Quay lại tương lai: xem lại MAS như một công cụ để tạo giống cây trồng hiện đại
trừu tượng
Thông điệp chính Các mơ hình mới để tích hợp gen chính MAS với các phương pháp
nhân giống hiện đại có thể nâng cao đáng kể độ tin cậy và hiệu quả của việc lai tạo, tạo
điều kiện cho việc tận dụng sự đa dạng di truyền truyền thống. Tóm tắt Đa dạng di truyền
được cơng nhận là đóng góp sự biến đổi cần thiết cho quá trình chọn tạo giống cây trồng,
và chọn lọc tạp nhiễm được coi là công cụ chính để đưa sự đa dạng này vào các chương
trình nhân giống mà khơng có sự tác động di truyền liên quan từ các bộ gen kém chất
lượng của các giống cho. Tuy nhiên, việc thực hiện các kỹ thuật chọn lọc có sự hỗ trợ của
marker vẫn cịn là một thách thức trong nhiều chương trình nhân giống trên tồn thế giới.
Nhiều yếu tố góp phần vào việc thiếu áp dụng này, chẳng hạn như sự không chắc chắn
trong cách tích hợp MAS với các quy trình chăn ni truyền thống, thiếu sự đồng bộ
trong MAS như một công cụ và chi phí của quy trình này. Tuy nhiên, những phát triển
trong công cụ genomics, kỹ thuật xác nhận vị trí và các mơ hình mới về cách sử dụng
QTL trong các chương trình nhân giống có thể giải quyết những vấn đề này. Việc nhân
giống thuận có hỗ trợ đánh dấu cần được kích hoạt thơng qua việc xác định các QTL
mạnh mẽ, thiết kế hệ thống đánh dấu đáng tin cậy để chọn cho các QTL này và đưa các
QTL này vào các nền gen ưu tú để cho phép sử dụng chúng mà khơng có tác động di
truyền liên quan. Để nâng cao việc áp dụng và hiệu quả của MAS, lúa gạo được sử dụng
như một ví dụ về cách tích hợp các quy trình và phát triển mới vào một chiến lược khoa
học và chặt chẽ để sử dụng biến dị di truyền. Khi các quy trình được thiết lập để giải
quyết những vấn đề này, các gen mới có thể được đưa vào chương trình nhân giống một
cách nhanh chóng và hồn chỉnh với chi phí tối thiểu. và các mơ hình mới về cách sử
dụng QTL trong các chương trình nhân giống có thể giải quyết những vấn đề này. Việc
nhân giống thuận có hỗ trợ đánh dấu cần được kích hoạt thông qua việc xác định các
QTL mạnh mẽ, thiết kế hệ thống đánh dấu đáng tin cậy để chọn cho các QTL này và đưa
các QTL này vào các nền gen ưu tú để cho phép sử dụng chúng mà khơng có tác động di


truyền liên quan. Để nâng cao việc áp dụng và hiệu quả của MAS, lúa gạo được sử dụng
như một ví dụ về cách tích hợp các quy trình và phát triển mới vào một chiến lược khoa

học và chặt chẽ để sử dụng biến dị di truyền. Khi các quy trình được thiết lập để giải
quyết những vấn đề này, các gen mới có thể được đưa vào chương trình nhân giống một
cách nhanh chóng và hồn chỉnh với chi phí tối thiểu. và các mơ hình mới về cách sử
dụng QTL trong các chương trình nhân giống có thể giải quyết những vấn đề này. Việc
nhân giống thuận có hỗ trợ đánh dấu cần được kích hoạt thơng qua việc xác định các
QTL mạnh mẽ, thiết kế hệ thống đánh dấu đáng tin cậy để chọn cho các QTL này và đưa
các QTL này vào các nền gen ưu tú để cho phép sử dụng chúng mà không có tác động di
truyền liên quan. Để nâng cao việc áp dụng và hiệu quả của MAS, lúa gạo được sử dụng
như một ví dụ về cách tích hợp các quy trình và phát triển mới vào một chiến lược khoa
học và chặt chẽ để sử dụng biến dị di truyền. Khi các quy trình được thiết lập để giải
quyết những vấn đề này, các gen mới có thể được đưa vào chương trình nhân giống một
cách nhanh chóng và hồn chỉnh với chi phí tối thiểu. Việc nhân giống thuận có hỗ trợ
đánh dấu cần được kích hoạt thơng qua việc xác định các QTL mạnh mẽ, thiết kế hệ
thống đánh dấu đáng tin cậy để chọn cho các QTL này và đưa các QTL này vào các nền
gen ưu tú để cho phép sử dụng chúng mà không có tác động di truyền liên quan. Để nâng
cao việc áp dụng và hiệu quả của MAS, lúa gạo được sử dụng như một ví dụ về cách tích
hợp các quy trình và phát triển mới vào một chiến lược khoa học và chặt chẽ để sử dụng
biến dị di truyền. Khi các quy trình được thiết lập để giải quyết những vấn đề này, các
gen mới có thể được đưa vào chương trình nhân giống một cách nhanh chóng và hồn
chỉnh với chi phí tối thiểu. Việc nhân giống thuận có hỗ trợ đánh dấu cần được kích hoạt
thơng qua việc xác định các QTL mạnh mẽ, thiết kế hệ thống đánh dấu đáng tin cậy để
chọn cho các QTL này và đưa các QTL này vào các nền gen ưu tú để cho phép sử dụng
chúng mà không có tác động di truyền liên quan. Để nâng cao việc áp dụng và hiệu quả
của MAS, lúa gạo được sử dụng như một ví dụ về cách tích hợp các quy trình và phát
triển mới vào một chiến lược khoa học và chặt chẽ để sử dụng biến dị di truyền. Khi các
quy trình được thiết lập để giải quyết những vấn đề này, các gen mới có thể được đưa vào
chương trình nhân giống một cách nhanh chóng và hồn chỉnh với chi phí tối thiểu. Để


nâng cao việc áp dụng và hiệu quả của MAS, lúa gạo được sử dụng như một ví dụ về

cách tích hợp các quy trình và phát triển mới vào một chiến lược khoa học và chặt chẽ để
sử dụng biến dị di truyền. Khi các quy trình được thiết lập để giải quyết những vấn đề
này, các gen mới có thể được đưa vào chương trình nhân giống một cách nhanh chóng và
hồn chỉnh với chi phí tối thiểu. Để nâng cao việc áp dụng và hiệu quả của MAS, lúa gạo
được sử dụng như một ví dụ về cách tích hợp các quy trình và phát triển mới vào một
chiến lược khoa học và chặt chẽ để sử dụng biến dị di truyền. Khi các quy trình được
thiết lập để giải quyết những vấn đề này, các gen mới có thể được đưa vào chương trình
nhân giống một cách nhanh chóng và hồn chỉnh với chi phí tối thiểu.
Giới thiệu
Sự ra đời của Cách mạng Xanh vào những năm 1960 đã mang lại một bước thay đổi về
sản lượng tiềm năng đối với gạo và lúa mì và được cho là đã tránh được các cuộc khủng
hoảng lương thực nghiêm trọng (Pingali 2012). Kể từ thời điểm này, đã có một kỳ vọng
khơng ngừng rằng eforts nhân giống cây trồng sẽ có thể duy trì năng suất, trớ trêu thay
trong bối cảnh nguồn kinh phí ngày càng giảm (Hiệp hội Nông học Hoa Kỳ 2018). Đồng
thời, các hệ thống trồng trọt thâm canh mới do cuộc Cách mạng Xanh thúc đẩy đã dẫn
đến gia tăng áp lực từ sâu bệnh trong khi các khu vực nông trại tiếp tục lấn sâu hơn vào
vùng đất biên (Tilman et al. 2002). Để đáp ứng những thách thức này,
Khi sinh học phân tử phát triển như một ngành học, sự quan tâm tự nhiên tăng lên trong
việc xác định biến thể di truyền của giá trị, đặc biệt bằng cách mô tả và chú thích các gen
cơ bản bao gồm cấu trúc di truyền của các đặc điểm liên quan. Ngoài giá trị học thuật của
bài tập này, khả năng áp đặt chọn lọc trực tiếp lên các gen / QTL này bằng kỹ thuật phân
tử đã được công nhận trong nhiều thập kỷ và ngày nay thường được gọi là 'nhân giống
phân tử' (Moose và Mumm 2008). So với chọn lọc kiểu hình, các phương pháp nhân
giống phân tử có một số ưu điểm chính: chúng thường nhanh hơn, có thể được thực hiện
trên vật liệu ở giai đoạn cây con, cho phép làm giàu các quần thể với các cá thể dị hợp tử


