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# 生物学# 遺伝学

持続可能な改善のための育種技術のバランスを取る

現代の交配方法と遺伝的多様性の重要性についての考察。

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現代の育種技術に注目現代の育種技術に注目を探る。持続可能な遺伝的改善のための効果的な方法
目次

繁殖プログラムは、時間をかけて植物や動物の特性を改善することを目指してるんだ。これらのプログラムは、不要な遺伝子を排除し、有益な遺伝子を促進することに焦点を当てることが多いけど、繁殖集団の遺伝子の多様性を維持することも重要なんだ。多様性がなければ、繁殖プログラムで大きな遺伝的改善ができなくなる。繁殖での大きな課題は、遺伝的多様性を保ちながら、どうやって改善し続けるかということだね。

ゲノム選択の役割

最近注目を集めているアプローチの一つがゲノム選択だよ。この方法は、遺伝的構成に基づいて繁殖候補をランク付けするんだ。膨大な遺伝データを分析することで、どの候補が最良の子孫を生む可能性が高いかを推定できるんだ。ゲノム選択を使うと、繁殖プロセスの早い段階で決定を下せるから、効率も上がるんだ。

繁殖におけるバランスの必要性

ゲノム選択は迅速な改善をもたらすことができるけど、適切に管理しないと遺伝的多様性を減少させる可能性もあるんだ。たとえば、トップ候補を数人だけ選ぶと、遺伝プールにバラエティがなくなることがある。これは長期的には問題を引き起こすから、トレイトの改善と遺伝子プールの多様性を両立させるために、最適貢献選択っていう方法が役立つんだ。

最適貢献選択の仕組み

最適貢献選択では、繁殖候補の遺伝的類似性と改善の可能性の両方を考慮するんだ。どの候補を繁殖させるかを慎重に選ぶことで、利益を最大化しつつ多様性を減らすリスクを最小限に抑えられる。このアプローチは、植物や動物の繁殖においてますます使われてきていて、より持続可能な繁殖プラクティスを可能にするんだ。

高度な方法:最適ハプロタイプ選択

これらの戦略を補完する高度な技術の一つが最適ハプロタイプ選択だよ。ハプロタイプは、一緒に遺伝される遺伝子の組み合わせを指すんだ。この方法の目的は、どの遺伝子の組み合わせが最良の子孫を生むことができるかを特定することだよ。個々の遺伝子ではなく、遺伝子のグループに焦点を当てることで、より包括的なアプローチが可能になるんだ。

異なる繁殖方法の比較

いくつかの異なる繁殖方法を比較して、どれが最良の結果を生むかを見てみよう。トランケーション選択は、遺伝子スコアに基づいて最良の候補を選ぶ方法の一つだ。この方法は迅速な改善をもたらすことができるけど、遺伝的多様性の急速な喪失を引き起こすことが多いんだ。

もう一つの比較方法は最適交配選択だ。この方法は、遺伝的利益を最大化しつつ多様性を考慮した交配ペアを作ることに焦点を当てている。これは実際にうまく機能することが示されていて、特に長期間にわたってはトランケーション選択よりも良い結果を出すことが多いんだ。

遺伝的多様性の重要性

遺伝的多様性を維持することは、繁殖プログラムの長期的な成功には重要なんだ。遺伝的変異が不足すると、近親交配などの問題が発生し、将来の世代の健康や生存能力に悪影響を与えるかもしれないよ。短期的な利益のみに焦点を当てた繁殖プラクティスは、深刻な長期的な結果を招くことがある。だから、最適貢献選択や最適ハプロタイプ選択のような多様性を促進する方法が必要なんだ。

研究のための基本集団

これらの方法を評価するための研究では、作物の基本集団が基盤として使われるんだ。たとえば、小麦の繁殖では、16,565の多様な小麦ラインを選んで分析することができる。これらのラインは、様々な遺伝的基盤を提供し、繁殖者がさまざまな選択方法の効果を評価するのを可能にするんだ。

シミュレーションの実施

異なる繁殖戦略の効果をテストするために、シミュレーションが行われることがあるんだ。これらのシミュレーションでは、異なる方法が遺伝的利益や多様性にどのような影響を与えるかを、何世代にもわたって評価するんだ。最適ハプロタイプ選択やトランケーション選択のような戦略のパフォーマンスをシミュレーションで調べることで、長期的な持続可能性についての洞察が得られるんだ。

異なる選択戦略のシミュレーション

シミュレーション中に、繁殖者は異なる戦略がどのように遺伝的利益を生み出し、多様性を維持するかに関するデータを収集できるんだ。たとえば、最適ハプロタイプ選択は、時間の経過とともに安定した利益をもたらすことが多いけど、トランケーション選択は最初は急速な利益をもたらすけど、すぐに多様性が減少して横ばいになることがあるんだ。

シミュレーションからの観察結果

異なる繁殖方法の結果を評価すると、一部の方法が多様性や長期的な利益に関して他の方法よりも優れていることが明らかになるんだ。シミュレーションは、高スコアを得るためにあまりにも積極的に選ぶことが、集団全体の健康を損なう可能性があることを示しているんだ。一方、最適ハプロタイプ選択は、合理的な遺伝的改善を達成しながらも、より良い多様性を維持するんだ。

