Assembling optimum breeding populations for the Swedish Scots pine breeding programme

De senaste förbättringarna i avelsvärderingsarbetet vid Skogforsk gör det nu möjligt att generera jämförbara avelsvärden för alla besläktade träd i en stamtavla för en given region. Även om skogsträdsförädlare nu enkelt kan producera listor över kandidatträd och deras avelsvärden kan de inte bara ta de bästa träden för att generera nästa testgeneration utan måste även ta hänsyn till graden av släktskap mellan utvalda träd. Den optimala lösningen är inte att helt undvika släktskap utan snarare att hitta den uppsättning träd som maximerar den genetiska vinsten givet en begränsning vad gäller högst tillåtet genomsnittligt släktskap. Ett förbättrat hjälpmedel vid arbetet med optimeringen av balansen mellan vinst och diversitet vid ett urval har nyligen blivit tillgängligt genom implementering av nya optimeringsalgoritmer i urvalsverktyget OPSEL.

I den här studien undersökte vi hur OPSEL på bästa sätt kunde utnyttjas vid framställning av nästa testgeneration inom ett antal förädlingspopulationer av tall i norra Sverige. Vi sammanställde data på tillgängliga kandidatträd från de tre förädlingspopulationerna, Tpop T4, T7 och T11, samt utvärderade lämplig storlek på operativ korsningsinsats och vilken diversitetsbegränsning som skulle tillämpas för att uppnå uppsatta mål vad gäller genetisk bevarande. Vi optimerade sedan valet av föräldragenotyper till nästa testgeneration under olika urvalsscenarier, inklusive så kallat ”bakåtval” (enbart ursprungliga plusträd), ”framåtval” (endast avkomma från plusträd) och urval där både plusträd och deras avkommor fick ingå – där det sistnämnda scenariot konsekvent producerade det bästa resultatet. Vi utformade dessutom ett verktyg som underlättar planeringen av efterföljande korsningsarbete, med huvudsaklig uppgift att minimera släktskapet mellan utvalda föräldrar i varje enskild parkorsning.

Recent improvements in our breeding value estimation at Skogforsk makes it possible to generate comparable breeding values for all relatives in the entire pedigree for a given region. While breeders can now easily produce lists of candidate trees and their breeding values, they cannot simply take the best trees to generate the next cycle of test progeny, but must also take into account the degree of relatedness among selections. The optimal solution is not to completely avoid kinship, but rather to find the set of selections that maximizes gain under a relatedness constraint. This optimum balance of gain and diversity during selection has only recently been solved in a definitive way by the application of optimization algorithms in a selection tool called OPSEL.

In this study, we look at how best to utilize this new capability while forming the next-cycle breeding populations for Scots pine in northern Sweden. We compiled data on candidates from three sub-populations, Tpop T4, T7 and T11. We evaluated the size of the operational crossing effort that should be planned for each breeding region and the appropriate constraint on diversity that should be applied to achieve program goals for genetic conservation. We then optimized selection of the genotypes contributing to the next cycle under different scenarios, including so-called “backward selection” (only founders), “forward selection” (only progeny of founders) and selection from across all previous cycles – the latter consistently produced the best result. We also designed a tool to plan the crossing of these genotypes in a positive assortative fashion, respecting the optimum contributions identified for each, and avoiding excessive relatedness between parents in each cross.