thơng qua tính đồng trội, có thể rẻ hơn đáng kể và có hệ số di truyền về cơ bản là 1,0
(Collard và MacKill 2008)
Khái niệm MAS đã được sử dụng rộng rãi để xác định và nhân bản hàng trăm gen trên

nhiều loài (Song và cộng sự 1995; Qu và cộng sự 2006; Ji và cộng sự 2016). Đặc biệt,
cây lúa tự hào có hàng chục gen được nhân bản với những biểu hiện kiểu hình quan trọng
và được coi là một nghiên cứu điển hình hữu ích để hiểu cả giá trị tiềm năng của chọn lọc
có sự hỗ trợ của marker và những rào cản của nó đối với việc triển khai. Biến thể di
truyền phong phú có thể ứng với MAS trong lúa là một chức năng của sự phân vùng đa
dạng di truyền lúa (Govindaraj và cộng sự 2015; Dự án 3000 bộ gen lúa năm 2014) và
việc áp dụng nó như là lồi mơ hình đầu tiên trong cây đơn tính và tiếp theo là trên tồn
thế giới để cơng bố trình tự bộ gen (IRGSP 2005). Ví dụ, cơ sở dữ liệu Q-TARO hiện
chứa 114 gen được nhân bản với các biến thể tự nhiên với nhiều đặc điểm khác nhau
(Yonemaru và cộng sự 2010),
Tác động của MAS
Mặc dù thành công to lớn trong việc xác định các QTL kiểm sốt nhiều tính trạng ở các
loài khác nhau và xác định các biến thể chức năng nằm dưới các QTL này, sự thành cơng
của việc chọn lọc có sự hỗ trợ của marker đối với các gen chính trong các chương trình
nhân giống công cộng lớn đã bị hạn chế (Collard và MacKill 2008 ). Trong số các mầm
giống lúa indica ưu tú, một cuộc khảo sát trên 60 gen và QTL như vậy cho thấy rằng gần
một nửa khơng được tìm thấy trong các chương trình ưu tú, và 17% khác là rất hiếm
(Hình 1). Giảm 9% về cơ bản đã được kết hợp trên các tế bào mầm indica, chỉ có 25%
gen có thể đáp ứng được với sự chọn lọc có sự hỗ trợ của marker là có sẵn cho các nhà lai
tạo.
Nguyên nhân đằng sau việc triển khai hạn chế các gen chính trong các chương trình nhân
giống lúa công cộng đã được tranh luận nhiều lần, và các đánh giá hữu ích về các yếu tố
tiềm năng đã được đưa ra (William et al. 2007; Collard và MacKill 2008). Việc thiếu
nhận thức về các biến thể di truyền hoặc giá trị của chúng dường như khó xảy ra. Như


một trường hợp điển hình, Xa21 và Pi9, hai trong số các gen kháng phổ rộng, hiệu quả
nhất chống lại bệnh bạc lá và bệnh đạo ôn do vi khuẩn gây ra, đều được xác định cách
đây hơn 30 năm (Amante-Bordeos và cộng sự, 1992; Song và cộng sự . 1995). Cha mẹ sở
hữu những gen này đã được sử dụng rộng rãi trong các chương trình lai tạo — 86%

chương trình tạo giống lúa có tưới của IRRI có liên quan đến IR24, kết quả của việc lai
rộng rãi với các dịng cận sinh của IRBB (dữ liệu khơng được hiển thị) - nhưng giá trị của
chúng vẫn chưa được cải thiện nhận ra trong các giống hiện đại. Hơn nữa,


Hình 1 Tần suất của các QTL chính trong vật liệu nhân giống indica ưu tú. Hơn sáu mươi
gen và QTL đã được kiểm chứng tốt kiểm soát một loạt các tính trạng kháng bệnh, chất
lượng hạt và stress phi sinh học đã được kiểm tra trên 75 giống indica ưu tú dựa trên dữ
liệu giải trình tự tồn bộ bộ gen. Gần một nửa số gen này khơng có trong vật liệu ưu tú;
17% khác là rất. Chỉ có khoảng 25% có sẵn để dễ dàng lựa chọn trong nhân giống thuận

Hình 2 Sự phân chia tần số của các gen quan trọng trong tế bào mầm indica ưu tú. Tần số
của các gen có giá trị cao kiểm sốt một loạt các tính trạng quan trọng được đánh giá trên
trình tự bộ gen của 75 dịng giống và giống indica ưu tú từ một loạt các chương trình
chọn tạo giống lúa trên thế giới. Phần lớn các gen, bao gồm nhiều locus kháng bệnh hiệu
quả nhất, khơng có trong vật liệu ưu tú
So sánh tần số của các gen khác nhau trong tế bào mầm indica ưu tú có thể đưa ra manh
mối về nguyên nhân của sự vắng mặt này. Khi kiểm tra các gen trong các loại kháng bệnh
chính (bệnh đạo ơn và bệnh bạc lá do vi khuẩn), rõ ràng là tần số của các gen khác nhau
rơi vào khoảng hai nhóm; một số nhỏ ở tần số hợp lý (> 25%, ví dụ Xa4, Xa26, Pi-ta,
BPH32), trong khi hầu hết các phần còn lại đều khơng có (Hình 2). Đây có thể là một dấu
hiệu cho thấy một số gen nhất định đã tìm thấy đường vào các chương trình nhân giống,
có thể thơng qua tần suất cơ bản cao giữa những người sáng lập hoặc thơng qua việc lai
với các dịng cho sau đó là chọn lọc kiểu hình. Chúng hiện đang được phân tách theo các


mức độ khác nhau, nhưng làm như vậy có khả năng gây tĩnh điện với các locus mới và
cản trở khả năng chọn lọc một cách đáng tin cậy các locus mới về mặt kiểu hình. Nếu đây
là trường hợp,
Câu hỏi đặt ra vẫn là, nếu việc chọn lọc kiểu hình đối với các gen chính khơng làm tăng

tần số của các locus hữu ích mới một cách có hiệu quả do sự xuất hiện của các locus tĩnh
điện với một số locus đã có ở tần số cao, tại sao không sử dụng các chỉ thị phân tử để
tăng mức độ nổi bật của chúng một cách xác định? Tìm hiểu tâm lý học và kinh tế học
hành vi của các nhà tạo giống cây trồng là một lĩnh vực nghiên cứu rất thú vị và chưa
được nghiên cứu (Coors 2006; Lenaerts et al. 2018); tuy nhiên, người ta có thể đưa ra giả
thuyết rằng việc lựa chọn có sự hỗ trợ của điểm đánh dấu có thể đóng một vai trị nào đó.
Khơng nên nhầm lẫn với việc thiếu hiểu biết về các kiểu thừa kế làm cơ sở cho MAS
hoặc thiếu kiến thức về QTL, chúng tôi cho rằng sự thiếu hụt tiềm năng này nhiều khả
năng xuất phát từ sự thiếu cải thiện kiểu hình rất thực dụng được quan sát khi MAS được
áp dụng trong quần thể sinh sản. MAS, như một phương pháp chọn lọc gián tiếp, phụ
thuộc vào sự kết hợp của sự biến đổi kiểu hình với sự biến đổi di truyền tại một locus cụ
thể như được khảo sát bởi một điểm đánh dấu cụ thể (tức là tương quan đặc điểm).
Nhưng bản thân điều này thực sự bao gồm hai mối tương quan cơ bản. Rõ ràng, kiểu hình
quan tâm cần được liên kết rõ ràng với vùng gen (tức là tương quan đặc điểm QTL), việc
xác định vùng đó là trọng tâm của các thuật toán ánh xạ QTL (Miles và Wayne 2008).
Tuy nhiên, ngay cả khi QTL giải thích 100% phương sai kiểu hình cho một đặc điểm
quan tâm trong vốn gen, thì QTL vẫn cần được liên kết rõ ràng với điểm đánh dấu được
sử dụng để áp đặt chọn lọc cho nó (tức là tương quan QTL↔ marker). Nếu một trong hai
mối tương quan này (đặc điểm↔QTL hoặc QTL↔marker) kém,
Thật vậy, phần lớn MAS có thể đã diễn ra đối với các gen chính trong quần thể giống lúa
cũng sẽ cần phải xảy ra vào thời điểm được đặc trưng bởi khả năng tiếp cận kém với các
hệ thống đánh dấu thông lượng cao (William et al. 2007; Rasheed et al. 2017; Steele và
cộng sự 2018). Tuy nhiên, trong thập kỷ qua, các hệ thống đánh dấu giá rẻ, tân tiến và có
đường ống đã được cung cấp (Steele et al. 2018). Các hệ thống đánh dấu tiên tiến này


