芬蘭自然資源研究所（Luke）位于皮基奧（Piikki?, Kaarina）的園藝研究站近日公布了一項針對栽培草莓（Fragaria × ananassa）白粉病抗性的基因組預(yù)測研究。該研究基于13個由弗吉尼亞草莓（F. virginiana）與智利草莓（F. chiloensis）雜交構(gòu)建的雙親本預(yù)育種家系，系統(tǒng)評估了基因組線性無偏預(yù)測（GBLUP）及標(biāo)記輔助模型在葉片和果實抗病性預(yù)測中的表現(xiàn)。這一成果為多倍體作物復(fù)雜數(shù)量性狀的早期選擇提供了關(guān)鍵參數(shù)閾值，特別是明確了訓(xùn)練群體規(guī)模與標(biāo)記密度對預(yù)測準(zhǔn)確性的影響邊界。

白粉病由專性寄生真菌叉絲單囊殼（Podosphaera aphanis）引起，是全球草莓生產(chǎn)中的主要病害。在芬蘭等北歐地區(qū)，由于氣候濕潤且采收期長，田間及大棚種植常面臨嚴(yán)重的病害爆發(fā)風(fēng)險。盡管化學(xué)殺菌劑是常規(guī)防控手段，但病原菌抗藥性的出現(xiàn)以及農(nóng)業(yè)對減少農(nóng)藥使用的監(jiān)管要求，使得培育遺傳抗性品種成為必然趨勢。野生草莓種質(zhì)資源中蘊(yùn)含著豐富的抗病基因，但其多基因控制的復(fù)雜遺傳架構(gòu)使得傳統(tǒng)育種效率受限，亟需引入基因組選擇技術(shù)以加速育種進(jìn)程。

研究團(tuán)隊利用2020至2022年的田間表型數(shù)據(jù)，對298個預(yù)育種個體進(jìn)行了雙周葉片白粉病嚴(yán)重度評估及季節(jié)性果實抗病性鑒定。通過計算加性基因組關(guān)系矩陣和狹義遺傳力，研究人員發(fā)現(xiàn)葉片抗性具有較高的遺傳基礎(chǔ)，而果實抗性的遺傳機(jī)制更為復(fù)雜且缺乏穩(wěn)定的主效數(shù)量性狀位點（QTL）。在模型構(gòu)建上，研究對比了標(biāo)準(zhǔn)GBLUP模型與將顯著單核苷酸多態(tài)性（SNP）作為固定效應(yīng)的標(biāo)記輔助GBLUP（MABLUP）模型。結(jié)果顯示，引入主效位點后，葉片抗性的預(yù)測能力提升了10–30%，果實抗性提升幅度更是達(dá)到25–47%。

在參數(shù)優(yōu)化方面，模擬分析揭示了關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)：當(dāng)訓(xùn)練集包含40%的群體時，預(yù)測結(jié)果趨于穩(wěn)定；對于葉片抗性，約8300個SNP標(biāo)記已足夠提供高精度的預(yù)測。然而，無論標(biāo)記密度如何增加，果實抗性的預(yù)測能力始終處于較低水平，這進(jìn)一步證實了僅依靠全基因組標(biāo)記難以捕捉果實抗病性的關(guān)鍵遺傳變異。通過五折交叉驗證100次的重復(fù)測試，研究確認(rèn)了模型在不同數(shù)據(jù)劃分下的穩(wěn)健性，并指出基于家系關(guān)系的預(yù)測在親緣關(guān)系較近的家系中表現(xiàn)更佳，預(yù)測能力范圍在0.10至0.89之間。

為了驗證模型的泛化能力，研究團(tuán)隊將基于全群體或40%子集訓(xùn)練的GBLUP模型應(yīng)用于獨立的溫室和田間驗證試驗。在2023–2024年于不同土壤類型和年份進(jìn)行的田間驗證中，模型保持了 substantial 的預(yù)測準(zhǔn)確性（PA），表明該方法能夠有效預(yù)測新基因型在不同環(huán)境下的表現(xiàn)。這種跨環(huán)境的正向預(yù)測能力對于預(yù)育種材料的篩選至關(guān)重要，因為它允許育種家在早期世代中可靠地識別具有高抗病潛力的個體，而無需等待漫長的田間表型鑒定周期。

該研究為草莓及其他多倍體作物的基因組選擇提供了可操作的工作流程。對于從事草莓育種及種質(zhì)創(chuàng)新的企業(yè)而言，這意味著在預(yù)育種階段可以大幅降低基因分型成本，通過優(yōu)化訓(xùn)練群體比例和標(biāo)記密度來平衡投入與產(chǎn)出。同時，針對果實抗性這一難點性狀，建議采用結(jié)合主效位點信息的混合模型策略，以提高早期選擇的準(zhǔn)確性。這一技術(shù)路徑不僅適用于芬蘭的育種體系，也為全球草莓產(chǎn)業(yè)應(yīng)對白粉病威脅、開發(fā)可持續(xù)抗病品種提供了重要的技術(shù)參考。