バランスの取れた選択の必要性

シミュレーションから得られた重要な教訓は、バランスの取れた選択アプローチの重要性だね。急速な改善は魅力的だけど、持続可能な繁殖には全体集団の健康を考慮する必要がある。遺伝的多様性を保持しつつ安定した利益を許す戦略が、より有益であることが証明されるんだ。

今後の繁殖プログラムへの戦略

繁殖プログラムが進化し続ける中で、使用される戦略も適応していくことができるんだ。異なる方法を組み合わせることで、より良い結果が得られることがあるよ。たとえば、最初に最適ハプロタイプ選択を行ってから、従来の方法に移行することで、両方の良いところを得ることができるんだ。

最適ハプロタイプ選択の応用

最適ハプロタイプ選択は、さまざまな繁殖シナリオで特に価値があるんだ。新しい繁殖プログラムでは、この方法が遺伝的多様性をスムーズに統合するのに役立つことができるんだ。病気抵抗性など、複数の特性をターゲットにしている状況では、この方法を活用することで、最も有益な組み合わせが考慮されるようになるよ。

繁殖研究の今後の方向性

最適ハプロタイプ選択のような繁殖方法をさらに探求することで、新しい発見があるかもしれないね。これらの技術が実際の繁殖プログラムにどのように適用できるかを分析することで、繁殖者は将来に向けて効果的な戦略を作り出すことができるんだ。遺伝子の相互作用や環境条件への反応をより良く追跡できる技術は、繁殖成果を高めることができるかもしれないよ。

結論:前進する道

繁殖プログラムの複雑さから、どれか一つの方法で全ての課題が解決するわけじゃないんだ。ただし、遺伝的多様性を維持しつつ、安定した遺伝的利益を得ることに焦点を当てた方法が重要なんだ。繁殖プラクティスが進化するにつれて、これらのニーズのバランスを取る戦略が、繁殖プログラムの持続可能性と成功を確保する上で重要な役割を果たすんだ。

要するに、ゲノム選択、最適貢献選択、最適ハプロタイプ選択を組み合わせることで、現代の繁殖課題に対する最良のアプローチが得られるかもしれないね。短期的な結果と長期的な結果の両方を考慮することで、繁殖者は高性能でありながら、強靭で多様性のある集団を作り出すことを目指せるんだ。

オリジナルソース

タイトル: Evolutionary computing to assemble standing genetic diversity and achieve long-term genetic gain

概要: Loss of genetic diversity in elite crop breeding pools can severely limit long-term genetic gains, and limit ability to make gains in new traits, like heat tolerance, that are becoming important as the climate changes. Here we investigate and propose potential breeding program applications of optimal haplotype selection (OHS), a selection method which retains useful diversity in the population. OHS selects sets of candidates containing, between them, haplotype segments with very high segment breeding values for the target trait. We compared the performance of OHS, the similar method optimal population value (OPV), truncation selection on genomic estimated breeding values (GEBVs), and optimal cross selection (OCS) in stochastic simulations of recurrent selection on founder wheat genotypes. After 100 generations of inter-crossing and selection, OCS and truncation selection had exhausted the genetic diversity, while considerable diversity remained in the OHS population. Gain under OHS in these simulations ultimately exceeded that from truncation selection or OCS. OHS achieved faster gains when the population size was small, with many progeny per cross. A promising hybrid strategy, involving a single cycle of OHS selection in the first generation followed by recurrent truncation selection, substantially improved long term gain compared with truncation selection, and performed similarly to OCS. The results of this study provide initial insights into where OHS could be incorporated into breeding programs. Core IdeasO_LIWe investigate potential uses for a haplotype-stacking strategy, optimal haplotype selection (OHS) C_LIO_LISeveral selection strategies were compared in stochastic simulations of recurrent selection in wheat C_LIO_LIOHS maintained more useful diversity than optimal cross selection or truncation-based genomic selection C_LIO_LIRates of gain from OHS are competitive in small populations C_LIO_LIOne generation of OHS in a truncation selection program can increase short and long term genetic gain C_LI Plain language summaryBreeders use selection strategies based on genetic and phenotypic information to choose parents that will improve agriculturally-relevant traits (eg. grain yield) in their progeny. Generally, this involves estimating breeding values (scores) for each candidate parent. This study investigated an alternative haplotype stacking approach called Optimal Haplotype Selection (OHS), which instead estimates breeding values for each unique genome segment in the population, then selects a group of parents who, between them, carry the haplotypes with the highest estimated breeding value at each chromosomal segment. In simulations, OHS gives improvements close to existing methods when populations are small, and outperforms them in the long term (100+ generations). Using just one generation of OHS boosts the performance of other methods in the short and long term. Breeders might consider adopting haplotype stacking in their programs, once techniques to do so are established.

著者: Kira Villiers, K. P. Voss-Fels, E. Dinglasan, B. Jacobs, L. Hickey, B. J. Hayes

最終更新: 2024-04-08 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.05.05.539510

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.05.05.539510.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた biorxiv に感謝します。

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