hợp lý hóa q trình thu thập dữ liệu, nhưng tất nhiên không giải quyết được thách thức
cơ bản trong việc đảm bảo rằng nội dung thông tin của các dấu hiệu có liên quan và hữu
ích cho chương trình nhân giống.
Điều này sẽ liên quan đến việc giải quyết cả hai mối tương quan cơ bản MAS như một

chiến lược lựa chọn gián tiếp (đặc điểmQTL và QTL↔marker). Công việc này nhằm
mục đích phác thảo một khn khổ để đảm bảo các mối tương quan này được giải quyết
đúng cách trong các chương trình nhân giống phân tử hiện đại và cung cấp một số thông
tin chi tiết về cách MAS có thể được tích hợp vào chiến lược nhân giống hiện đại có hỗ
trợ bộ gen. Để đạt được mục tiêu này, chúng tôi sẽ nêu bật các ý tưởng và phương pháp
đang được phát triển tại Viện Nghiên cứu Lúa gạo Quốc tế và các tổ chức đối tác để cải
thiện tình trạng này thơng qua các công cụ cải tiến cho MAS (tức là các dấu hiệu đáng tin
cậy và QTL) và các chiến lược cải tiến để tích hợp các cơng cụ này vào q trình chăn
ni một cách hiệu quả. Mặc dù chọn lọc bộ gen có thể được coi là một hình thức chọn
lọc có sự hỗ trợ của điểm đánh dấu,
Đảm bảo MAS hiệu quả
Người ta thường không đánh giá cao việc lựa chọn có sự hỗ trợ của điểm đánh dấu về cơ
bản là một phương pháp lựa chọn gián tiếp. Như đã đề cập, nó dựa trên hai mối tương
quan để có hiệu quả:
Đặc điểm (kiểu hình) ↔ Gen / QTL
Gene ∕ QTL ↔ Marker
Tầm quan trọng của mối tương quan đầu tiên đã được thừa nhận trước đây (ví dụ như
Collard và MacKill 2008), nhưng các chiến lược để cải thiện sự kết hợp trong QTL đối
với các tính trạng vẫn cần được phát triển và tiêu chuẩn hóa trong toàn ngành. Kỳ lạ thay,
mối tương quan thứ hai hầu như bị bỏ qua trong các tài liệu cho đến nay.


Làm thế nào chúng ta có thể có hội tụ trong một quỹ tích?
Để xác định những yếu tố nào phải được đánh giá khi xác định độ tin cậy của mối tương
quan về tính trạngQTL, điều cần thiết là phải đảm bảo bài tập được định hướng khách
quan. Nếu QTL được các nhà lai tạo dự định sử dụng để cải thiện mức độ của một số tính
trạng mục tiêu trong chương trình nhân giống của họ, nó phải có một số đặc điểm nhất
định:
1. Nó phải cung cấp sự cải tiến có thể đo lường được trong hiệu suất hàn.
2. Nó phải phù hợp với sự đa dạng di truyền có trong (các) chương trình nhân giống.

3. Kích thước hồn hảo của nó (được cân bằng bởi mức độ ưu tiên của đặc điểm
trong chương trình nhân giống) phải đủ để chi trả cho việc phân lập, phát triển và
triển khai locus
Việc hiểu các tiêu chí này sau đó sẽ hiểu được cách thức tiến hành các hoạt động như lập
bản đồ các locus. Ví dụ, nhiều nghiên cứu lập bản đồ QTL đã được thực hiện về khả năng
chịu mặn ở lúa, gần như tất cả đều tập trung vào hàm lượng ion natri (Na +) trong lá (Lee
et al. 2007; Ammar et al. 2009; Islam et al. 2011; Horie và cộng sự 2012; Rahman và
cộng sự 2017). Điều này có ý nghĩa sinh lý vì hàm lượng natri có tương quan đáng kể với
điểm tổn thương thị giác, tuy nhiên các QTL đối với hàm lượng Na + khơng có tác động
lớn trong việc cải thiện khả năng chịu mặn. Câu hỏi hóc búa rõ ràng này minh họa những
cạm bẫy của việc dựa vào các đặc điểm tương quan. Hàm lượng natri cho thấy mối tương
quan rõ rệt lên đến 65% với tổn thương thị giác (Platten và cộng sự 2013). Tuy nhiên,
ngay cả khi một QTL hoàn hảo tương quan với hàm lượng Na + đã giải thích 20% sự
thay đổi trong một quần thể lập bản đồ nhất định, điều này sẽ chỉ tương đương với (0,2 ×
0,65) = 13% cải thiện các triệu chứng chấn thương thị giác, quá nhỏ để có thể thấy rõ đối
với một người quan sát bình thường, đặc biệt là trong feld. Cũng cần lưu ý rằng đây là
mức cải thiện 13% so với phạm vi kiểu hình được quan sát trong quần thể lập bản đồ cụ
thể đó; nó khơng hồn thiện mức độ cải thiện tuyệt đối, có thể nhỏ hơn nhiều khi được
tính trung bình trên nhiều nền tảng di truyền. Để tránh những trường hợp như vậy, các
nhà di truyền học, sinh lý học và các nhà lai tạo cần phải xem xét đầy đủ hơn một số


thành phần của quá trình khám phá gen để đảm bảo sự phù hợp với các chương trình
nhân giống hiện đại. Cũng cần lưu ý rằng đây là mức cải thiện 13% so với phạm vi kiểu
hình được quan sát trong quần thể lập bản đồ cụ thể đó; nó khơng hồn thiện mức độ cải
thiện tuyệt đối, có thể nhỏ hơn nhiều khi được tính trung bình trên nhiều nền tảng di
truyền. Để tránh những trường hợp như vậy, các nhà di truyền học, sinh lý học và các nhà
lai tạo cần phải xem xét đầy đủ hơn một số thành phần của quá trình khám phá gen để
đảm bảo sự phù hợp với các chương trình nhân giống hiện đại. Cũng cần lưu ý rằng đây
là mức cải thiện 13% so với phạm vi kiểu hình được quan sát trong quần thể lập bản đồ

