第十八章分子標記輔助選擇育種第十八章分子標記輔助選擇育種選擇：是指在一個群體中選擇符合育種目標要

求的基因型選擇：是指在一個群體中選擇符合育種目標要我們還記得作物育種的任務嗎？

按照人們的預定目標，采取相應的育種程序和方法，誘發、創造和重組遺傳變異，選育出適應當地自然氣候條件，符合社會、生產需要，在遺傳組成上相對穩定一致的優良基因型，并繁育出足夠數量個體（種子苗木）供生產上應用。我們還記得作物育種的任務嗎？按照人完成作物育種的任務主要取決于以下三個方面1.親本，親本中必須包括育種目標所需的基因資源，并且這種基因資源是可供育種家方便利用的2.采用合理先進的育種方法，將優良基因重組在一起3.準確、可靠的鑒定技術，把優良基因型挑選出來并鑒定出它在一定的自然氣候條件、生產條件下的適應能力和生產潛力

完成作物育種的任務主要取決于以下三個方面1.親本，親本中必須在育種實踐中經常可以看到這種情形：采用兩個相同的親本進行雜交，從同一雜交組合中有人選出了品種，而有些人則一無所獲。為什么？？道理很簡單，每個親本有許許多多性狀，兩個親本雜交，其后代可出現成千上萬種基因組合。如何將最好的基因型挑選出來，這不僅取決于育種家的理論知識和正確的育種方案，更重要的是育種家敏銳的眼光和育種經驗。與此同樣重要的是還需要具備使優良基因型充分表達的外界環境條件。在育種實踐中經常可以看到這種情形：采用兩個相同的親本進行雜交各種性狀的選擇鑒定主要靠當地天然環境條件和多年多點試驗，對病蟲害和旱澇、鹽堿抗性常靠人工誘發鑒定和連續多代表型選擇。而不同年份、不同地點、不同田塊甚至于同一田塊中的不同部位，條件總不會完全相同，這勢必影響實驗的客觀性、公正性可和可重復性。為提高選擇效率，加快育種進程，育種家們想方設法探究基因型與表型之間的關系，研究各種性狀之間的相關，尋找準確可靠的鑒定方法和最佳選擇方法。各種性狀的選擇鑒定主要靠當地天然環境條

近十年來，分子生物學技術的發展為植物育種提供了一種基于DNA變異為基礎的新型遺傳標記，與形態標記、細胞學標記和生化標記相比，是從基因型選擇基因型。RFLPRAPDSSRAFLP近十年來，分子生物學技術的發展為植物育種第一節遺傳標記概述一、遺傳標記概念

遺傳標記(Geneticmarkers):

是指可以明確反映遺傳多態性的生物特征。具有可遺傳的、特殊的、易于識別的表現形式。

第一節遺傳標記概述一、遺傳標記概念二、遺傳標記應具備的條件：1.多態性高2.表現共顯性，能夠鑒別出純合基因型和雜合基因型3.對主要農藝性狀影響小4.經濟方便，容易觀察記載二、遺傳標記應具備的條件：三、遺傳標記種類1.形態標記形態標記：即植物的外部形態特征。指那些能夠用肉眼明確觀測的一類外觀特征性狀。形態標記性狀：植株高矮、粒型、粒色、穗形、白化、

變態葉、矮稈、紫鞘、卷葉等；

也包括色素、生理特性、生殖特性、

抗病蟲性等有關的一些特性。

三、遺傳標記種類1.形態標記第十八章-分子標記輔助選擇育種ppt課件2.細胞學標記(cytologicalmarkers)細胞學標記：

即植物細胞染色體的變異，指能明確顯示遺傳多態性的細胞學特征。染色體結構特征：包括染色體核型（染色體數目、結構、隨體有無、著絲粒位置等）和帶型（C帶、N帶、G帶等）的變化。核型特征：是指染色體的長度、著絲粒位置和隨體有無等，由此可以反映染色體的缺失、重復、倒位和易位等遺傳變異。帶型特征：是指染色體經特殊染色顯帶后，帶的顏色深淺、寬窄和位置順序等，由此可以反映染色體上常染色質和異染色質的分布差異。2.細胞學標記(cytologicalmarkers)染色體數量特征：

