物病原体抗性、增强的油组成、增加的水利用效率、增加的产量、增加的抗旱性、增加的种子质量、改善的营养质量、增加的氮利用效率或对氮胁迫的耐受性。
附图说明
15.图1-不同渐渗方法的图示。左边的图显示了传统的点对点的经典性状渐渗方法，右边的两个图显示了本发明公开的中间轮回亲本渐渗方法的渐渗步骤。通过中间轮回亲本方法的性状渐渗涉及以下步骤：在第一阶段将所关注的性状从供体亲本渐渗中间轮回亲本(irp)，以及将所关注的性状从中间轮回亲本(irp)渐渗与中间轮回亲本分入一组的受体亲本植株(rp)。
16.图2-上部条带的经典性状渐渗方法与下部条带的中间轮回亲本(irp)性状渐渗方法之间的时间线比较。经典性状渐渗方法含有9个周期，每年3个周期，完成一次性状转化。下部条带的中间轮回亲本性状渐渗方法表明，一旦基因型数据可用，该方法就可以开始性状渐渗，从而可以估算遗传距离。在本实例中，能够比正常情况提前一个周期开始转化并且当开发新栽培品种时可以节省一年的时间。该图显示了苗圃种植周期，包括新开始(ns)种植，涉及受体亲本和供体亲本的种植；f1子代(f1)种植，涉及受体亲本和供体亲本植株之间杂交的f1子代的种植；第一次回交(bc1和bc1 irp)种植，涉及f1植株与受体亲本或中间轮回亲本植株之间杂交的子代的种植；第二次回交(bc2和bc2 irp)种植，涉及bc1或bc1 irp植株与受体亲本或中间轮回亲本植株之间杂交的子代的种植；第三次回交(bc3 rp)种植，涉及bc2 irp植株与受体亲本之间杂交的子代的种植；接合性(zy)种植，涉及最终回交的自交子代的规划；增加(inc)种植，涉及zy种植产生的种子的种植，用于增加种子数量；杂交组合(hmu)种植，涉及inc种植产生的种子的种植，用于通过与异性品系杂交产生杂交体，用于必要的杂交作物，诸如玉米。该图还包括灵活的育种周期(以“？？”表示)，在此期间可以根据需要进行另外的育种杂交，诸如进行任何另外的自交世代，将多个性状堆加在一起，或者在操作或环境问题导致苗圃失效的情况下，重新种植上一个苗圃周期以作为重置。
具体实施方式
17.传统上，将所期望的性状与优良基因组组合以产生新栽培品种通过经典性状渐渗
方法来进行。经典性状渐渗依赖于点对点性状分布系统，其中来自供体植株的有利的或新的性状通过携带所期望的性状的供体亲本与轮回亲本植株(例如含有优良或商业基因组)的重复回交渐渗到受体植株。重复回交的最终目标是获得含有来自供体亲本植株的所期望的性状以及优良轮回亲本植株基因组的高恢复率二者的植株，以确保优良轮回亲本植株性能的复制。这一最终目标通常需要超高的谱系同一性(ibd)，因此可能需要多年才能完成，即使有每年多个周期和冬季苗圃或受保护的培养操作的帮助。
18.本公开提供了一种开发新栽培品种的新方法，所述新方法通过围绕来源-储库-边缘模式而不是经典的点对点系统而设计的性状渐渗的新方法来进行(图1)。本发明公开的方法涉及使用中间轮回亲本来显著减少开发新栽培品种所需的时间，降低操作成本，并且实现与经典性状渐渗方法相同水平的成功概率。因此，本发明公开的性状渐渗方法通过使用中间轮回亲本植株作为要渐渗的所期望的性状的中间储库来解决常规方法的局限性，所述中间轮回亲本植株作为来源(或供体亲本)和边缘(或受体亲本)之间的桥梁。
19.a.中间轮回亲本性状渐渗方法的优点
20.在大规模商业育种操作中，通过标记辅助回交进行性状渐渗的经典方法由于冗余、重复、时间要求和高成本而效率极低。例如，经典性状渐渗未考虑育种计划中品系命运的不确定性。因此，在经典的点对点分布系统中，如果在随后的测试阶段和品系推进期间所涉及的轮回亲本被删除，则大量的初始杂交最终可以是不必要的。必须在商业上市前几年开始经典性状渐渗，以使整个性状渐渗过程期间存在多个品系推进阶段，从而增加了这种品系命运的不确定性。
21.另外，经典性状渐渗方法未考虑受体池的遗传关系。此前未考虑通过利用高度相似的品系组的存在来提高效率和减少冗余。在大多数商业育种流水线中，相同测试阶段的品系之间的成对遗传距离很少是均匀分布的。在严格的点对点分布系统中，即使对于两个或更多个遗传相似的品系，通常也会对每个品系进行单独的标记辅助回交项目。通过首先将一个性状转化为中间受体，这代表遗传相似品系的共有基因组，然后转化每个单独的品系，将大大减少高度相似品系的重复转化的低效性。
22.这两种低效性共同限制了在育种计划中最早开始经典性状渐渗方法的机会。虽然希望尽早开始经典性状渐渗，以加速产品上市，提高育种计划中的育种循环率和遗传增益，但是数量庞大的品系可以使这种选择在操作和经济上不可行。
23.此外，在精准育种和基因编辑的时代，随着对基因功能的理解和新性状的发现的进步，需要渐渗新优良品系的性状数量将继续增加。上述经典性状渐渗系统的低效性将限制明确定义的、精确工程化的基因组区域的组合转化为每个新目标品系的可行性。
24.本发明公开的中间轮回亲本性状渐渗的方法克服了经典性状渐渗方法的的许多低效性。
25.b.受体亲本植株的分组和中间轮回亲本植株的选择
26.本发明公开的方法通过来源-储库-边缘设计来促进至少一个所期望的性状的渐渗，其中所期望的性状最初从供体植株渐渗到至少一个中间轮回亲本植株，然后从中间轮回亲本植株渐渗到至少一个受体植株。所公开的方法涉及若干重要的设计方面，这些方面包括对育种流水线或群体内的植株进行分组，以及选择每个植株分组内的中间轮回亲本植株。
27.本发明公开的方法涉及对育种流水线内的植株或要渐渗所期望的性状的植株群体进行分组。分组可以通过本领域已知的对植株进行分组的任何工具，例如，按照遗传距离、遗传关系或以更基本的形式对植株进行分组的任何已知工具来进行：一般相似性和育种者的感知。在本公开的某些实施方案中，育种流水线或群体内的植株可以按照遗传距离，例如使用谱系同一性进行分组。在其他非限制性实施方案中，育种流水线或群体内的植株可以按照谱系、亲本或本领域已知的涉及遗传关系或遗传距离的任何其他装置进行分组。