cụ thể đó; nó khơng hồn thiện mức độ cải thiện tuyệt đối, có thể nhỏ hơn nhiều khi được
tính trung bình trên nhiều nền tảng di truyền. Để tránh những trường hợp như vậy, các
nhà di truyền học, sinh lý học và các nhà lai tạo cần phải xem xét đầy đủ hơn một số
thành phần của quá trình khám phá gen để đảm bảo sự phù hợp với các chương trình
nhân giống hiện đại.
Cân nhắc kiểu hình
Tầm quan trọng của kiểu hình không gây tranh cãi và tài liệu quan trọng đã được viết về
các công nghệ và chiến lược khác nhau để sử dụng nó trong chăn ni (ví dụ: Araus và
cộng sự 2018). Mục đích của bài viết này khơng phải là tóm tắt lại tài liệu này, mà là
nhấn mạnh một điểm nổi bật cho các bài tập lập bản đồ QTL: các chiến lược định hình
kiểu hình phải nhắm vào các đặc điểm thực tế được chọn lọc để hữu ích cho mục đích
nhân giống. Trong khi mơi trường được kiểm sốt, proxy kiểu hình thuận tiện và các tính
trạng thành phần tạo nên các mục tiêu lập bản đồ thuận tiện vì chúng có hệ số di truyền
cao và thường giảm chi phí, chúng thường khơng chuyển thành mục tiêu chọn lọc có ý
nghĩa cho một chương trình nhân giống trừ khi có tương quan cụ thể với đặc điểm quan
tâm. Ví dụ, đối với khả năng chịu mặn, QTL kiểm soát 20% sự thay đổi của các triệu
chứng tổn thương thị giác trong môi trường mục tiêu dưới áp lực của mối quan tâm sẽ
thích hợp hơn và đáng tin cậy hơn một QTL kiểm soát 20% sự thay đổi trong hàm lượng
natri lá. Việc lập bản đồ các QTL cho các đặc điểm trực tiếp này - ngay cả khi các đặc


điểm này khó lập bản đồ - đã rất hiệu quả để xác định các QTL kiểm soát năng suất trong
điều kiện căng thẳng hạn hán giai đoạn sinh sản ở lúa (Bernier và cộng sự 2007)
Tất nhiên, việc xác định kiểu hình các mục tiêu chọn lọc trực tiếp trong feld khó và tốn
kém hơn nhiều so với trong nhà kính. Việc lập bản đồ trực tiếp trong các điều kiện liên
quan tạo ra các kịch bản có nhiều biến đổi về không gian và thời gian hơn làm giảm khả
năng di truyền và dẫn đến giảm tín hiệu di truyền. Tuy nhiên, lợi ích là bất kỳ tín hiệu di
truyền có thể phát hiện được quan sát thấy có liên quan trực tiếp đến những cải tiến có
thể được mong đợi trong các chương trình nhân giống. Sự ảnh hưởng của nhiễu môi
trường trong các giao thức định hình kiểu hình feld có thể được giảm thiểu thơng qua các

thiết kế feld được nhân rộng tốt, lấy mẫu tốt hơn đối tượng mục tiêu của môi trường và sử
dụng các quần thể lập bản đồ có cấu trúc di truyền như RIL hoặc CSSL (Doi et al. 1997;
Kubo et al. Năm 2002). Vẫn cịn đó, nhiều tình huống trong đó việc xác định kiểu hình
tồn bộ quần thể lập bản đồ dựa trên các quan sát feld là không thực tế hoặc không thể
thực hiện được. Trong những tình huống này, đánh giá quần thể trong điều kiện được
kiểm sốt trong nhà kính hoặc mơi trường nghệ thuật khác có thể tạo ra thành cơng giả
thuyết về các locus di truyền cụ thể. Sau khi được phát triển, các giả thuyết này có thể
được kiểm tra và xác nhận trong các điều kiện hàn sau khi tạo ra các dòng gần isogenic
chẳng hạn như các dòng được tạo ra từ việc triển khai QTL (thảo luận bên dưới)
Trong những điều kiện như vậy, hồn tồn có khả năng sẽ khơng có một locus di truyền
đơn lẻ nào được xác định có đóng góp lớn vào một đặc điểm phức tạp. Trong tình huống
này, nhiều khả năng áp dụng mơ hình đa gen hoặc đa gen cộng tính (Boyle et al. 2017) và
các nhà lai tạo sẽ đạt được nhiều tiến bộ hơn bằng cách sử dụng chọn lọc kiểu hình hoặc
bộ gen để tích lũy các alen thuận lợi thông qua các chu kỳ nhân giống liên tiếp. Xem
Cobb và cộng sự. (2013) để đánh giá sâu hơn về các cân nhắc kiểu hình để cải thiện cây
trồng trong bối cảnh lai tạo.


Cân nhắc về bộ gen
Ngay cả chiến lược định hình kiểu hình phù hợp và được thiết kế tốt nhất vẫn sẽ không
hiệu quả nếu các QTL kết quả không hoạt động trong nền gen của các chương trình nhân
giống mục tiêu.
Đây dường như là điểm yếu chính của nhiều nghiên cứu lập bản đồ QTL và nhân bản
gen; Tính hiệu quả của QTL thường không được chứng minh (chỉ hiển thị kết quả lập bản
đồ), hoặc chỉ được chứng minh trong một phạm vi hẹp của nguồn gốc gen có mức độ phù
hợp hạn chế với các chương trình nhân giống hiện đại. Sử dụng khả năng chịu mặn ở lúa
làm ví dụ một lần nữa, các nghiên cứu lập bản đồ đã tập trung vào các quần thể sử dụng
các giống như IR29 (Rahman và cộng sự 2017; Tiwari và cộng sự 2016; Bimpong và
cộng sự 2014), Azucena (Zheng và cộng sự 2003; Gomez et al. 2006; Khowaja et al.
2009) và Nipponbare (Wissuwa et al. 2002; Zhou et al. 2016) với tư cách là cha mẹ người

nhận. Chúng được chọn do mức độ chịu mặn cực thấp của chúng - do đó tối đa hóa sự
biến đổi kiểu hình có trong các quần thể kết quả và do đó sức mạnh thống kê để phát hiện
các QTL. Khơng may, ba dòng này là các giống rất cũ hoặc thậm chí là các giống
japonica sẽ khơng thích hợp để sử dụng trong chương trình nhân giống indica ưu tú, đặt
ra câu hỏi liệu các QTL được xác định trong các nguồn gốc này thậm chí có hiệu quả
trong các chương trình nhân giống hiện đại hay khơng. Nhận xét rằng phần lớn các dòng
indica ưu tú đã sở hữu một trong các alen thuận lợi của Saltol (Hình 2, Platten và cộng sự
2013) là một minh họa thuận tiện về một QTL có thể hoạt động hồn hảo, nhưng chỉ có
giá trị ở những nền khơng liên quan. để chăn ni eforts.
Ngồi ra, vì các giống nhận được chọn thường nhạy cảm hơn hầu hết các dòng lai tạo (để
tối đa hóa xác suất kết hợp QTL), có mối nguy hiểm thực sự mà bất kỳ QTL nào được
xác định khơng giải thích tại sao dịng cho có giá trị cụ thể, nhưng thay vì tại sao những
người nhận này có hiệu suất kém. Sự khác biệt giữa những điểm này có thể là tinh vi,
nhưng rất quan trọng. Nếu QTL giải thích lý do tại sao người cho thực hiện tốt tính trạng
mong muốn, thì kiểu đơn bội QTL mong muốn có thể hiếm hoặc khơng có trong vật liệu
nhân giống ưu tú — nếu không, hầu hết vật liệu nhân giống cũng sẽ có giá trị tính trạng


cao. Mặt khác, nếu QTL giải thích lý do tại sao người nhận (ví dụ IR29) có hiệu suất
thấp, thì loại haplotype QTL khơng mong muốn có thể khá đặc biệt với giống đó. Vì vậy,
kiểu haplotype QTL mong muốn cũng có thể xuất hiện thường xuyên trong nhóm nhân
giống (tức là nó cũng có thể được xác định trong một quần thể từ một dịng ưu tú trung
bình được lai với người nhận nhạy cảm đó) và do đó có rất ít giá trị trong việc cải thiện
đặc điểm cho hầu hết các dịng ưu tú. Để tránh tình huống này, người nhận khơng nên
được chọn đặc biệt vì hiệu suất thấp của họ đối với đặc điểm mục tiêu. Các kết quả phù
hợp hơn sẽ được đảm bảo bằng cách chọn những người nhận ưu tú với hiệu suất trung
bình
Ngay cả với năng lực và trình độ kiến thức hiện tại của sinh học phân tử thế kỷ XXI, việc
dự đốn chính xác liệu một QTL có hiệu quả trong các nền tảng di truyền khác vẫn còn
rất khó khăn. Để giảm thiểu những rủi ro này, cần phải có một phương pháp thực nghiệm