是指細胞中染色體數目的多少，染色體數量上的遺傳多態性包括整倍性和非整倍性的變異。整倍性的變異：多倍體。非整倍性的變異：缺體、單體、三體、端著絲點染

色體等染色體數量特征：3.生化標記：指以基因表達的蛋白質產物為主的一類遺傳標記系統。主要包括貯藏蛋白、同工酶、等位酶等標記。

分析方法：從植物組織的蛋白粗提物中通過電泳和組織化學染色法將酶的多種形式轉變成肉眼可辯的酶譜帶型。3.生化標記：指以基因表達的蛋白質產物為主的一類遺傳標記系統4.分子標記(molecularmarkers)分子標記：是DNA水平上的遺傳多態性，表

現為核苷酸序列的任何差異。DNA分子水平研究4.分子標記(molecularmarkers)DNA分子優點：①直接以DNA的形式表現，在植物體的各個組織、各發育時期均可檢測到，而且不受環境限制，不存在是否表達的問題；②數量多，遍及整個基因組，檢測位點近乎無限，DNA標記在數量上幾乎是無限的；③多態性高，自然界存在著許多等位變異，不需要專門創造特殊的遺傳材料；④表現為“中性”，即不影響目標性狀的表達，與不良性狀無必然的連鎖；⑤許多分子標記表現為共顯性，能夠鑒別出純合基因型與雜合基因型，提供完整的遺傳信息。優點：DNA分子標記技術大致可分為三類：第一類：以電泳技術和分子雜交技術為核心的分子標記技術。

包括RFLP、DNA指紋技術（DNAFingerprinting）等；第二類：以DNA聚合酶鏈式反應

(PCR，

PolymeraseChain

Reaction)為基礎的分子標記技術。

包括RAPD、簡單序列重復標記SSR、序標位STS、序列

特征化擴增區域SCAR等；第三類：以

DNA測序為核心的分子標記技術。如：SNP標記、表達序列標簽EST標記等；

DNA分子標記技術大致可分為三類：第二節分子標記技術類型及原理一、RFLP限制性片段長度多態性

(RFLP)是發展最早的分子標記技術。RFLP是不同物種、品種甚至個體間DNA經核酸限制性內切酶酶切后產生的片段長度的差異——這種差異可以通過DNA凝膠電泳的方法直接觀察到。第二節分子標記技術類型及原理一、RFLP基本步驟用DNA限制性內切酶消化Southern雜交

放射性自顯影或酶學檢測

DNA提取凝膠電泳分離，轉移到濾膜上基用DNA限制性內切酶消化Southern雜交放射性自顯影RFLP標記的原理植物基因組DNA上的堿基替換、插入、缺失或重復等，造成某種限制性內切酶酶切位點的增加或喪失，從而產生限制性片斷長度多態性。

RFLP標記的原理二、基于ＰＣＲ技術的分子標記◆聚合酶鏈式反應(polymerasechainreaction，PCR)是體外快速擴增DNA的方法。◆PCR反應包括三個步驟：

●變性：在94-95℃使模板DNA的雙鏈變性成單鏈。

●復性：兩個引物分別與單鏈DNA互補復性，復性的溫度在50-60℃

●延伸：在引物的引導及Taq酶的作用下，于72℃合成模板DNA的互補鏈

◆

這三個步驟稱為一個循環，PCR反應常有25-35個循環。

二、基于ＰＣＲ技術的分子標記◆聚合酶鏈式反應(po1、RAPD標記的基本原理RAPD應用了PCR反應的原理，以不同的基因組DNA為模板，以單一的隨機寡聚核苷酸（長度多為10個核苷酸）為引物而獲得的一定擴增產物。由于不同基因組DNA序列存在著差異，其不同區段上可與引物同源互補的位點不同，擴增產物的數量、大小也不同，因而表現出多態性。這些DNA片段鑒定后證明可以作為分子標記的則稱之為RAPD標記。1、RAPD標記的基本原理RAPD應第十八章-分子標記輔助選擇育種ppt課件2.SSR標記的原理