28.在所公开方法的一些实施方案中，任何两个植株之间的遗传距离可以通过序列同一性百分比或谱系同一性百分比来测量。例如，遗传距离可以使用任何已知的序列分析技术来测量，包括但不限于使用通过测序进行基因分型、dna指纹分析、基于pcr的检测方法(例如，taqman测定法)、微阵列方法、基于质谱的方法和/或核酸测序方法。此外，下文讨论的关于渐渗的性状选择和检测的方法或技术也可以在一些实施方案中用于估算或确定两个或更多个植株之间的遗传距离。
29.在某些实施方案中，可以基于预定或选择的遗传距离阈值对植株进行分组。例如，可以基于要分组的育种流水线或群体来选择或优化该阈值。在一些方面，分组可以被优化，以使得所得的分组满足另外的设计参数，包括例如每组中的成员数量、以及为育种流水线或群体选择的中间轮回亲本植株的总数、以及被纳入多于一个分组的受体亲本的数量。育种流水线或群体内的植株可以分为任何数量的必要组，包括单个组或多于一个组。例如，育种流水线或群体可以分组为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100或更多个不同的植株组。
30.在一个实施方案中，植株的分组可以使用计算设备在计算机上完成。在计算机上分组可以使用适合于创建此类分组的可公开获得的数学优化计算机程序中的任一者，例如基于估算遗传距离和预定阈值来进行。多个合适的可公开或商购获得的软件平台可用于进行在计算机上的计算，以确定受体植株分组和每个组内的中间轮回亲本植株，所述软件平台包括但不限于cplex、cbc、gurobi、scip和xpress。
31.因此，在一些实施方案中，本发明公开的方法提供了与数据结构通信并且被配置为对植株群体进行分组的计算设备，所述植株群体包括所关注的所期望的性状将被渐渗的受体植株。例如，计算设备可以被配置为基于遗传关系阈值将受体植株群体分组为不同的植株组。计算设备还可以被配置为从每组受体亲本植株中选择至少一个中间轮回亲本，其中每组中的中间轮回亲本相对于该组的其他成员在遗传距离上处于中间位置。
32.在一些实施方案中，至少一个中间轮回亲本植株选自受体亲本植株分组中的每个，以使得其余的受体亲本植株与至少一个中间轮回亲本植株连接，遗传距离不大于预定阈值。在某些实施方案中，受体亲本分组的成员之间的遗传距离，例如分组中受体亲本植株中的每个之间的遗传距离，或者分组中的选定中间轮回亲本植株和其余的受体亲本植株之间的遗传距离，在本质上可以是可操作地离散的，例如，遗传距离为离散次数(一、二、三、四、五、六等)的标记辅助回交。在一个实施方案中，一个标记辅助回交等效距离是指，如果受体亲本植株和中间轮回亲本植株在该距离阈值内，则预期中间轮回亲本植株与受体亲本植株回交单个回交世代将使所得的子代的性能水平与受体亲本植株几乎没有区别。例如，可以根据历史经典性状渐渗性能分析和正向遗传模拟来确定一次、两次、三次或更多次回交的等效距离。在其他实施方案中，组中的受体亲本植株之间或所选的中间轮回亲本植株
和受体亲本植株之间的遗传距离可以通过谱系同一性来定义。例如，在某些实施方案中，遗传距离可以定义为60％、65％、70％、75％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的谱系同一性。
33.在本公开的一个实施方案中，一个或多个代表性品系的子集选自优良品系的群体，至少一个所关注的性状将被渐渗所述优良品系中，以作为中间轮回亲本植株。一旦选择了中间轮回亲本植株，就进行与供体亲本植株的初始杂交，从而产生至少一个包含来自供体亲本植株的所期望的性状的子代植株。然后可以在包含来自供体亲本植株的所期望的性状的子代植株和所选的中间轮回亲本植株之间进行回交。在某些实施方案中，可以在子代植株和所选的中间轮回亲本植株之间进行一次或多次回交，以恢复中间轮回亲本遗传背景或表型表现的至少一部分。在一些实施方案中，要恢复的中间轮回亲本遗传背景的部分是足够高以维持所期望的表型性能，例如维持足够高的表型性能复制的部分。例如，可以进行一次、两次、三次、四次或五次回交。在一些实施方案中，在可以开始与受体亲本植株杂交之前，不需要完全恢复中间轮回亲本的遗传背景或表型性能。
34.在其他实施方案中，至少一个遗传基因座或性状向中间轮回亲本植株的渐渗可以通过分子遗传方法来实现。此类分子遗传学方法包括但不限于各种植物转化技术和/或提供同源重组、非同源重组、位点特异性重组、基因编辑技术的方法和/或提供基因座替代或基因座转化的其他基因组修饰方法。
35.在至少一个遗传基因座或性状渐渗到中间轮回亲本植株之后，例如在与中间轮回亲本植株进行所期望的次数的回交之后，包含性状的子代可以与受体亲本植株杂交。用于该杂交的受体亲本植株来自从中选择中间轮回亲本的优良品系的同一群体，但是与所选的中间轮回亲本植株是不同的植株。在一些实施方案中，来自该杂交的子代可以与受体亲本植株回交足够次数的杂交，以获得包含渐渗性状和来自受体亲本植株的高水平遗传背景或性能恢复的子代植株。例如，可以进行一次、两次、三次、四次或五次回交。在某些实施方案中，所期望的高水平遗传背景或性能恢复将与原始受体亲本植株无法区分或几乎无法区分。在另外的实施方案中，来自这种回交的最终子代可以自交或进行单倍体倍增，以产生近交植株。
36.在某些实施方案中，当选择中间轮回亲本植株时，应当仔细设计每个中间轮回亲本植株的承载能力、或单个中间轮回亲本植株杂交或连接的受体植株的数量，并设定上限，并且不同的受体亲本组的大小应该保持平衡。例如，在选择中间轮回亲本植株期间，应当考虑允许每个中间轮回亲本植株连接或杂交的受体亲本植株的数量，并且在某些实施方案中，应当对该数量进行限制。此外，每个中间轮回亲本植株的连接数量应尽可能均匀。例如，在育种群体中，多样性分布不平衡的情况并不少见，其中大量品系或品种密切相关并且集中在多个历史关键品系周围，而其余品系或品种则不密切相关。只要满足距离阈值，允许中间轮回亲本植株与不受限制数量的受体亲本植株连接或杂交就可能导致操作不可行，因为在很多作物中，每个中间轮回亲本植株的花粉量可以成为限制因素。因此，在本公开的一些实施方案中，中间轮回亲本植株可以连接1至10个受体亲本植株。在其他实施方案中，中间轮回亲本植株可以连接至1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45或50个受体亲本植株。在某些实施方案中，因此可以控制和设计每个中间轮回亲本植株的承载能力，目的是在考虑育群体体多样性和品系脱落率之后保持低于操作可行