trực tiếp hơn trước khi các QTL có thể được triển khai để nhân giống. Một cách tiếp cận
là lập bản đồ trực tiếp các QTL trong nhiều nền. Các phương pháp lai tạo truyền thống
thường sử dụng phép lai diallel, trong đó một (hoặc nhiều) dịng đực được lai với nhiều
dịng cái, chính xác là để giải quyết vấn đề ổn định kiểu hình trên một loạt các di truyền
liên quan. Áp dụng khái niệm này cho các quần thể lập bản đồ QTL, rõ ràng là chiến lược
chéo nửa diallel sử dụng các bậc cha mẹ nhận ưu tú đa dạng sẽ đi một chặng đường dài
hướng tới việc làm phong phú thêm kết quả cho QTL được xác nhận trên các nền tảng di
truyền (Tsaih và cộng sự 2005; Paulo và cộng sự 2008) . Trong trường hợp này, bố mẹ
hiến tặng được chọn sẽ được lai với nhiều người nhận ưu tú, với bố mẹ sau này được
chọn để đại diện cho một số phần của sự đa dạng di truyền của chương trình nhân giống.
Mỗi cây F1 kết quả được sử dụng để tạo ra một quần thể lập bản đồ; một trong số này có
thể là tập hợp ánh xạ chính gồm 200 dịng + và các nhóm khác có kích thước giảm xuống
mỗi dịng 100 dịng (Hình 3). Sau đó, quần thể sơ cấp cung cấp sức mạnh thống kê để
phát hiện các QTL, trong khi các quần thể thứ cấp đưa ra một số dấu hiệu như tính tổng
qt của các QTL đó trong sự đa dạng di truyền của chương trình lai tạo. Cần lưu ý rằng
mỗi tập hợp quần thể cho một nhà tài trợ nhất định sau đó tạo thành một thiết kế NAM


(Yu et al. 2007), và do đó, các kết quả có thể được tổng hợp và phân tích như vậy để cung
cấp thêm sức mạnh để giảm khoảng QTL. Chi phí tạo kiểu gen theo cấu trúc giá hiện tại
cũng là danh nghĩa. Giả sử việc định kiểu gen hiện tại có giá từ USD $ 15 đến $ 40 cho
mỗi mẫu để đạt được độ sâu hoàn hảo cho mục đích lập bản đồ, trải rộng trên một quần
thể 100 dịng tương đương với chi phí dự án khoảng USD $ 1500 - $ 4000.


Hình 3 Chiến lược cơ bản để ánh xạ các QTL thông qua giao cắt nửa diallel. a Đối với
mỗi nhà tài trợ được xác định, một số quần thể được tạo ra bằng cách sử dụng một số
giống ưu tú làm người nhận. Các quần thể này có thể khơng có cùng kích thước; một loại
có thể được sử dụng làm quần thể lập bản đồ chính (để cung cấp sức mạnh thống kê cho
việc phát hiện và khoảng thời gian bảo tồn tốt), trong khi những con khác đưa ra dấu hiệu

về độ mạnh mẽ của QTL trên các nền tảng di truyền ưu tú. Các kết quả từ mỗi nhóm quần
thể có thể được tổng hợp và phân tích như một dân số NAM để đưa ra mức độ phù hợp
hơn. b Cấu trúc quần thể nửa diếc. Tập hợp các quần thể ở (a) tạo thành một cột của ma
trận này, với ma trận được điền theo kích thước quần thể được tạo ra, giả sử RIL được sử
dụng. Một QTL được xác định giữa các nhà tài trợ ở một người nhận (ví dụ Người nhận1 NAM) cung cấp thông tin về sự đa dạng của các alen của nhà tài trợ, cho phép kiểm
soát tỷ lệ âm tính giả trong thiết kế điểm đánh dấu nhưng ít kiểm sốt tỷ lệ dương tính
giả; một QTL được xác định giữa những người nhận (ví dụ: Nhà tài trợ-1 NAM) cung
cấp thông tin về sự đa dạng của các alen / kiểu đơn bội của người nhận, cho phép kiểm
sốt tỷ lệ dương tính giả trong thiết kế điểm đánh dấu. Điều sau quan trọng hơn nhiều
trong hầu hết các trường hợp, vì vậy điều này cần được tuân thủ nếu nguồn lực đang hạn
chế
Một phương pháp thay thế khác để xây dựng và định kiểu gen một số phép lai nửa diallel
là tiến hành trực tiếp triển khai các QTL giả định vào một số nền gen ưu tú. Trong trường
hợp này, các QTL giả định được xác định trong quần thể lập bản đồ sơ cấp (F2: 3, RIL,
CSSL, v.v.) được lai tạo thành một số giống ưu tú — lại được chọn để đại diện cho thước
đo đa dạng bộ gen trong (các) chương trình nhân giống mục tiêu —để tạo ra một loạt
NIL, sau đó được phân tích để cải thiện đặc điểm quan tâm. Về mặt di truyền, điều này
vượt trội hơn vì các quần thể lập bản đồ chỉ đại diện cho 50% nền tảng bộ gen ưu tú,
trong khi NILs sẽ> 95% và do đó, phản ánh tốt hơn về hiệu suất của QTL ở các nguồn
gốc ưu tú. Nó cũng có khả năng rẻ hơn - thậm chí việc chọn bốn vùng QTL trong quá
trình lai ngược chỉ yêu cầu kích thước quần thể là 145 cây BC-F1 ở mỗi thế hệ (xem bên
dưới; cần có một quần thể BC-F1 gồm 145 cây, giả sử cần có 5 thế hệ con cháu dương


tính và 5% rủi ro thất bại là có thể chấp nhận được — con số trung bình được tìm thấy là
khoảng 9 vạch dương). Điều này dễ dàng đạt được ở gạo và các loại ngũ cốc khác.
Thương vụ chính của việc triển khai các QTL là giữa thời gian và thời gian — việc sản
xuất các họ BC4F2: 3 tốn nhiều công sức hơn là sản xuất các RIL bằng cách sử dụng tiến
bộ thế hệ nhanh (RGA; Collard et al. 2017). Mặt khác, nếu các QTL được chứng minh là
có hiệu quả, các sản phẩm triển khai kết quả có thể được đưa trực tiếp vào các chương

trình nhân giống vì các nhà tài trợ ưu tú cho các QTL mới khơng có mặt trong các dịng
nhân giống hiện tại.
Những cân nhắc về nhân giống
Cân nhắc chính thứ ba khi xác định giá trị tương đối của một locus đối với một chương
trình nhân giống là kích thước hồn hảo của nó. Rõ ràng, nếu locus tạo ra sự khác biệt tối
thiểu cho một đặc điểm, thì lợi tức đầu tư cho một nhà lai tạo để sử dụng MAS là rất
thấp. QTL nhỏ hoàn hảo như vậy được xử lý tốt hơn nhiều bằng cách sử dụng chọn lọc
kiểu hình hoặc bộ gen (Hefner et al. 2011; Sorrells 2015). Trong các bài tập ánh xạ QTL
truyền thống, phần trăm biến thể được giải thích (PVE, tương đương với r2) thường được
báo cáo và các QTL thường được coi là 'chính xác' nếu chúng hiển thị các giá trị r 2 trên
một số ngưỡng, thường là 20%. Phương pháp này phải được sử dụng một cách thận
trọng; r 2 là thước đo sự thay đổi được giải thích trong tổng thể lập bản đồ cụ thể đó. Tùy
thuộc vào bố mẹ (và do đó phạm vi kiểu hình mà quần thể có thể có), QTL có thể biểu
hiện PVE cao, nhưng có thể có ít giá trị sinh học. Điều này thường xảy ra với các quần
thể có nhiều dịng lai như thế hệ con lai cao cấp (đơi khi được gọi là dịng lai lai xa, BIL)
và CSSL, trong đó locus phân tách duy nhất là locus đích, và do đó PVE được kỳ vọng là
gần như 100%, nhưng tỷ lệ kiểu hình có thể khá thấp.
Để tránh những sai lệch này, có vẻ tốt hơn là không đánh giá tỷ lệ phần trăm biến thể
được giải thích cho quần thể, mà là sự biến đổi tuyệt đối được giải thích liên quan đến bố
mẹ nhận ưu tú. Điều này khó khăn hơn khi trích xuất từ phần mềm lập bản đồ QTL,
nhưng có thể được ước tính, ví dụ, như sản phẩm của PVE và phương sai của quần thể,