根據微衛星序列兩端互補序列設計引物，通過PCR反應擴增微衛星片段，由于核心序列串聯重復數目不同，從而表現出不同個體在同一個微衛星座位上微衛星的長度多態性。2.SSR標記的原理根據微衛星序列兩端互第十八章-分子標記輔助選擇育種ppt課件三、基于DNA芯片技術的分子標記單核苷酸多態性

(singlenucleotidepolymorphism，SNP)：是指不同個體基因組DNA序列之間單個核苷酸的差異。就兩個序列的比較而言，可指同一位點的不同等位基因之間個別核苷酸的差異或只有小的插入、缺失等；就遺傳群體而言，指在基因組內特定核苷酸位置上存在兩種不同的核苷酸且其出現頻率大于1%（若出現頻率低于1%，則視為點突變，是不可能作為標記的）。它又被稱為第三代新型多態性標記。通常我們所說的SNPs包括單堿基的轉換、顛換以及單堿基的插入／缺失（Indel）目前，檢測SNP的最佳方法是新近發展起來的DNA芯片技術。DNA芯片又稱生物集成模片、DNA陣列或寡核苷酸微芯片。三、基于DNA芯片技術的分子標記單核苷酸多態性(singl第十八章-分子標記輔助選擇育種ppt課件第三節

分子標記輔助選擇一、什么是分子標記輔助選擇？？

借助分子標記對目標性狀基因型進行選擇，這就是所謂的“分子標記輔助選擇”（marker-assistedselection，縮寫為MAS）。抗

感雜雜雜

感雜

抗

感

雜

抗雜雜抗

感分離群體分子標記輔助選擇抗性鑒定結果第三節分子標記輔助選擇一、什么是分子標記輔助選擇？？

廣義而言，分子標記輔助選擇不僅包括利用分子標記進行優異種質的鑒定篩選、（自交系）親本間的親緣關系分析、遺傳多樣性的保持和利用，而且包括利用分子標記選擇、轉移、聚合目標基因等育種的其它諸多環節，如植物系統發育關系分析、品種注冊、專利保護、體細胞雜種鑒定、新品種權保護等。廣義而言，分子標記輔助選擇不僅包括二、分子標記輔助選擇的優越性在傳統育種中，選擇的依據通常是表現型而非基因型。這是因為人們無法直接知道個體的基因型，只能從表現型加以推斷，也就是說，傳統育種是通過表現型間接對基因型進行選擇的。理論上，利用分子標記可從DNA水平上直接鑒定基因型的差異，因此，避免了表現型推斷基因型不準確等缺點。MAS的優越性可以體現在以下方面：二、分子標記輔助選擇的優越性（1）克服性狀表現型鑒定的困難：有些性狀的表現型鑒定相當麻煩，在度量技術上難度較大、程序繁瑣或因需要特定的儀器和設備，費用太高。（2）允許早期選擇：在育種中，某些性狀表現出來需要特定的生長環境和一定生長周期。因此，在對這些性狀鑒定時必須考慮其表達的環境和等待一定生長時期，有時需要異地加代和特異的環境條件等。用標記鑒定基因型，將不需考慮（或等待）植株生長狀況或環境條件，可以在早期對幼苗（甚至對種子）進行檢測。（1）克服性狀表現型鑒定的困難：有些性狀的表現型鑒定相當麻煩（3）控制單一性狀的多個（等位）基因的利用：在不同育種材料中，影響同一性狀（如抗病、品質）的基因可能有多個，特別是在同一位點上存在不同（復）等位基因，利用表型是很難鑒定出這些等位基因的。（4）允許同時選擇多個性狀：育種目標性狀往往需要綜合考慮，也就是說，當選單株或品系不僅要在單一的抗病、抗蟲、品質、產量等方面表現優良，而且在綜合性狀上應該比較優良，為此，需要對育種世代群體的每個目標性狀一一作鑒定篩選。（3）控制單一性狀的多個（等位）基因的利用：在不同育種材料中（5）可進行性狀非破壞性評價和選擇：很多性狀是在成熟前進行評價的，這往往帶來種子收獲的困難。如對植株進行病蟲害抗性的評價，涉及到接種、飼喂幼蟲等環節，對植株生長有較大影響，嚴重時往往造成收獲到的后代種子減少，甚至收獲不到種子。（5）可進行性狀非破壞性評價和選擇：很多性狀是在成熟前進行評（6）從育種進程考慮，可加快育種進程，提高育種效率：