性。
37.在其他实施方案中，当选择中间轮回亲本植株时，可以使每个中间轮回亲本植株的冗余度最大化。具体而言，限制每个中间轮回亲本植株与受体亲本植株的连接数量导致所选的中间轮回亲本植株的数量增加，尤其是在育群体体中存在高水平多样性的情况下。鉴于中间轮回亲本植株数量的增加，增加可以与多于一个中间轮回亲本植株连接的受体亲本植株的部分，从而增加中间轮回亲本植株的冗余度是可能的。因此，可以减少受体亲本植株仅被单个中间轮回亲本植株覆盖或连接的情况。在一些实施方案中，大多数受体亲本植株可以连接至满足所需遗传距离约束的多个中间轮回亲本植株，从而增加冗余度，以便可以减轻单个中间轮回亲本植株渐渗失败的负面影响。在某些实施方案中，这种冗余度提高了操作可靠性，在任何中间轮回亲本植株转化失败的情况下产生调整的灵活性。
38.与上文所述的育种流水线或群体的分组一样，在所公开的方法的一个实施方案中，中间轮回亲本的选择可以使用计算设备在计算机上完成。因此，在一些实施方案中，本发明公开的方法提供了一种计算设备，所述计算设备与数据结构通信并且被配置为基于上文所述的参数和约束来选择一个或多个中间轮回亲本，以使得每组中的中间轮回亲本相对于该组的其他成员在遗传距离上处于中间位置。例如，计算设备可以被配置为基于同一组中的中间轮回亲本和受体亲本植株之间的遗传距离、中间轮回亲本的承载能力或组内含有中间轮回亲本的组的大小以及受体植株和所选的中间轮回亲本植株之间的连接的冗余度来选择一个或多个中间轮回亲本。
39.中间轮回亲本在计算机上的选择可以使用适合于这种选择的可公开或商购获得的数学优化计算机程序来进行，所述程序例如包括但不限于cplex、cbc、gurobi、scip和xpress。
40.c.用于渐渗的遗传基因座或性状的来源
41.用于从供体亲本渐渗的赋予性状的遗传基因座可以来自本领域已知的任何来源。例如，在某些非限制性实施方案中，此类遗传基因座可以是简单的天然基因、遗传基因、控制复杂性状的数量表达的数量性状基因座(qtl)；或者通过基因工程技术(诸如转化或位点特异性修饰)的方法插入受体宿主植株或供体植株的转基因。或者，遗传修饰可以通过替代工程技术，诸如突变、克隆、耕种或本领域已知的其他方法进行。
42.所期望的质量或农艺性状包括对植物病原体或害虫的抗性，例如对病毒性疾病、细菌性疾病、真菌性疾病、线虫性疾病和昆虫害虫中的一者或多者的抗性。它们还可以是对除草剂的耐受性性状，所述除草剂例如5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合酶(epsps)的抑制剂，诸如草甘膦；合成植物生长素，诸如麦草畏和2,4-d；谷氨酰胺合成酶抑制剂，诸如草铵膦；以及乙酰coa羧化酶(accase)抑制剂，诸如喹禾灵和吡氟氯禾灵。其他非限制性的期望性状可以包括改变油含量或组成的性状；水利用效率；产量；抗旱性；种子质量；营养质量；氮利用效率；或对氮胁迫的耐受性。
43.在某些实施方案中，供体亲本植株可以基于所期望的质量或农艺性状来选择。供体亲本植株可以含有一个或多个渐渗所期望的性状。在一些实施方案中，供体亲本植株、中间轮回亲本植株和受体亲本植株可以属于相同的分类群，而在其他实施方案中，供体亲本植株、中间轮回亲本植株和受体亲本植株可以属于不同但相关的分类群。类似地，供体亲本植株、中间轮回亲本植株或受体亲本植株各自是优良植株或栽培品种，或者供体亲本植株、
中间轮回亲本植株或受体亲本植株可以是非优良植株。在某些实施方案中，供体亲本植株选择的优化可以使用本领域已知的技术，例如类似于经典性状渐渗中的那些技术来完成。
44.d.针对渐渗的性状选择和检测
45.在一些实施方案中，本发明公开的用于至少一个所期望的性状的渐渗的方法包括单个所关注的性状或多于一个所关注的性状的渐渗。例如，可以将多于一个所关注的性状工程化改造为渐渗到基因组内的狭窄遗传区域中。因此，本公开提供了多个所关注的性状的渐渗作为将要共同分离的单个可遗传单元。
46.当至少一个所期望的性状或所关注的性状是植株表型性状时，所期望的性状的选择可以通过本领域已知的任何方式进行，例如检测或定量表达的性状(选择标准)。在一些情况下，可以通过已知与控制所关注的性状的基因连锁的标记序列的存在或不存在来容易地监测所关注的性状。在通过遗传修饰将性状引入供体亲本的情况下，情况确实如此。在其他情况下，可以基于表型来检测性状。因此，如本领域所已知，可以使用用于检测性状的任何类似或其他方法。
47.在本发明公开的方法的特定实施方案中，标记辅助选择可以用于选择回交子代、鉴定所关注的性状、或者提高本方法中的任何其他步骤的效率。可以用于实践本发明公开的方法的遗传标记包括但不限于限制性片段长度多态性(rflp)、扩增片段长度多态性(aflp)、简单序列重复(ssr)、简单序列长度多态性(sslp)、单核苷酸多态性(snp)、插入/缺失多态性(indel)、可变数量串联重复(vntr)和随机扩增多态性dna(rapd)、dna扩增指纹(daf)、序列特征扩增区域(scar)、随机引物聚合酶链式反应(ap-pcr)、同工酶以及本领域的技术人员已知的其他标记。
48.在本公开的某些实施方案中，多态性标记可以用于检测所期望的性状。多态性标记还可以用作对植株进行测定以确定品系或品种之间的遗传距离或同一性程度的有用工具。例如，多态性标记可以有助于确定用作供体植株、中间轮回亲本植株或受体植株的品系或品种之间的谱系同一性程度。
49.基于核酸的分析以确定是否存在遗传多态性(即用于基因分型)可以用于本公开的方法中。用于分析遗传多态性的多种遗传标记是可用的并且是本领域的技术人员已知的。所述分析可以用于鉴定或选择所期望的性状，或者在某些实施方案中用于鉴定群体中的植株之间的遗传距离，例如谱系同一性程度。
50.如本文所用，核酸分析方法包括但不限于通过测序进行基因分型、dna指纹分析、基于pcr的检测方法(例如，taqman测定法)、微阵列方法、基于质谱的方法和/或核酸测序方法。在某些实施方案中，群体内的植株之间的遗传距离，诸如供体植株和中间轮回亲本植株之间，或者中间轮回亲本植株和受体植株之间的遗传距离，可以通过使用核酸扩增方法来促进。此类方法特异性地增加跨越多态性位点的多核苷酸的浓度，或者包括该位点和定位于其远端或近端的序列。此类扩增的分子通过凝胶电泳、荧光检测方法或其他手段可容易检测。
