When are gains possible from clonal replication and expansion of breeding populations?

Senaste årens översyn av de svenska förädlingsprogrammen har fokuserat på nya tekniker och metoder för att optimera förädllingsstrategierna. En utmaning är att maximera den genetisk vinsten samtidigt som den genetiska variationen bibehålls för att garantera en långsiktig och uthållig förädlingsvinst. Resultat från en tidgare studie som inkluderade olika förädlingsstrategier för urval framåt, visade att klontestning och en ”expansion” av förädlingspopulationen, genom att testa ytterligare familjer i fältförsöken, skulle ha potential att öka den genetiska vinsten ytterligare. Studien använde simuleringsprogrammet POPSIM och jämförde fyra förädlingsstrategier för urval framåt i fältförsök med helsyskonavkommor till de träd som valts och korsats i förädlingspopulationen. Kloning förbättrar precisionen i testningen när antalet frön från kontrollerade korsningar är begränsande, medan ”expansionen” av förädlingspopulationen kan minska familjestorleken i testningen. Även om dessa båda tekniker är attraktiva så fungerar de inte bra under alla förhållanden eller när de kombineras tillsammans.

I det aktuella projektet ville vi genomföra mer grundliga analyser och komplettera den tidigare studien med ytterligare scenarier och även utnyttja möjlighetet att optimera korsningsbidraget (föräldrarna genetiska bidrag till nästa generation). Olika scenarion analyserade för följande faktorer: heritabilitet, expansion av förädlingspopulationen, resursnivå mätt som antal avkommor i fältförsök, fördelning av kloner och rameter inom resursnivån samt effektiv populationsstorlek.

Förutom de villkor som testats i det tidigare arbetet utvidgades simuleringarna till att omfatta strategianalyser som pekats ut av trädförädlarna på Skogforsk som de högst prioriterade för fortsatta studier. Genom programförbättringar av selektionsverktyget OPSEL i POPSIM kunde selektionsurvalet optimeras för en bestämd släktskapsökning även för produktionspopulationen.

Resultaten verifierar att klontestning eller expansion är två sätt att öka urvalssäkerheten som ger ungefär samma förbättring av vinsten. Klontestning ger genomgående något högre vinst men skillnaden är liten om man tar hänsyn till den längre tid kloningen medför.

The optimal solution 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.

Recent work indicates that clonally-replicated field tests and those having additional families from ”expansion” of the breeding population have potential for greater gains over the current breeding strategy with balanced selection. Cloning can make the best of limited seeds from controlled crosses, while expansion of the breeding population can decrease the family size required for testing. While both are attractive, these techniques do not necessarily work well under all conditions or when combined. Analysis by simulation under a common diversity constraint will define those conditions where these techniques are worthwhile and effective.

In this study, evaluated when gains are possible from clonal replication, and expansion of breeding populations. We optimized selection of the genotypes contributing to the next cycle under the scenarios of “forward selection” (only progeny of founders).

The results confirm that clonally replicated testing and expansion are two different ways to increase selection accuracy with similar improvement of genetic gain. Clonal replication in general gives slightly higher gain, but the difference is small if the longer time required for propagation of cloned material is accounted for. Considering the additional work load, there is little incentive to combine expansion and clone testing. In general, there was a small effect of increasing test resources at the levels studied.