原标题：Mol Plant 中国农业科学院作物科学研究所领衔倡导GS4.0作物杂交育种新方法

  粮食安全是全世界农业科学家面临的挑战和共同使命。在过去80年中，全球粮食产量增长很大程度上归功于优良品种，特别是杂交品种的培育及其栽培农艺措施的提升。随着全球人口持续不断的增加，我们亟需整合现代育种技术进一步加速遗传改良进展。全基因组选择（GS）和双单倍体（DH）育种是当前植物育种中最重要的两项革命性技术，但在实际育种工作中如何将这两项技术有机整合仍面临着不少挑战。

  优良自交系选育和杂交组配是杂交种培育的两大关键核心技术。传统自交系的选育往往一定要通过6-8个世代的不断自交形成纯系，在不断自交过程中通过对测交组合的多环境评价做出合理的选择。现代育种技术的发展使得自交系的纯化方式正在发生改变，尤其是近十年DH技术在玉米育种中的加快速度进行发展，在两个世代就可以获得成千上万的DH系，该技术正逐渐取代传统自交纯化方式。随着该技术系统在其他作物中的拓展，以及基于光温等环境控制的“快速育种（speed breeding）”技术的普及，以DH为代表的快速纯化技术在作物杂交育种中具有广泛的应用前景，同时也带来了新的挑战。由于传统的多环境评价方式成本高，难以实现对DH系的快速评价。因此如何高通量地进行DH系的快速评价成为目前杂交育种的技术瓶颈。

  GS技术采用覆盖全基因组的分子标记，非常适合于数量性状的表型预测。该观点文章基于不同规模或不同阶段育种项目中GS与DH的多种整合方案，提出了从GS1.0到GS4.0的育种策略，并以玉米为例进行了阐明。总体来说，GS 1.0针对全同胞群体进行预测；GS 2.0综合多个半同胞群体形成训练群体进行预测；GS 3.0则利用育种项目中的历史数据进行预测，并包含了广泛的环境多样性以提高预测精准度，能实现对所有新生产DH系的预测；GS 4.0是通过对DH系间杂交种表现开展早代预测，将传统育种中的自交系和杂交种评价两步育种流程整合成一步，显著加快育种进展。

  该论文所提出的GS 4.0观点不单单是育种技术的更新迭代，更是育种模式的变革。与传统育种的“边纯系边选择，先评价后选择”的育种模式不同，现代育种已经朝着“先纯系后选择，先预测后验证”的工程化育种方向发展，充足表现出“预测育种”或“智能设计育种”的本质特征。随着网络、人工智能、机器学习等现代信息技术的加快速度进行发展，全球已确定进入大数据时代。近几年多组学技术的发展为作物育种提供了可供挖掘利用的海量育种数据，而如何利用这一些数据成为目前育种的难点和痛点。GS 4.0的育种模式充足表现了数据的价值，并就如何利用这些大数据进行育种决策提供了切实可行的解决方案。

  当前，我国育种整体水平与发达国家相比还有很大差距，不同育种团队之间也参差不齐。该论文为我国种业科学技术创新快速提升提供了新的思路。发达国家已经基本走完了GS 1.0和GS 2.0阶段，正在探索GS 3.0和GS 4.0的育种模式，建立相应的育种方法和流程。而当前我国作物育种可以直接瞄准GS 3.0和GS4.0进行研究攻关，通过整合国内研究资源，统一数据标准，形成可共享的公共数据库，从而打造我国“智能设计育种技术体系“，为打好种业翻身仗提供有力支撑。据悉，2021年6月，中国农科院作科所和阿里巴巴公益基金签订了智慧育种合作项目，朝着这一目标正在开展相关研究。

  中国农业科学院作物科学研究所付俊杰研究员为本文第一作者，黎亮研究员为通讯作者，中国农业科学院作物科学研究所徐云碧研究员，李新海研究员，李慧慧研究员，王国英研究员，黄长玲研究员和郝杨凡博士，中国农业大学陈绍江教授，德国莱布尼茨植物遗传与作物研究所Jochen C. Reif教授参与了文章的撰写和修改。

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