51.一种实现这种扩增的方法采用聚合酶链式反应(pcr)(mullis等人(1986)cold spring harbor symp.quant.biol.51:263-273；欧洲专利50,424；欧洲专利84,796；欧洲专利258,017；欧洲专利237,362；欧洲专利201,184；美国专利4,683,202；美国专利4,582,788；和美国专利4,683,194)，使用能够与以其双链形式定义多态性的近端序列杂交的引物
对。也可以使用基于质谱的dna分型方法。此类方法在美国专利6,613,509和6,503,710以及见于其中的参考文献中公开。
52.可通过本领域中熟知的多种有效方法来检测或分型dna序列中的多态性，所述有效方法包括但不限于以下专利中公开的那些：美国专利号5,468,613、5,217,863；5,210,015；5,876,930；6,030,787；6,004,744；6,013,431；5,595,890；5,762,876；5,945,283；5,468,613；6,090,558；5,800,944；5,616,464；7,312,039；7,238,476；7,297,485；7,282,355；7,270,981和7,250,252，这些专利全部以引用方式整体并入本文。然而，本发明公开的方法的组合物和方法可以与任何多态性分型方法结合使用以检测基因组dna样品的多态性。所用的这些基因组dna样品包括但不限于直接从植物分离的基因组dna、克隆的基因组dna或扩增的基因组dna。
53.例如，可通过与基因座特异性寡核苷酸(aso)探针杂交来检测dna序列中的多态性，如美国专利号5,468,613和5,217,863中所公开的。美国专利号5,468,613公开了基因座特异性寡核苷酸杂交，其中核酸序列中的单个或多个核苷酸变异可通过以下过程在核酸中检测到，在所述过程中扩增含有核苷酸变异的序列，将其点涂在膜上并用标记的序列特异性寡核苷酸探针处理。
54.靶核酸序列也可通过例如如美国专利号5,800,944中所公开的探针连接方法来检测，在所述探针连接方法中将感兴趣的序列扩增并与探针杂交，之后进行连接，以检测探针的标记部分。
55.微阵列也可用于多态性检测，其中寡核苷酸探针组以重叠的方式组装以表示单个序列，使得靶序列在一个点处的差异将导致部分探针杂交(borevitz等人.，genome res.13:513-523(2003)；cui等人.，bioinformatics 21:3852-3858(2005))。在任何一个微阵列上，预期将存在多个靶序列，其可表示基因和/或非编码区，其中每个靶序列是由一系列重叠寡核苷酸而不是单个探针来表示。此平台提供对多个多态性的高通量筛选。美国专利6,799,122；6913879；和6,996,476中描述了通过基于微阵列的方法对靶序列的分型。
56.用于检测snp和indel的其他方法包括单碱基延伸(sbe)方法。sbe方法的实例包括但不限于美国专利号6,004,744；6,013,431；5,595,890；5,762,876；和5,945,283中公开的那些。
57.在另一种用于检测多态性的方法中，snp和indel可以通过美国专利号5,210,015；5876930；和6,030,787中公开的方法来检测，在该方法中寡核苷酸探针具有共价连接到所述探针的5'和3'端的5'荧光报告染料和3'猝灭染料。当探针完整时，报告染料与猝灭染料的接近导致报告染料荧光受到抑制，例如通过forster型能量转移。在pcr期间，正向引物和反向引物与侧接多态性的靶dna的特异性序列杂交，而杂交探针与扩增的pcr产物内的含有多态性的序列杂交。在随后的pcr循环中，具有5
’→3’
核酸外切酶活性的dna聚合酶裂解探针并将报告染料与猝灭染料分离，从而导致报告物的荧光增加。
58.在另一个实施方案中，可以使用核酸测序技术对所关注的基因座(例如赋予所关注的性状)或可用于本发明公开的方法的植物的基因组进行直接测序。用于核酸测序的方法是本领域中已知的，并且包括由以下公司提供的技术：454life sciences(branford，ct)、agencourt bioscience(beverly，ma)、applied biosystems(foster city，ca)、li-cor biosciences(lincoln，ne)、nimblegen systems(madison，wi)、illumina(san diego，
ca)和visigen biotechnologies(houston，tx)。此类核酸测序技术包括诸如以下的形式：平行珠粒阵列、连接法测序、毛细管电泳、电子微芯片、“生物芯片”、微阵列、平行微芯片和单分子阵列。
59.定义
60.为了在阅读以下说明书和所附权利要求时清晰起见，以下术语和表达应具有所提供的含义，其中：
61.如本文所用，“性状”、“所期望的性状”、“所关注的性状”或“所关注的农艺性状”是指由在基因座或植物的基因组中的基因座处的特定等位基因、基因或基因的分组赋予的表型。在某些实施方案中，本公开的性状可以是涉及作物最终用途的适用性的性状或者可以是提供商业价值的性状。本公开的性状可包括但不限于除草剂耐受性、昆虫控制、增加的植物病原体抗性、增强的油组成、增强的油含量、增加的水利用效率、增加的产量、增加的抗旱性、增加的种子质量、改善的营养质量、增加的氮利用效率或对氮胁迫的耐受性。
62.如本文所用，“基因座”或“遗传基因座”是指基因组序列上的固定位置。术语“基因座(loci)”是术语“基因座(locus)”的复数形式。基因座可以指染色体上参考点处的核苷酸位置，诸如距染色体末端的位置。基因座可以包含遗传物质，所述遗传物质包括但不限于遗传标记或基因，诸如转基因或天然基因。