針對有利基因為隱性的性狀，如果將有利的隱性等位基因從一個親本導入到優良親本中時，常規表型育種往往是通過選擇保留含有隱形基因的雜合基因型，作進一步回交，而雜合基因型鑒定通常是通過考察自交后代分離狀況來判斷，而且當選擇的是抗病性狀時，還要借助繁瑣的接種鑒定等，這樣會延遲育種進程。分子標記輔助選擇則不受上述限制條件的影響。（6）從育種進程考慮，可加快育種進程，提高育種效率：第四節分子標記輔助選擇育種一、分子標記輔助選擇育種利用與目標性狀基因緊密連鎖的DNA分子標記對目標性狀進行基因型選擇的一種現代育種方法。第四節分子標記輔助選擇育種一、分子標記輔助選擇育種二、分子標記輔助選擇育種的遺傳基礎1.分子標記輔助選擇的根據

借助分子標記對目標性狀的基因型進行選擇，主要是根據與目標基因的緊密連鎖的對分子標記基因型的檢測來推測、獲知目標基因的基因型。2.應具備的主要條件（1）與目標基因緊密連鎖的分子標記。（2）進行分子標記輔助育種需要建立飽和的分子標記圖譜

并把目標基因定位于分子圖譜上。（3）簡便快捷的標記檢測方法。二、分子標記輔助選擇育種的遺傳基礎1.分子標記輔助選擇的根據3.分子標記輔助選擇育種的基本程序：第一步，目標基因的精細定位，要求目標基因有一個與其緊密連鎖的分子標記，并且目標基因座位與分子標記座位之間的遺傳距離小于5cM；第二步，采用RFLP、RAPD、AFLP、SSR等分子標記進行多態性檢測；第三步，利用計算機分析多態性；第四步，應用RFLP、RAPD、AFLP、SSR等標記針對育種群體進行分子標記輔助選擇。3.分子標記輔助選擇育種的基本程序：4.什么是背景選擇、前景選擇？前景選擇(foregroundselection)：標記輔助選擇的主要方面是對目標基因的選擇，有人稱之為前景選擇。

前景選擇的可靠性主要取決于標記與目標基因間連鎖的緊密程度。若只用一個標記對目標基因進行選擇，則標記與目標基因間的連鎖必須非常緊密，才能夠達到較高的正確率。4.什么是背景選擇、前景選擇？背景選擇

(backgroundselection)：除了目標基因之外，對基因組中其他部分（即遺傳背景）作選擇。背景選擇與前景選擇不同的是選擇的對象幾乎包括了整個基因組，牽涉到一個全基因組選擇的問題。背景選擇的作用則是為了加快遺傳背景恢復成輪回親本基因組的速度，以縮短育種年限。背景選擇(backgroundselection)：玉米分子標記連鎖圖譜(1-5)玉米分子標記連鎖圖譜(1-5)玉米分子標記連鎖圖譜(6-10)玉米分子標記連鎖圖譜(6-10)（5）產量性狀QTL分析①單位點QTL分析玉米產量性狀QTL分布（1-5染色體）（5）產量性狀QTL分析玉米產量性狀QTL分布（1-5染色體玉米產量性狀QTL分布（6-10染色體）玉米產量性狀QTL分布（6-10染色體）