hoặc có thể được ước tính bằng cách lấy các giá trị trung bình của quần thể được chia
thành các lớp kiểu gen cho QTL mục tiêu. Đối với các quần thể có tính đồng nhất cao
(BIL, CSSL, các sản phẩm triển khai QTL), điều này dễ dàng được ước tính như là sự
khác biệt trung bình từ cha mẹ người nhận.
Đối với kích thước hồn hảo nào thúc đẩy việc triển khai QTL trong một chương trình
nhân giống, đây là một đánh giá giá trị và đưa ra quyết định kinh doanh của tổ chức phù
hợp với giá trị nhận thức của đặc điểm, chi phí liên quan đến việc triển khai QTL và tần

suất của alen thuận lợi giữa các dịng nhân giống ưu tú. Ví dụ, một QTL đã được xác
minh làm tăng 10% tiềm năng năng suất sẽ có giá trị khơng thể nghi ngờ trong hầu hết
các chương trình nhân giống. Ngược lại, việc cải thiện 10% một đặc điểm thứ yếu hoặc
thứ yếu không có khả năng đáng giá khi đầu tư một MAS efort. Vì sự đánh giá giá trị này
phụ thuộc vào giá trị của đặc điểm, giá trị của QTL và chi phí triển khai QTL, rõ ràng là
bất kể kịch bản nào, việc giảm chi phí triển khai sẽ cho phép nhiều QTL được sử dụng
hiệu quả hơn trong các chương trình nhân giống. Nếu chi phí triển khai đủ thấp, bạn nên
tiến hành triển khai trong giai đoạn xác minh như đã nêu ở trên. Các sản phẩm triển khai
sau đó sẽ được cung cấp cho các chương trình chăn nuôi ngay lập tức mà không cần đầu
tư thêm.
Làm thế nào chúng ta có thể có hàng rào trong một điểm đánh dấu?
Việc xác định khả năng phân phối của QTL đối với phương sai kiểu hình tương đối hiểu
rõ bởi các nhà lai tạo và nhà di truyền học. Nhưng mối tương quan thứ hai và thường bị
bỏ qua hơn gây rủi ro về uy tín cho MAS như một chiến lược là giữa QTL và điểm đánh
dấu được sử dụng để áp đặt lựa chọn cho nó (QTL ↔ marker). Khơng có khả năng đo
lường và giải thích chính xác mối tương quan này là một trong những ngun nhân chính
dẫn đến kết quả MAS khơng rõ ràng trong các chương trình nhân giống hiện đại. Hiệu
suất của các hệ thống đánh dấu được sử dụng để lựa chọn các QTL mục tiêu rõ ràng là rất
quan trọng đối với sự thành công, nhưng kỳ lạ là vẫn thiếu tài liệu về chủ đề này. Hiệu
suất kỹ thuật của một điểm đánh dấu đôi khi được đánh giá - đặc biệt là tỷ lệ mẫu cho kết


quả (tức là tỷ lệ cuộc gọi), mặc dù tính nhất quán của những kết quả này giữa các lần lặp
lại sinh học thường ít được đánh giá hơn. Mặc dù quan trọng nhưng đây thường là những
trường hợp nhỏ, về cơ bản đánh giá liệu tính đa hình có hoạt động như một điểm đánh
dấu ở vị trí đầu tiên hay khơng.
Trong bối cảnh nhân giống có sự hỗ trợ của marker, việc cân nhắc quan trọng hơn nhiều
là liệu tính đa hình có chọn lọc chính xác QTL mục tiêu qua các quần thể và thế hệ hay
không. Không giống như những năm 1990 và đầu những năm 2000 khi nhiều QTL chính
được biết đến hiện nay đang được nhận dạng, những năm 2010 có một số hệ thống đánh

dấu giá rẻ, thông lượng cao và rất dễ nhận biết. Trong bối cảnh hiện đại này, rõ ràng tình
huống tốt nhất sẽ là xác định và khảo sát bản thân tính đa hình chức năng và sản xuất dấu
hiệu đánh dấu đó để sử dụng thường xuyên trong chăn ni. Tuy nhiên, thời gian và chi
phí cần thiết để xác định đa hình chức năng khơng phải lúc nào cũng có thể biện minh
được chỉ bằng các mục tiêu nhân giống, và kiến thức về bản thân gen khơng thực sự cần
thiết để cho phép sử dụng nó trong một chương trình nhân giống. Hậu quả là, hầu hết các
ứng dụng MAS trong một chương trình lai tạo xác định một điểm đánh dấu được liên kết
với QTL (thường là từ chính bài tập lập bản đồ) và đề xuất nó làm proxy để chọn cho
chính QTL (ví dụ: Abasht và cộng sự 2009; Kim và cộng sự 2014) . Nhưng trong đó có
rủi ro danh tiếng chính đối với lựa chọn có sự hỗ trợ của điểm đánh dấu. Nhiều dấu hiệu
được liên kết vật lý với QTL và tương tự như vậy dự đốn hồn hảo sự hiện diện hay
vắng mặt của QTL trong bối cảnh hai cha con không ở trạng thái cân bằng liên kết tốt
(LD) với QTL một khi được áp dụng cho bối cảnh di truyền rộng hơn. Các chương trình
nhân giống hiện đại tập trung vào các con lai ưu tú đặc biệt nhạy cảm với điều này bởi vì
LD là một tham số ở cấp độ quần thể và hai alen được liên kết nằm trong LD hoàn hảo
trong một nhóm gen có thể cho thấy ít mối liên hệ với nhau. Vì vậy, các dấu hiệu được
thiết kế dựa trên sự thành cơng trong một chương trình nhân giống hoặc trong một lần
thực hiện trước khi nhân giống và sau đó áp dụng cho những người khác khơng có khả
năng hoạt động tốt, và do đó, sự liên kết phải được xác định theo kinh nghiệm cho mỗi
quần thể nhân giống hoặc số lượng dấu hiệu được khảo nghiệm phải là rất lớn (Habier và


cộng sự 2009). Ngồi ra, vấn đề này cịn được hiểu thêm, sự đa dạng di truyền trong các
chương trình nhân giống, trong nhiều trường hợp, ít được biết đến, do đó ngăn cản việc
đánh giá chính xác khả năng của một marker mới để dự đoán các cá thể QTL [+] và QTL
[-], và việc phân loại theo kiểu hình của tế bào mầm là khả năng chống chịu hoặc nhạy
cảm thường thích ứng với bệnh chảy máu cam (nhiều gen có cùng một tính trạng, ví dụ
như khả năng kháng bệnh) và sự biến đổi của môi trường. hoặc sự liên kết phải được xác
định theo kinh nghiệm cho mỗi quần thể lai tạo, hoặc số lượng dấu hiệu được xét nghiệm
phải rất lớn (Habier và cộng sự 2009). Ngồi ra, vấn đề này cịn được hiểu thêm, sự đa