63.如本文所用，“等位基因”是指在染色体上的给定基因座处的基因组序列的一种或多种替代形式。在二倍体细胞或生物中，给定基因的两个等位基因占据一对同源染色体上的相应的基因座。两个或更多个等位基因构成多态性。任何核酸序列的多态性位点可以通过比较一个或多个基因座处的核酸序列来确定。
64.如本文所用，“标记”是指可用于区分等位基因或生物的可检测特征。此类特征的实例包括但不限于遗传标记。
65.如本文所用，术语“基因型”是指植物的特定等位基因组成。
66.如本文所用，术语“表型”是指细胞或生物的可检测特征，该特征是基因表达的表现，因此受到基因型的影响。
67.如本文所用，“谱系同一性”是指两个或更多个个体之间的序列同一性或相似性，它是遗传学遗传，或来自共同祖先的相似核苷酸序列的遗传的结果，或两个个体之间共有的基因组区段的部分。在某些实施方案中，本公开的植物或基因组可以共有由来源于共同祖先的序列同一性的百分比定义的谱系同一性。
68.如本文所用，术语“遗传距离”是指两个或更多个植株的基因组之间的序列相似性。在某些实施方案中，两个或更多个植株之间的遗传距离可以通过恢复或基本上恢复回交中的植株之一的基因组或农艺性能水平所需的标记辅助回交的次数来定义。例如，一个标记辅助回交等效距离意味着，如果两个植株在该距离阈值内，则预期其中一个植株与另一个植株回交单个回交世代将使所得的子代的性能水平与回交亲本植株几乎没有区别。在某些实施方案中，遗传距离还可以通过序列同一性百分比或谱系同一性百分比来测量。
69.如本文所用，术语“植物”包括植物细胞、植物原生质体、可以再生植物的组织培养物的植物细胞、植物愈伤组织、植物丛以及植物或植物部分中完整的植物细胞。植物部分的非限制性实例包括胚、花粉、胚珠、种子、叶、茎、花、枝、果实、籽粒、穗、穗轴、壳、茎、根、根尖、花药等等。本公开的植物包括任何植物物种，包括单子叶植物或双子叶植物，并且在某
些实施方案中可以包括任何作物植物，例如饲料作物、油籽作物、谷类作物、蔬菜作物、纤维作物和草皮作物。在其他实施方案中，本公开的植物可以包括但不限于玉米(玉蜀黍)(zea mays)、芸苔属(brassica)物种(例如，甘蓝型油菜(b.napus)、白菜型油菜(b.rapa)、芥菜型油菜(b.juncea))、苜蓿(medicago sativa)、水稻(oryza sativa)、黑麦(secale cereale)、高粱(二色高粱(sorghum bicolor)、普通高粱(sorghum vulgare))、小麦(triticum aestivum)、大豆(glycine max)、烟草(nicotiana tabacum)、棉花(海岛棉(gossypium barbadense)、陆地棉(gossypium hirsutum))、燕麦、大麦和蔬菜。
70.如本文所用，术语“群体”是指一个或多个植株的分组。在某些实施方案中，植株的群体包含至少约10、50、100、250、500、1,000、5,000、10,000、50,000或100,000或更多个植株。
71.如本文所用，术语“育种流水线”是指用于育种计划以产生新栽培品种的种质或植株的群体。
72.如本文所用，术语“品种”或“栽培品种”是指通过它们的遗传谱系和性能可以与同一物种内的其他品种或栽培品种鉴别和区别的一组相似的植株。
73.如本文所用，“优良品种”或“优良栽培品种”是指通过育种和选择而获得优异农艺性能的品种。如本文所用，术语“优良品系”是指通过育种和选择而获得优异农艺性能的品系。“优良植株”是指属于优良品种或优良品系的植株。类似地，“优良种质”或优良种质株系是农艺学上优异的种质。如本文所用，“优良基因组”是指优良植株的基因组。
74.如本文所用，术语“渐渗(introgressed或introgression)”当用于提及遗传基因座或由遗传基因座赋予的性状时，是指已经被引入新遗传背景(诸如通过回交)的遗传基因座或性状。如本文所用，“性状渐渗”是指赋予性状的遗传基因座的渐渗。遗传基因座或性状的渐渗可以通过植物育种方法(诸如本公开的那些)和/或通过分子遗传方法来实现。此类分子遗传学方法包括但不限于各种植物转化技术和/或提供同源重组、非同源重组、位点特异性重组的方法和/或提供基因座替代或基因座转化的基因组修饰。
75.如本文所用，术语“经典性状渐渗”是指所关注的性状或赋予所关注的性状的基因座从供体植株的基因组渐渗到每个受体植株的基因组的传统方法。经典性状渐渗传统上依赖于携带所期望的性状的供体亲本与轮回亲本植株的重复回交，例如含有优良或商业基因组。重复回交的最终目标是获得含有供体亲本植株的所期望的性状以及轮回亲本植株基因组的高恢复率二者的植株，以确保优良轮回亲本植株的性能恢复。
76.如本文所用，术语“供体亲本”是指在其基因组中含有渐渗到受体植株中的所关注的性状或赋予所关注的性状的基因座的植株。供体亲本可以是纯合(近交)或杂合(杂交)植株，并且可以与受体亲本具有相同或相关的分类群。
77.如本文所用，术语“受体亲本”是指所关注的性状或赋予所关注的性状的基因座将渐渗到的植株。在某些实施方案中，受体植株可以是优良栽培品种或包含优良基因组。在一些实施方案中，受体亲本可以用作本文公开的发明中的轮回亲本。
78.如本文所用，术语“轮回亲本”是指所关注的性状或赋予所关注的性状的基因座将渐渗到的植株，该植株在性状渐渗方法期间被用于至少一次回交。在某些实施方案中，轮回植株可以是优良栽培品种或包含优良基因组。在一些实施方案中，轮回亲本是纯合(近交)植株。
79.如本文所用，术语“中间轮回亲本”是指选自用于与供体亲本植株杂交的受体亲本植株组或群体的植株，其中其余的受体亲本植株与至少一个中间轮回亲本植株连接，遗传距离不超过预先选择的阈值。在某些实施方案中，所选的中间轮回亲本植株和受体亲本植株之间的遗传距离，在本质上可以是可操作地离散的，例如，遗传距离为离散次数(1、2或3等)的标记辅助回交。在其他实施方案中，所选的中间轮回亲本植株和受体亲本植株之间的遗传距离可以通过谱系同一性来定义。例如，在某些实施方案中，遗传距离可以定义为60％、65％、70％、75％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的谱系同一性。
