English

植物育种仿真模拟通用工具(In Silico Breeding)

——通过育种模拟、实现育种预测

育种工具介绍

仿真模拟既是科学研究的重要手段，也是科学化预测和决策的一种重要方法。植物育种是一个复杂和长期的过程，育种方法有很多，从理论上或通过田间试验比较不同方法的育种成效十分困难。计算机模拟能够有效地利用育种大数据以及大量的遗传信息，精准预测不同杂交组合、选择方法和育种过程的遗传差异，在开展田间试验之前对育种程序中的各种因素进行模拟筛选和优化，提出最佳的亲本组配方案和后代选择方法，大幅度提高育种过程中的可预见性和育种效率。基于长期的研究工作，我们明确提出“通过育种模拟、实现育种预测”的新理念。同时相信，育种模拟应用程序是未来基于大数据和智能化育种时代的必备工具。 计算机模拟工具研发是开展育种仿真模拟和育种预测的前提。我们首先研制了适用于所有二倍体物种（或减数分裂行为与二倍体相似的多倍体物种）的计算机仿真模拟基础平台，称之为Blib（Commun. Biol., 2022）[pdf下载 ]。该平台能够处理目前已知的绝大多数遗传模型，能够定义各种类型的遗传育种群体。Blib平台首先将遗传模型和育种群体包装在两个通用的数据类型中。在此基础上，我们编写了模拟减数分裂产生配子、计算群体中个体的性状基因型值和表型值、计算群体的各种遗传参数等通用子程序。通过调用基础平台Blib中的通用数据类型和子程序，可以比较容易地开发出适宜于特定物种、特定育种方法、特定遗传现象的多种应用程序和模块。 植物繁殖方式、品种类型、育种目标和育种方法尽管多种多样，但其育种过程具有高度的相似性。基于通用基础平台Blib，我们研制出植物育种仿真模拟通用工具ISB（Crop J., 2025）[pdf下载 ]。ISB这一名称来自英文“in silico breeding”的首字母缩写。通用工具ISB可以同时开展纯系品种、杂种品种和无性系品种等三种品种类型育种流程或育种方法的模拟、优化和预测研究，具有普适性。

ISB育种模拟工具使用收费标准

我们了解到有很多科研工作者积累有大量的育种群体和遗传数据，有意向利用所掌握的材料和数据开展模拟预测和育种利用方面的研究。这些研究工作离不开适当的计算机模拟工具。为了保证顺利开展咨询服务、软件升级和新工具研发等方面的工作，我们以有偿服务方式将ISB工具提供给大家使用。

单人单机版权一次性收费人民币3万元，集体使用协商确定。

银行转账信息

收款单位： 农芯科技（北京）有限责任公司
开户银行： 中国农业银行股份有限公司北京曙光支行
账        号： 11053201040005746
行        号： 103100005321
附        言： 请填写发票抬头
发票开具：电子发票将发送到用户预留的邮箱。

工具下载

ISB can simultaneously carry out simulation, optimization and prediction research on breeding process or breeding methods of three varieties, including pure line varieties, hybrid varieties and clone varieties
语言版本: 英文        授权方式: 永久授权        运行环境: Win10，Win11        下载

ISB育种模拟工具的用户权益

用户可以获取编译后的ISB工具可执行代码、用户交互界面、用户手册和配套实例等，利用各自掌握的育种材料和遗传数据设计并开展模拟试验，回答遗传育种中的一些理论和应用问题；长期获取ISB的后续升级版本；被邀请加入“ISB模拟工具用户微信群”，及时获取开发团队提供的咨询和培训服务。

育种模拟预测的“私人定制”服务

ISB工具现有功能不可能满足所有的用户需求。我们愿意以合作研究的方式开展“私人定制”服务，开发满足特殊用户要求的育种模拟应用程序。用户可以将开发的育种模拟应用程序嵌入到已有的系统或平台（如育种流程管理系统）中，以实现实时仿真模拟和实时育种决策。 开展育种模拟试验并不容易，需要具备遗传学（包括群体和数量遗传学）、育种学、统计学、田间试验设计和计算机等多学科的基础知识。如用户提供数据、提出预期目标，我们可以协助用户建立模拟试验的输入文件，运行模拟试验，最后将输入文件反馈给用户做进一步改进和利用，将输出结果反馈给用户做进一步整理和分析。 如用户指定一些遗传模型，我们可以利用ISB模拟产生用户需要的各类遗传群体的基因型和表型数据，如双亲群体、多亲群体、随机交配群体、结构群体和有选择群体等；用户然后利用这些群体科学而又全面地评价特定的遗传分析模型和分析方法，也可评价一个新提出的分析方法的遗传学和统计学特性，也可评估基因型到表型（G2P）预测模型的精确度。 如有上述或其他未提及特殊需求的研究人员或研究团队，欢迎与我们接洽。

计算机模拟在育种应用中的一些案例

通过对育种流程的计算机模拟，ISB可以在大量遗传模型下比较不同选择方法的育种成效，从而优化育种方法和育种流程；ISB能够利用遗传信息，精确预测特定亲本、特定杂交组合的育种潜力，从而筛选优异亲本和优异杂交组合。下面给出的一些育种应用案例，均可利用模拟工具ISB或其他Blib模拟工具完成。

计算机模拟在遗传研究中的一些案例

作为动植物育种的重要理论基础，群体遗传学和数量遗传学理论多建立在一些假设或假说基础之上，存在一定的局限性。ISB可以构建更为真实、更符合实际、同时也更为复杂的遗传模型，以全面比较不同选择方法的育种成效，研究复杂遗传模型或效应对选择的影响以及在物种进化过程中的意义，完善群体遗传学和数量遗传学理论。此外，ISB还可根据设定的遗传模型模拟产生各种各样的遗传群体，用于定量评价不同遗传分析方法的统计学性质。下面给出的一些遗传研究案例，均可利用模拟工具ISB或其他Blib模拟工具完成。
联系我们
李慧慧 研究员（lihuihui@caas.cn）
张鲁燕 副研究员（zhangluyan@caas.cn）
高尚 助理研究员（gaoshang@caas.cn）
王建康 研究员（wangjiankang@caas.cn）
潘守慧 副研究员（pansh@nercita.org.cn）
中国农业科学院作物科学研究所 智能设计算法模型研究组（原数量遗传课题组）
中国农业科学院作物科学研究所 生物信息学及应用创新团队
中国农业科学院作物科学研究所 大数据智能设计育种创新团队
中国农业科学院作物科学研究所
北京市农林科学院信息技术研究中心