Use of simulation to optimize a sweet corn breeding program: implementing genomic selection and doubled haploid technology

生物 选择(遗传算法) 基因组选择 遗传增益 最佳线性无偏预测 育种计划 加倍单倍体 生物技术 植物育种 倍性 遗传变异 遗传学 基因型 农学 计算机科学 基因 栽培 单核苷酸多态性 机器学习
作者
Marco Antônio Peixoto,Igor Ferreira Coelho,Kristen A. Leach,Thomas Lübberstedt,Leonardo Lopes Bhering,Márcio F. R. Resende
出处
期刊:G3: Genes, Genomes, Genetics [Genetics Society of America]
卷期号:14 (8) 被引量:3
标识
DOI:10.1093/g3journal/jkae128
摘要

Genomic selection and doubled haploids hold significant potential to enhance genetic gains and shorten breeding cycles across various crops. Here, we utilized stochastic simulations to investigate the best strategies for optimize a sweet corn breeding program. We assessed the effects of incorporating varying proportions of old and new parents into the crossing block (3:1, 1:1, 1:3, and 0:1 ratio, representing different degrees of parental substitution), as well as the implementation of genomic selection in two distinct pipelines: one calibrated using the phenotypes of testcross parents (GSTC scenario) and another using F1 individuals (GSF1). Additionally, we examined scenarios with doubled haploids, both with (DH) and without (DHGS) genomic selection. Across 20 years of simulated breeding, we evaluated scenarios considering traits with varying heritabilities, the presence or absence of genotype-by-environment effects, and two program sizes (50 vs 200 crosses per generation). We also assessed parameters such as parental genetic mean, average genetic variance, hybrid mean, and implementation costs for each scenario. Results indicated that within a conventional selection program, a 1:3 parental substitution ratio (replacing 75% of parents each generation with new lines) yielded the highest performance. Furthermore, the GSTC model outperformed the GSF1 model in enhancing genetic gain. The DHGS model emerged as the most effective, reducing cycle time from 5 to 4 years and enhancing hybrid gains despite increased costs. In conclusion, our findings strongly advocate for the integration of genomic selection and doubled haploids into sweet corn breeding programs, offering accelerated genetic gains and efficiency improvements.
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