dạng di truyền trong các chương trình nhân giống, trong nhiều trường hợp, ít được biết
đến, do đó ngăn cản việc đánh giá chính xác khả năng của một marker mới để dự đoán
các cá thể QTL [+] và QTL [-], và việc phân loại theo kiểu hình của tế bào mầm là khả
năng chống chịu hoặc nhạy cảm thường thích ứng với bệnh chảy máu cam (nhiều gen có
cùng một tính trạng, ví dụ như khả năng kháng bệnh) và sự biến đổi của môi trường. hoặc
sự liên kết phải được xác định theo kinh nghiệm cho mỗi quần thể lai tạo, hoặc số lượng
dấu hiệu được xét nghiệm phải rất lớn (Habier và cộng sự 2009). Ngoài ra, vấn đề này
còn được hiểu thêm, sự đa dạng di truyền trong các chương trình nhân giống, trong nhiều
trường hợp, ít được biết đến, do đó ngăn cản việc đánh giá chính xác khả năng của một
marker mới để dự đoán các cá thể QTL [+] và QTL [-], và việc phân loại theo kiểu hình
của tế bào mầm là khả năng chống chịu hoặc nhạy cảm thường thích ứng với bệnh chảy
máu cam (nhiều gen có cùng một tính trạng, ví dụ như khả năng kháng bệnh) và sự biến
đổi của mơi trường.
Những sai sót này có thể được giảm thiểu nếu các điểm đánh dấu có thể được thiết kế để
cung cấp sự lựa chọn chính xác cho một QTL mục tiêu trên tất cả các đa dạng di truyền
gặp phải trong không chỉ một mà trong tất cả các chương trình nhân giống. Nếu có sẵn
những điểm đánh dấu như vậy, chúng có thể được sử dụng để xác định nguyên liệu đáng
tin cậy qua các thế hệ và các chương trình nhân giống. Để đạt được điều này, cần phải có
các phép đo về độ chính xác của một điểm đánh dấu trên đa dạng allelic / haplotypic
được quan tâm. Chìa khóa cho điều này là một đánh giá rõ ràng về tỷ lệ dương tính giả và


âm tính giả đối với bất kỳ điểm đánh dấu mới nào dự định triển khai cho một QTL được
ánh xạ bên ngồi chương trình nhân giống. Trong một số trường hợp khi haplotype QTL
thuận lợi là cực kỳ hiếm hoặc đến từ họ hàng hoang dã, bất kỳ điểm đánh dấu nào được
liên kết với QTL cũng có khả năng rất hiếm khi tất cả các dòng lai tạo sẽ có một alen và
các dịng cho mới sẽ có alen thay thế. Nhưng trong nhiều trường hợp, QTL được xác định
bằng bài tập lập bản đồ đến từ các tế bào mầm liên quan đến chương trình nhân giống, và
do đó các đa hình trong khoảng QTL cũng có thể xuất hiện trong chương trình nhân
giống, ngay cả khi bản thân QTL thì khơng. Do đó, việc đo lường tỷ lệ dương tính giả và

âm tính giả của bất kỳ điểm đánh dấu nào được triển khai làm mục tiêu lựa chọn là điều
cần thiết.
Lập bản đồ dựa trên các sơ đồ giao nhau nửa diallel được đề xuất ở trên cung cấp một
đường cơ sở tuyệt vời để thiết kế các điểm đánh dấu chính xác, đặc biệt là để đánh giá tỷ
lệ dương tính giả. Nếu cấu trúc ánh xạ này được tuân theo, bằng cách xác định một số
người cho và một số người nhận sẽ được biết, do đó tạo ra một số lớp kiểu gen QTL - [+]
và [-] đã được xác thực / haplotypic. Do đó, bất kỳ điểm đánh dấu nào phân loại một số
dịng giống QTL [-] là dương tính sẽ cho kết quả dương tính giả, trong khi dấu hiệu phân
loại một số dịng QTL [+] là âm tính sẽ cho kết quả âm tính giả (xem Hình 4)


Hình 4 Ví dụ về độ chính xác của điểm đánh dấu. Các đa hình thay thế đơn nucleotide
trong một gen mục tiêu cụ thể được hiển thị (các đường thẳng đứng có màu) trên một loạt
các đa dạng của người cho và người nhận (theo dõi ngang) dựa trên dữ liệu giải mã lại
toàn bộ bộ gen. (Các thanh màu xám đại diện cho các lần đọc cá nhân.) Các đa hình khác
nhau cho thấy các mức độ liên kết khác nhau với kiểu hình mục tiêu và do đó độ chính
xác khác nhau trong việc phân loại đa dạng alen cho và nhận đã biết. Rõ ràng là đa hình
chính xác nhất nếu được sử dụng làm điểm đánh dấu là hình cuối cùng ở bên phải
FPR đặc biệt quan trọng trong bối cảnh lai tạo, vì một điểm đánh dấu có FPR> 0% sẽ
phân loại một số chương trình nhân giống là dương tính với QTL, trong đó thực tế là
khơng có, dẫn đến lãng phí nguồn lực cho việc phát triển các dịng nhân giống khơng có
giá trị dự định, khơng triển khai được QTL giữa các dịng nhân giống với niềm tin rằng
nó đã có sẵn, hoặc tệ hơn, việc sử dụng dòng nhân giống QTL [-] làm vật hiến tặng với lý
do giả là nó có QTL [+] alen, trong khi thực tế nó chỉ có alen đánh dấu được chỉ định là
thuận lợi. FNR có nhiều khả năng có vấn đề nếu xem xét độ chính xác của một điểm
đánh dấu trong các chương trình lai tạo khác nhau. Trong tình huống đó, sự đa dạng về
alen được tìm thấy trong các chương trình khác làm tăng cơ hội có mặt của các alen của
nhà tài trợ bổ sung,
Tổng quan về hậu quả của việc sử dụng các hệ thống đánh dấu không chính xác được đưa
ra trong Hình 5. Sử dụng những tiến bộ trong bộ gen, hiện nay việc lấy trình tự toàn bộ

bộ gen cho nhiều loài tương đối rẻ, cung cấp nguồn đánh dấu ứng viên phong phú. Khi
được kết hợp với phương pháp lập bản đồ được thiết kế để mô tả một số mức độ đa dạng
alen của người cho và người nhận, các dấu hiệu ứng cử viên này có thể được đánh giá về
FPR và FNR của chúng để thiết kế các hệ thống đánh dấu chính xác trên một loạt các đa
dạng alen và do đó đáng tin cậy trong nhiều chương trình nhân giống. Trong trường hợp
khơng có đặc tính rộng rãi như vậy, các chương trình lai tạo có trách nhiệm xác nhận tính
thơng tin của các dấu hiệu đang được sử dụng để chọn lọc QTL có giá trị trước khi đầu tư
các nguồn MAS đắt tiền vào việc tăng tần suất của chúng.


Hình 5 Hệ quả của việc lựa chọn sử dụng hệ thống đánh dấu chính xác và khơng chính
xác. Ba dấu hiệu khác nhau, tất cả đều liên kết chặt chẽ với một gen mục tiêu không xác
định, được sử dụng để chọn lọc sự hiện diện của gen đó trong một số quần thể. Hai người
cho thay thế (với các alen của người cho khác nhau) được lai với mỗi người nhận khác
nhau trong số những người nhận khác nhau (tất cả đều có các alen khác nhau). Điểm
đánh dấu số 1 có FNR là 50%; # 2 có FPR là 50% và # 3 có FPR và FNR là 0%. Điểm
đánh dấu # 1 phân loại chính xác tất cả người nhận là QTL [-]. Nó đa hình với nhà tài trợ
# 1, vì vậy MAS thành cơng; tuy nhiên, nó khơng thành cơng trong tất cả các quần thể từ
nhà tài trợ # 2. Điểm đánh dấu # 2 phân loại cả người tặng là QTL [+], nhưng cũng phân
loại người nhận # 2, 4 và 5 là [+], vì vậy MAS khơng thành cơng trong các quần thể liên
quan đến những người nhận đó.
Tích hợp MAS vào hệ thống chăn nuôi hiện đại
Một khi nhà lai tạo được chứng minh về cả khả năng của QTL để cung cấp phương sai
kiểu hình hồn hảo trong chương trình lai tạo và khả năng của hệ thống đánh dấu để theo


dõi chính xác QTL trong các quần thể sinh sản, thì việc thực hiện MAS thực sự cần phải
diễn ra. Nhân giống hiện đại đã dần dần rời xa những ý tưởng bất chợt về nghệ thuật của
những quyết định thiếu dữ liệu sang một quy trình dựa trên dữ liệu, dựa trên bằng chứng
và thơng tin kiểu gen có thể đóng một vai trị trung tâm trong việc thúc đẩy q trình này.