80.如本文所用，术语“回交”是指育种者使子代，例如杂种子代，诸如第一代杂种(f1)，与杂交子代的亲本之一重复回交的过程。回交可以用于将一个或多个所关注的基因座、性状或转基因从一个遗传背景引入另一个遗传背景和/或恢复杂种子代的亲本之一的基因组或农艺性能或表型。
81.如本文所用，术语“杂交”是指两个亲本植株的交配。
82.如本文所用，术语“标记辅助育种”或“标记辅助选择”是指基于与所关注的性状或表型连锁的标记(诸如遗传标记)而不是性状或表型的选择本身来选择所关注的性状或表型的育种或选择过程。
83.如本文所用，术语“标记辅助回交”是指基于与所关注的性状或表型连锁的标记(诸如遗传标记)来选择所关注的性状或表型的育种方法，其中所选的植物与其亲本植株之一回交。
84.术语“约”用于指示值包括用于确定所述值的设备或方法的误差的标准偏差。除非明确指明仅指代替代方案或替代方案相互排斥，否则权利要求书中所用的术语“或”用于意指“和/或”，但本公开支持仅指代替代方案和“和/或”的定义。当在权利要求书中与词语“包含(comprising)”或其他开放语言结合使用时，除非明确指出，否则词语“一个/种(a/an)”表示“一个(种)或多个(种)”。术语“包含(comprise)”、“具有(have)”和“包括(include)”是开放式连系动词。这些动词中的一个或多个的任何形式或时态，如“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“具有(has)”、“具有(having)”、“包括(includes)”和“包括(including)”也是开放式的。例如，“包含”、“具有”或“包括”一个或多个步骤的任何方法不限于仅具有那一个或多个步骤并且还涵盖其他未列出的步骤。类似地，“包含”、“具有”或“包括”一个或多个性状的任何植物不限于仅具有那一个或多个性状并且还涵盖其他未列出的性状。
85.实施例
86.包括以下实施例以更全面地描述本发明。本领域技术人员应该理解，可以在所公开的特定实施例中进行许多修改，以获得相似的结果。对本领域技术人员显而易见的任何此类修改都被认为在本发明的范围内。
87.实施例1
88.对受体亲本进行分组以及对中间轮回亲本进行选择
89.使用以下步骤将待引入所期望的性状的群体内的植株分组为不同的受体亲本组。最初，为群体(n)内的所有受体植株生成遗传距离矩阵(d)。所得的矩阵的大小为nxn，其中矩阵中的每个元素代表育种流水线中每对受体亲本之间的遗传距离。例如：
90.d＝[[62，52，58，...，81，26，62],
[0091]
[69，52，29，...，82，53，91],
[0092]
[61，94，91，...，25，66，50],
[0093]
...,
[0094]
[28，74，83，...，46，34，60],
[0095]
[70，49，72，...，97，68，77],
[0096]
[98，99，87，...，74，39，26]]
[0097]
为特定群体建立遗传距离阈值，例如通过谱系同一性或离散回交世代的数量来定义。应用所确定的遗传距离阈值来运行遗传模拟，从而确定对于群体内的两个品系的每个组合而言，该对受体亲本是否满足阈值。这将确定，对于每对受体亲本，它们在遗传上的相似性是否足以(满足或超过遗传距离阈值)允许它们被分入一组。该信息被用于生成新二元nxn矩阵(d')，其中在矩阵中使用整数“1”来表示满足或超过遗传距离阈值，从而被允许分入一组的植株对，并且在矩阵中使用整数“0”来表示不满足遗传距离阈值，因此不能分入一组的植株对。例如：
[0098]
d`＝[[1，0，0，...，1，0，0],
[0099]
[0，0，0，...，1，0，1],
[0100]
[0，1，1，...，0，0，0],
[0101]
...,
[0102]
[0，0，1，...，0，0，0],
[0103]
[0，0，0，...，1，0，0],
[0104]
[1，1，1，...，0，0，0]]
[0105]
基于二元矩阵(d')，生成用于选择作为中间轮回亲本(i)的长度为n的决策变量数组。所得的变量是二元的，以使得“1”代表允许与一个或多于一个其他品系分入一组，因此可以被选为中间轮回亲本的品系，并且“0”代表允许与一个且仅一个其他品系连接，因此不能被选为中间轮回亲本的品系。
[0106]
这次针对连接的数量(c)定义另一个决策变量数组。这个c数组的长度为n，每个成员代表单个品系。连接数组中的变量将是整数变量，上限为c
ub
，以使得对于群体n中的每个品系，中间轮回亲本数组和连接数组中的相应的元素满足以下参数：
[0107][0108]
针对冗余度(r)生成另一个决策变量数组。使用所生成的第二矩阵(d'矩阵)，对矩阵的行进行切片，其中i＝1的相应值，所得的d'切片的列求和等于决策变量的r数组。例如：
[0109]
d`切片＝[[1，0，0，...，1，0，0],
[0110]
[0，0，0，...，1，0，1],
[0111]
[0，1，1，...，0，1，0]]
[0112]
r＝[1，1，1，...，2，1，1]
[0113]
基于上述数组生成两个优化目标，如下：1)使i(irp的数量)的总和最小化，以及2)使r(irp的冗余度)中的大于一的元素的数量最大化。
[0114]
然后根据预先确定的组大小和遗传距离约束以及上文所述的决策变量来生成混
合整数线性编程模型，并且使用数学优化软件来求解答案，或者在实际运用中，将受体亲本群体植株分组为满足预先确定的组大小和遗传距离阈值的不同的组，并且选择每个组内的中间轮回亲本植株。多个可公开或商购获得的软件平台可用于进行分组和中间轮回亲本选择，所述软件平台包括但不限于cplex、cbc、gurobi、scip和xpress。
[0115]
实施例2
[0116]
使用中间轮回亲本来开发新栽培品种
[0117]
进行育种实验以测试和验证本发明公开的中间轮回亲本性状渐渗方法。实验被设计为在中间轮回亲本植株和供体亲本植株之间进行两次回交，然后与最终受体亲本植株回交不超过2代。
[0118]
