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多年生谷物是可持续农业中一个前景广阔的前沿领域，但其育种进展受到基因分型可及性不足以及复杂性状评价困难的制约，这些性状在植株建植后的多年间于异质环境中表达。表型组选择利用发育早期采集的低成本、可规模化获取的高维表型数据，可能有助于应对这些挑战，但此类预测在不同育种周期之间的稳健性仍不确定。本研究比较了中间偃麦草（Thinopyrum intermedium；intermediate wheatgrass，IWG；Kernza®）两个育种周期中的基因组选择与表型组选择，研究涵盖来自母系半同胞家系的约2,280个个体，并在多个田间试验点和多个年份开展评价。我们利用基因组标记和生长发育早期的表型组数据构建亲缘关系矩阵，后者包括种子和叶片颜色（HSV）、CropReporter多光谱反射率及其指数，以及各周期特定高光谱传感器采集的反射率数据。在两个周期中，基因组模型对所有田间性状的平均预测能力均最强。在各类表型组预测变量中，叶片HSV始终提供最多的预测信息，而CropReporter和高光谱数据的预测表现较弱，且更依赖于具体性状，种子HSV则几乎不具备预测价值。与周期内验证相比，基因组、叶片HSV和CropReporter模型在跨育种周期应用时的预测能力未见明显下降，表明其预测信号并不局限于单一育种周期。生长发育早期的叶片HSV可作为多年生作物育种计划中种质筛减和早期优先筛选的一种实用且易于获取的工具。尽管各亲缘关系矩阵之间的相似性有限矩阵，多亲缘关系矩阵模型的预测表现很少优于其组成模型中表现较好的单亲缘关系矩阵模型。总体而言，这些结果表明，生命早期阶段的表型组学数据能够为数年后表现出的农艺性状提供可重复的预测信息，但预测模型的复杂性和数据整合并不保证预测性能的提升。
中间偃麦草不同育种轮次间田间农艺性状的生命早期表型组预测 | bioRxiv
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中间偃麦草不同育种轮次间田间农艺性状的生命早期表型组预测
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Jared
Crain
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Lee
DeHaan
，
David
Van Tassel
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Allison
Miller
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Matthew J
Rubin
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.08.28.747871
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多年生谷物代表了一种有前景的
是可持续农业的前沿领域，但育种进展受到基因分型可及性的限制，同时，在异质环境下评估建植后多年表现的复杂性状也存在困难。表型组选择利用发育早期采集的低成本、可规模化获取的高维表型数据，可能有助于应对这些挑战，但此类预测在不同育种轮次间的稳健性仍不确定。本研究比较了中间偃麦草（Thinopyrum intermedium；intermediate wheatgrass，IWG；Kernza®）两个育种轮次中的基因组选择与表型组选择，研究材料包括来自母本半同胞家系的约2,280个个体，并在多个田间试验地点开展了多年评估。我们利用基因组标记和生命早期阶段的表型组数据构建亲缘关系矩阵，后者包括种子与叶片颜色的HSV（色相、饱和度、明度）数据、CropReporter多光谱反射率及其指数，以及各育种轮次特定高光谱传感器采集的反射率数据。在两个育种轮次中，基因组模型对所有田间性状的平均预测能力均最强。在表型组预测变量中，叶片HSV始终提供最多的有效信息，而CropReporter和高光谱数据的预测表现较弱，且更依赖于具体性状，种子HSV则几乎没有预测价值。基因组、叶片HSV和CropReporter模型在跨育种轮次应用时，相较于轮次内验证，其预测能力未出现明显下降，表明其预测信号并不局限于单一育种轮次。生命早期阶段的叶片HSV可作为多年生作物育种计划中精简种质材料和确定早期优先选择对象的一种实用且易于获取的工具。尽管各亲缘关系矩阵之间的相似性有限，多亲缘关系矩阵
这些模型的预测表现很少优于其组成模型中表现较强的单一关系矩阵模型。总体而言，这些结果表明，早期生长阶段的表型组数据能够为数年后表现出的农艺性状提供可重复的预测信息，但增加预测模型的复杂性和整合数据并不保证预测性能的提升。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
已声明的资助方信息
食品与农业研究基金会，
，CA20-SS-0000000123
，24-001143
多年生农业项目，联合马龙家族土地保护基金会和土地研究所
唐纳德·丹福斯植物科学中心
土地研究所，
泰勒地理空间研究所，
圣路易斯大学，
版权
本预印本的版权持有人为作者／资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示本预印本的许可。
本预印本依据
CC-BY-NC 4.0 国际许可协议
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发布于2026年8月31日。
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中间偃麦草跨育种轮次田间农艺性状的生长早期表型组学预测
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Jared
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Lee
DeHaan
，
David
Van Tassel
，
Allison
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Matthew J
Rubin
bioRxiv
2026.08.28.747871；
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https://doi.org/10.64898/2026.08.28.747871
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中间偃麦草跨育种轮次田间农艺性状的生长早期表型组学预测
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2026.08.28.747871；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.08.28.747871
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关键词：中间偃麦草 · 表型组选择 · 基因组选择 · 农艺性状预测 · 跨育种周期验证 · 叶片颜色表型
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.28.747871v1?rss=1