Các vấn đề chính trong việc áp dụng MAS xoay quanh (các) giai đoạn nào trong chu kỳ
chăn nuôi, nên áp dụng MAS ở giai đoạn nào, quy mô quần thể nào để đảm bảo các chiến
lược chăn ni khác có thể được thực hiện một cách hiệu quả và cách MAS kết hợp với
các phương pháp chọn lọc kiểu hình và bộ gen. Đối với mục đích của cuộc thảo luận này,
người ta sẽ giả định rằng chương trình nhân giống đang sử dụng quy trình tạo dòng nhanh
dựa trên nguồn gốc hạt giống như tiến trình tạo thế hệ nhanh (Collard et al. 2017) cho đến
thế hệ F5 và thử nghiệm feld được thực hiện trên các dòng fxed. Tuy nhiên, các chiến
lược tương tự có thể được áp dụng nếu sử dụng phương pháp tiếp cận theo dòng dõi. Với
cách tiếp cận này, việc lựa chọn có sự hỗ trợ của điểm đánh dấu có thể được áp dụng ở
nhiều điểm bên trong, phía trên và song song với các hoạt động nhân giống phía trước
(Hình 6).


Hình 6 Các ứng dụng của chọn lọc có sự hỗ trợ của marker trong quá trình nhân giống.
Các QTL kiểm soát các đặc điểm quan tâm được xác định trong q trình lai tạo trước
dịng ngược dịng (phát triển tính trạng) và được triển khai thơng qua triển khai QTL. Các
nhà tài trợ ưu tú từ việc triển khai QTL được sử dụng trực tiếp làm bố mẹ trong quá trình
nhân giống thuận hoặc được sử dụng để tăng nhanh tần số gen mới thơng qua tăng dịng.
Các quy trình phát triển đa dạng sử dụng các bản sao QTL có hỗ trợ đánh dấu của vật liệu
ưu tú để cung cấp thông tin về thiết kế lai giống và nhân giống thuận được hỗ trợ đánh
dấu để đưa ra giá trị của các gen mới một cách hữu ích cho các dòng mới được phát triển.
Được tích hợp với nhau, các q trình này có thể nhanh chóng và hiệu quả nắm bắt giá trị
của các locus trong chương trình nhân giống
MAS trong nhân giống chuyển tiếp
Nếu các điểm đánh dấu có độ chính xác cao được thiết kế, chúng có thể được sử dụng để
lấy ra một dấu vết hoặc 'hồ sơ QTL', xác định rõ các gen và QTL có giá trị có trong các
dịng bố mẹ tương lai. Điều này có thể được sử dụng theo hai cách: chọn một cặp bố mẹ
đóng góp một gen đặc biệt có giá trị hoặc để tăng giá trị cho các con lai hiện có. Trong
một chương trình nhân giống hiện đại hóa hồn tồn, bố mẹ được chọn chủ yếu vì giá trị
nhân giống của chúng đối với các tính trạng số lượng, nhưng trong nhiều trường hợp, hai

bố mẹ có giá trị sinh sản tiềm năng cao trong phép lai đều thiếu QTL chính cần quan tâm.
Điều này là phổ biến, đặc biệt là khi QTL đến từ các nguồn đa dạng hoặc hoang dã và do
đó khơng có hoặc hiếm trong chương trình nhân giống. Việc lập hồ sơ QTL của tất cả các
cặp bố mẹ tiềm năng cho phép đưa ra quyết định lựa chọn sáng suốt hơn giữa hai dịng có
giá trị nhân giống tương tự nhưng làm ảnh hưởng đến QTL quan tâm. Tương tự, biết
được hồ sơ QTL đầy đủ của hai bậc cha mẹ cho phép lập kế hoạch dân số chéo và cụ thể
cẩn thận hơn (xem bên dưới). Ví dụ: phép lai giữa hai bậc cha mẹ ưu tú không được chọn
để mang lại một QTL cụ thể, nhưng dù sao thì mỗi bậc cha mẹ có thể đóng góp một hoặc
nhiều QTL mà cha mẹ cịn lại thiếu. Kiến thức về các QTL phân ly trong một quần thể có
kế hoạch cho phép nhà lai tạo tăng thêm giá trị cho thế hệ con cháu được chọn ra khỏi
quần thể. Nếu thành công, điều này cho phép làm phong phú thêm các hoạt động chọn


lọc bộ gen tốn kém hơn và các thử nghiệm năng suất với vật liệu được biết là dương tính
với QTL, do đó làm tăng giá trị của các thử nghiệm năng suất. biết hồ sơ QTL đầy đủ của
hai bậc cha mẹ cho phép lập kế hoạch dân số chéo và cụ thể cẩn thận hơn (xem bên
dưới). Ví dụ: phép lai giữa hai bậc cha mẹ ưu tú không được chọn để mang lại một QTL
cụ thể, nhưng dù sao thì mỗi bậc cha mẹ có thể đóng góp một hoặc nhiều QTL mà cha mẹ
cịn lại thiếu. Kiến thức về các QTL phân ly trong một quần thể có kế hoạch cho phép nhà
lai tạo tăng thêm giá trị cho thế hệ con cháu được chọn ra khỏi quần thể. Nếu thành công,
điều này cho phép làm phong phú thêm các hoạt động chọn lọc bộ gen tốn kém hơn và
các thử nghiệm năng suất với vật liệu được biết là dương tính với QTL, do đó làm tăng
giá trị của các thử nghiệm năng suất. biết hồ sơ QTL đầy đủ của hai bậc cha mẹ cho phép
lập kế hoạch dân số chéo và cụ thể cẩn thận hơn (xem bên dưới). Ví dụ: phép lai giữa hai
bậc cha mẹ ưu tú không được chọn để mang lại một QTL cụ thể, nhưng dù sao thì mỗi
bậc cha mẹ có thể đóng góp một hoặc nhiều QTL mà cha mẹ còn lại thiếu. Kiến thức về
các QTL phân ly trong một quần thể có kế hoạch cho phép nhà lai tạo tăng thêm giá trị
cho thế hệ con cháu được chọn ra khỏi quần thể. Nếu thành công, điều này cho phép làm
phong phú thêm các hoạt động chọn lọc bộ gen tốn kém hơn và các thử nghiệm năng suất
với vật liệu được biết là dương tính với QTL, do đó làm tăng giá trị của các thử nghiệm

năng suất. nhưng dù sao thì mỗi phụ huynh có thể đóng góp một hoặc nhiều QTL mà phụ
huynh còn lại thiếu. Kiến thức về các QTL phân ly trong một quần thể có kế hoạch cho
phép nhà lai tạo tăng thêm giá trị cho thế hệ con cháu được chọn ra khỏi quần thể. Nếu
thành công, điều này cho phép làm phong phú thêm các hoạt động chọn lọc bộ gen tốn
kém hơn và các thử nghiệm năng suất với vật liệu được biết là dương tính với QTL, do
đó làm tăng giá trị của các thử nghiệm năng suất. nhưng dù sao thì mỗi phụ huynh có thể
đóng góp một hoặc nhiều QTL mà phụ huynh còn lại thiếu. Kiến thức về các QTL phân
ly trong một quần thể có kế hoạch cho phép nhà lai tạo tăng thêm giá trị cho thế hệ con
cháu được chọn ra khỏi quần thể. Nếu thành công, điều này cho phép làm phong phú
thêm các hoạt động chọn lọc bộ gen tốn kém hơn và các thử nghiệm năng suất với vật
liệu được biết là QTL dương tính, do đó làm tăng giá trị của các thử nghiệm năng suất.