使用实施例1中描述的方法来选择中间轮回亲本植株，以使得其余的受体亲本与所选的中间轮回亲本植株共有不超过一次回交的距离。将所选的中间轮回亲本植株和受体亲本植株之间的遗传距离限制为不超过一次回交提供了比可通过经典性状渐渗方法实现的供体亲本植株和受体亲本植株之间的遗传距离更大的优势。例如，在经典性状渐渗方法中，供体通常是转化种质(它在遗传上与受体亲本植株相距非常远)或者是最近完成的从经典性状渐渗的转化(它的基础种质比当前育种队列早若干年)。由于多年不断的育种工作，这些供体将无法一致地提供供体亲本植株和受体亲本植株之间不超过一次回交的遗传距离。
[0119]
具体而言，使用实施例1中描述的方法将大约600个商业化前近交玉米植株分成具有可比的遗传多样性的两组。对这两组进行性状整合，一组通过经典性状整合进行，另一组通过中间轮回亲本整合进行。
[0120]
针对中间轮回亲本整合的植株组被配置为使得中间轮回亲本植株与受体亲本植株的距离被控制为80％谱系同一性或更高，并且每个中间轮回亲本组的大小上限为10个成员，包括中间轮回亲本植株本身。对于每个中间轮回亲本植株，在中间轮回亲本植株和供体亲本植株之间进行两次回交。在中间轮回亲本与供体亲本回交2代后，根据需要在现有的中间回交2代植株与同一中间轮回亲本组中的每个受体亲本植株之间进行一代或两代回交，以实现至少90％的受体亲本恢复谱系同一性。
[0121]
在性状渐渗的第一年，由于正在进行的平行田地试验和选择，从每组(经典性状整合组和中间轮回亲本性状整合组)中选择25个品系进行下一阶段田地试验，因为它们已经显示出在田地试验中表现优异。因此，未选择的品系相应地从性状转化过程中删除。
[0122]
当将经典性状整合组与中间轮回亲本性状整合组的性状整合进行并排比较时，最终转化质量被定义为恢复的受体基因组的百分比，这可通过谱系同一性来测量，转化成功被定义为能够在9代(包括自交和种子增加苗圃世代)内获得等于或高于质量标准。成功的转化被定义为产生所关注的性状的纯合品系。成功的转化还必须从增加苗圃中产生至少一个单穗，该单穗含有多于200个籽粒。
[0123]
在选择进入下一阶段田地试验后，对每个性状整合方法组中的其余25个品系组的转化质量和成功进行比较。由于对于不同的品系或性别，每个单个品系具有不同的商业目标和相关的目标策略，通常对于不同的性状，每个单个品系具有多次转化，并且近交系之间的确切数量各不相同。这使得在经典性状整合组和中间轮回亲本组中25个近交系分别具有66次转化和50次转化。在经典性状整合组的66次转化中，有2次因谱系同一性低而出现技术
故障，其中9次由于仅具有边缘受体亲本谱系同一性恢复率和/或低籽粒计数，因此被归类为处于风险中。在中间轮回亲本组的50次转化中，未出现失败，只有3次仅具有边缘受体亲本谱系同一性恢复率和/或低籽粒计数，被归类为处于风险中。
[0124]
对上述结果进行2x2列联表测试，将处于风险中和失败的转化处理为不期望的状态，并且将成功的转化处理为所期望的状态，得到的未经连续性校正的皮尔逊(pearson)卡方为3.05(p＝0.0807)。因此，可以得出以下结论：中间轮回亲本与经典性状整合转化方法在α水平上无显著差异(p《0.05)。因此，可以说中间轮回亲本整合方法至少与经典性状整合方法一样可靠。
[0125]
在实验过程中观察到，当满足中间轮回亲本植株与受体亲本植株遗传距离要求时，平均约六个商业化前1近交系需要一个中间轮回亲本植株，减少比率为1:6，与经典性状渐渗方法相比，大大减少了项目的数量。虽然经典方法将针对6个近交系开始6次转化，但是irp方法只需要开始1次。实验还证实，可以对被设计为携带至多9至12个受体亲本植株的每个中间轮回亲本植株成功执行irp。在商业化前2推进后，每个irp组的9至12个品系中的大多数被从流水线中删除，并且大多数中间轮回亲本植株只需要携带一个受体亲本植株，因此，中间转化植株只需要产生1次最终转化所需的足够种子/花粉，而不是设计覆盖的全部9至12个品系。间接地，这证明了分组方法提供高冗余度的有益效果，使得受体植株可以被包含在多于一个组中，从而连接至多于一个中间轮回亲本，因此大大避免了严重依赖于几个关键中间轮回亲本植株的风险。
[0126]
在设计阶段，根据遗传模拟估计，中间轮回亲本覆盖组的项目中有46％通过与中间轮回亲本植株的两次回交以及与受体亲本植株的一次回交而获得成功，而其余54％的项目可能需要与受体亲本植株进行另一次回交。这一点通过所观察的比率45.7％与54.3％得到验证。从操作的角度来看，这两个类别都是成功的，因为二者都满足目标产品递送操作时间线，因此成功的实际可能性是100％。
[0127]
另外，由于中间轮回亲本植株的选择仅使用基因型数据来进行，不需要积累多阶段和多年的表型数据，因此中间轮回亲本方法可以在非常早的阶段执行，无需任何基于田地的性能测试和筛选，这些实验证明，在筛选阶段比经典性状渐渗方法更早地开始本发明的中间轮回亲本性状渐渗方法是完全可行的。预计这种方法需要将每个相对成熟度分组的大约200个中间轮回亲本植株转化为代表数量级为105的筛选阶段品系。预计实施本发明的中间轮回亲本性状渐渗策略可以加速新品系开发。每年新品系开发的加速都带来了巨大的经济价值。
[0128]
实施例3
[0129]
雌性近交系的转化
[0130]
常规ti转化方法和新irp方法均被应用于转化特定玉米育种流水线的雌性近交系。两种方法都在相似的时间范围内完成转化过程，并且对最终转化进行基因分型，并且通过基于单倍型谱系同一性方法估算rp恢复率的百分比。两种方法之间的差异无统计学显著性(welch不等方差检验，t＝0.568，双尾p＝0.574)。
[0131]
表1
[0132]
通过ibd测量的转化质量的描述性统计和分位数
[0133][0134]
另外，下文列出了与两个转化群体相关的八个性状的数据。下文的数据缺乏两组基础近交系的不同性能的混杂因素的指标，这可以使一个过程在转化过程中比另一个过程更成功。因此，irp至少可以用于产生与更传统的ti方法相当的结果。
[0135]
表2