目標基因的標記篩選（genetagging）是進行分子標記輔助選擇（MAS）育種的基礎。用于MAS育種的分子標記須具備三個條件：分子標記與目標基因緊密連鎖標記實用性強，重復性好，而且能夠經濟簡便地檢測大量個體。不同遺傳背景選擇有效。三、目標基因的標記篩選目標基因的標記篩選（genetagging）是供體受體RRRrrr(1-p)22p(1-p)p2MRmrMRmr目標基因與DNA標記間的遺傳距離位p親本中DNA標記的帶型F1雜種中DNA標記的帶型在F2分離群體中分子標記類型即MM,Mm,mmMM類型的分子標記所代表的目標基因型及其頻率利用MAS的遺傳基礎（以RFLP為例）M—抗性標記R—抗性基因m—感病標記r—感病基因供體受體RRRrrrMmMm目標第五節分子標記輔助選擇育種的策略第五節分子標記輔助選擇育種的策略

受體親本×供體親本

(不含優質基因)(含優質基因)F1×受體親本BC1目標基因定位標記輔助選擇

中選BC1×受體親本

(含優質基因)BC2BC3標記輔助選擇標記輔助選擇中選BC3(含優質基因)

新育成的優質品種(受體親本遺傳本背景+優質基因)自交目標基因的定位與標記輔助回交育種相結合程序圖

中選BC1×受體親本

(含優質基因)受體親本×供第十八章-分子標記輔助選擇育種ppt課件

受體親本×供體親本A(無優質基因)(含優質基因A)

受體親本×供體親本B(無優質基因)(含優質基因B)F1(含優質基因A)×F1(含優質基因B)復雜雜種(分離群體)

受體親本×供體親本C(無優質基因)(含優質基因C)

中選雜種個體×F1(含優質基因A和B)(含優質基因C)復雜雜種(分離群體)

中選雜種個體×受體親本(含優質基因A、B和C)

新育成的優質品種

(受體親本遺傳背景+優質基因A、B和C)回交1~2代，標記輔助選擇自交標記輔助選擇標記輔助選擇標記輔助基因聚合與品質改良相結合程序圖受體親本×供體親本A受體第十八章-分子標記輔助選擇育種ppt課件分子標記輔助選擇抗病基因Xa21的育種策略利用分子標記輔助選擇獎IRBB21中抗病基因Xa21導入到優良恢復系明恢63，目的在于不改變明恢63的配合力和重要農藝性狀的前提下，增強其對白葉枯病的抗性明恢63×IRBB21（Xa21）明恢63×F1明恢63×BC1F1（MAS篩選Xa21一側具有交換的陽性單株）明恢63×BC2F1（MAS篩選Xa21另一側具有交換的陽性單株）BC3F1（MAS選擇背景同明恢63的單株）BC3F2（Xa21）（選Xa21純合，背景與明恢63完全一致的單株）明恢63（Xa21）（改良明恢63分子標記輔助選擇抗病基因Xa21的育種策略第十八章-分子標記輔助選擇育種ppt課件第六章分子設計育種我想讓你長什么樣就長什么樣第六章分子設計育種我想讓你長什么樣就長什么樣一、分子設計育種的概念它以生物信息學為平臺，以基因組學和蛋白組學等若干個數據庫為基礎，綜合作物育種學流程中的作物遺傳、生理、生化、栽培、生物統計等所有學科的有用信息，根據具體作物的育種目標和生長環境，在計算機上設計最佳方案，然后開展作物育種試驗的分子育種方法。一、分子設計育種的概念它以生物信息學為平分子設計育種分子設計育種二、分子設計育種的特點1.能提高效率，能夠定向育種與常規育種方法相比，作物分子設計育種首先在計算機上模擬實施，考慮的因素更多、更周全，因而所選用的親本組合、選擇途徑等更有效，更能滿足育種的