[0136] welch's tp值(双尾) yld_be_g1.6160.200产量mst_be_g0.0001.000水分twt_be_g0.4410.679雄穗重量stlp_g1.2060.305茎倒伏百分比rtlp_g-0.7520.508根倒伏百分比pht_g1.5380.187植株高度eht_g0.8510.473穗高度erm_g-1.2840.263估算相对成熟度
[0137]
因此，上文所述的方法可以显著增加育种流水线容量，而不会产生金钱成本和所需空间成本。例如，玉米育种流水线的容量可以倍增，而无需大量费用，也不需要额外的空间。此外，上文所述的方法可以降低育种流水线的成本，无论是金钱成本还是所需空间成本。

技术特征：
1.一种将至少一个所关注的性状部署到受体亲本群体中的方法，所述方法包括：a)按照遗传距离将所述受体亲本群体分组为至少一个受体亲本组，其中每个受体亲本组包含至少一个中间轮回亲本，所述至少一个中间轮回亲本相对于所述至少一个受体亲本组的其他成员在遗传距离上处于中间位置；b)通过回交将所述至少一个所关注的性状从供体亲本渐渗到第一受体亲本组中所包含的第一中间轮回亲本；以及c)通过回交将所述至少一个所关注的性状从所述第一中间轮回亲本渐渗到所述第一受体亲本组的其他成员。2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一受体亲本组是多个受体亲本组中的一个受体亲本组，其中所述受体亲本群体的每个成员被包含在所述多个受体亲本组中的至少一个受体亲本组内，并且其中所述第一中间轮回亲本是多个中间轮回亲本中的一个中间轮回亲本，其中所述多个中间轮回亲本中的每个中间轮回亲本被包含在所述多个受体亲本组中的至少一个受体亲本组内。3.如权利要求2所述的方法，其还包括将所述至少一个所关注的性状从所述供体亲本渐渗到所述多个中间轮回亲本中的每个中间轮回亲本，并且进一步将所述至少一个所关注的性状从所述多个中间轮回亲本中的每个中间轮回亲本渐渗到相关受体亲本组的其他成员。4.如权利要求1所述的方法，其中根据谱系同一性，所述至少一个受体亲本组的任何两个成员之间的遗传距离为至多65％。5.如权利要求1所述的方法，其中根据谱系同一性，所述至少一个受体亲本组的任何两个成员之间的遗传距离为至多80％。6.如权利要求1所述的方法，其中包含所述至少一个中间轮回亲本的所述至少一个受体亲本组还包含所述受体亲本组的多达十个其他成员。7.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个受体亲本组的至少一个成员是第二受体亲本组的成员。8.如权利要求1所述的方法，其中所述受体亲本群体由植株组成。9.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个所关注的性状包括至少一个所关注的农艺性状。10.如权利要求9所述的方法，其中所述至少一个所关注的农艺性状与以下性状的任何组合相关：除草剂耐受性、昆虫控制、增加的植物病原体抗性、增强的油组成、增加的水利用效率、增加的产量、增加的抗旱性、增加的种子质量、改善的营养质量、增加的氮利用效率或对氮胁迫的耐受性。11.一种用于将至少一个所关注的性状部署到受体亲本群体以用于植物育种的系统，所述系统包括：a)目标环境区域的育种流水线；b)计算设备，所述计算设备与数据结构通信并且被配置为按照遗传距离将所述受体亲本群体分组为至少一个受体亲本组，其中每个受体亲本组包含至少一个中间轮回亲本，所述至少一个中间轮回亲本相对于所述至少一个受体亲本组的其他成员在遗传距离上处于中间位置；
c)第一渐渗工具，其中所述第一渐渗工具被配置为通过回交将所述至少一个所关注的性状从供体亲本渐渗到属于第一受体亲本组的第一中间轮回亲本；以及d)第二渐渗工具，其中所述第二渐渗工具被配置为通过回交将所述至少一个所关注的性状从所述第一中间轮回亲本渐渗到所述第一受体亲本组的其他成员；其中将来源于所述受体亲本群体的至少一个有性状成员的植株种植在生长空间中并且引导至育种流水线中。12.如权利要求11所述的系统，其中所述第一受体亲本组是多个受体亲本组中的一个受体亲本组，其中所述受体亲本群体的每个成员与所述多个受体亲本组中的至少一个受体亲本组相关，并且其中所述第一中间轮回亲本是多个中间轮回亲本中的一个中间轮回亲本，其中所述多个中间轮回亲本中的每个中间轮回亲本与所述多个受体亲本组中的至少一个受体亲本组相关。13.如权利要求12所述的系统，其还包括将所述至少一个所关注的性状从所述供体亲本渐渗到所述多个中间轮回亲本中的每个中间轮回亲本，并且进一步将所述至少一个所关注的性状从所述多个中间轮回亲本中的每个中间轮回亲本渐渗到相关受体亲本组的其他成员。14.如权利要求11所述的系统，其中根据谱系同一性，所述至少一个受体亲本组的任何两个成员之间的遗传距离为至多65％。15.如权利要求11所述的系统，其中根据谱系同一性，所述至少一个受体亲本组的任何两个成员之间的遗传距离为至多80％。16.如权利要求11所述的系统，其中包含所述至少一个中间轮回亲本的所述至少一个受体亲本组还包含所述受体亲本群体的多达十个其他成员。17.如权利要求11所述的系统，其中所述至少一个受体亲本组的至少一个成员是第二受体亲本组的成员。18.如权利要求11所述的系统，其中所述至少一个所关注的性状通过2次或更少的回交从所述供体亲本渐渗到所述第一中间轮回亲本。19.如权利要求11所述的系统，其中所述至少一个所关注的性状包括至少一个所关注的农艺性状。20.如权利要求19所述的系统，其中所述至少一个所关注的农艺性状与以下性状的任何组合相关：除草剂耐受性、昆虫控制、增加的植物病原体抗性、增强的油组成、增加的水利用效率、增加的产量、增加的抗旱性、增加的种子质量、改善的营养质量、增加的氮利用效率或对氮胁迫的耐受性。

技术总结
本公开提供了性状渐渗的方法，所述方法包括将包含所关注的性状的供体植株与中间轮回亲本植株杂交，然后将所述中间轮回亲本植株与一个或多个受体亲本植株杂交。本发明的方法可以用于在较少的回交世代中将所关注的所期望的性状渐渗到优良栽培品种的基因组中，从而加速新品系产生并且降低成本。速新品系产生并且降低成本。速新品系产生并且降低成本。


技术研发人员：C
受保护的技术使用者：孟山都技术公司
技术研发日：2022.02.02
技术公布日：2023/9/23