作物育種14分子標(biāo)記輔助選擇(2學(xué)時)課件

作物育種14分子標(biāo)記輔助選擇（2學(xué)時）作物育種14分子標(biāo)記輔助選擇（2學(xué)時）1新品種

親本材料育種的任務(wù)創(chuàng)造可遺傳的變異選擇和固定變異1.雜交育種2.雜種優(yōu)勢利用3.誘變育種4.遠緣雜交5.多倍體育種6.輪回選擇7.單倍體育種

8.引種與馴化常規(guī)育種方法局限性預(yù)見性差效率低(表型選擇為主)周期長新品種親本材料育種的任務(wù)創(chuàng)造可遺傳的變異選擇和固定變異1.2雜交育種流程圖和所需年限雜交育種流程圖和所需年限3創(chuàng)造可遺傳的變異選擇和固定變異親本材料新品種

轉(zhuǎn)基因育種分子標(biāo)記輔助育種細胞工程育種創(chuàng)造可遺傳的變異選擇和固定變異親本材料新品種轉(zhuǎn)基因育種分子4分子標(biāo)記輔助選擇育種分子標(biāo)記輔助選擇育種5表型IntroductionDNARNAProteinPhenotype表型IntroductionDNA6一、遺傳標(biāo)記的種類遺傳標(biāo)記：

用于研究基因遺傳變異規(guī)律的可識別的等位基因。根據(jù)識別的層次和手段可分為四類：形態(tài)學(xué)標(biāo)記細胞學(xué)標(biāo)記生化標(biāo)記分子標(biāo)記一、遺傳標(biāo)記的種類遺傳標(biāo)記：根據(jù)識別的層次和手段可分為四類：7小麥紫芽鞘與綠芽鞘1.形態(tài)標(biāo)記小麥紫芽鞘與綠芽鞘1.形態(tài)標(biāo)記8玉米第一葉尖端形狀（尖、圓、匙形）玉米第一葉尖端形狀（尖、圓、匙形）9花絲花青甙顯色（弱、中、強）花絲花青甙顯色（弱、中、強）102.細胞學(xué)標(biāo)記2.細胞學(xué)標(biāo)記115亞基10亞基

小麥HMW-GS圖譜，5+10亞基是優(yōu)質(zhì)亞基3.生化標(biāo)記5亞基10亞基小麥HMW-GS圖譜，5+10亞基是優(yōu)12簇毛麥02高分子量谷蛋白亞基簇毛麥02的SDS分析結(jié)果1Ax2*1By91Dy101Dx51Dx21Bx71By81By8簇毛麥02高分子量谷蛋白亞基簇毛麥02的SDS分析137個中國春/簇毛麥異附加系及簇毛麥SDS圖譜簇毛麥HMW-GS的生化標(biāo)記7個中國春/簇毛麥異附加系及簇毛麥SDS圖譜簇毛麥14酯酶同工酶等電聚焦電泳酯酶同工酶等電聚焦電泳15

玉米鹽溶蛋白電泳玉米鹽溶蛋白電泳16用于標(biāo)示目標(biāo)基因的DNA序列。與目標(biāo)基因緊密連鎖的DNA序列或者是基因內(nèi)的一段序列。

DNA序列目標(biāo)基因4.分子標(biāo)記用于標(biāo)示目標(biāo)基因的DNA序列。DNA序列目標(biāo)17分子標(biāo)記的優(yōu)點（1）多態(tài)性直接以DNA形式表現(xiàn)，不受季節(jié)、環(huán)境、基因表達與否的限制；（2）多態(tài)性高，存在著豐富的等位變異；（3）數(shù)量豐富，多態(tài)性遍及整個基因組；（4）許多分子標(biāo)記表現(xiàn)共顯性，能鑒別純合雜合基因型，提供完整的信息。分子標(biāo)記的優(yōu)點（1）多態(tài)性直接以DNA形式表現(xiàn)，不受季節(jié)、環(huán)18二、分子標(biāo)記的類型和特點分子標(biāo)記Hybridization-basedmarkers:以分子雜交為基礎(chǔ)的DNA標(biāo)記技術(shù)（RFLP標(biāo)記、原位雜交）PCR-basedmarkers:以PCR反應(yīng)為基礎(chǔ)的DNA指紋技術(shù)Sequencingbasedmarkers:新型的分子標(biāo)記單引物PCR標(biāo)記SSRSTS等RAPDAP-PCRDAFISSR等雙引物選擇性擴增PCR標(biāo)記雙引物PCR標(biāo)記需克隆、測序構(gòu)建特殊雙引物

主要指AFLPSNP標(biāo)記EST標(biāo)記二、分子標(biāo)記的類型和特點分Hybridization-bas19CAPACITY1985199019952000SNPISSRAFLPsSSRsRAPDsRFLPsFMAdvancedinMolecularMarkersCAPACITY1985199019952000SNPISS20PCR-basedmarkersPCR:polymerasechainreaction（多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）Requires:-targetDNA-thermostableDNApolymerase(Taq)-oligonucleotideprimer(s)(7-30nt)-dNTPs+Mg++PCR-basedmarkersPCR:polymera21作物育種14分子標(biāo)記輔助選擇(2學(xué)時)課件222.1RAPD:randomamplifiedpolymorphicDNAprimerABC以隨機的寡核苷酸序列（通常為10個堿基）作引物，通過PCR擴增，產(chǎn)生不連續(xù)的DNA擴增產(chǎn)物，用于檢測DNA序列的多態(tài)性。2.1RAPD:randomamplifiedpol23

玉米RAPD電泳圖譜玉米RAPD電泳圖譜24

RAPD標(biāo)記具有引物通用、分析程序快速簡便、所需DNA量極少、不需放射性同位素等特點，但RAPD是一類顯性的遺傳標(biāo)記，加上其穩(wěn)定性、重復(fù)性和可靠性較差，限制了其應(yīng)用。

RAPD優(yōu)缺點RAPD標(biāo)記具有引物通用、分析程序快速簡便、所需DNA量極252.3MicrosatelliteMarkerorSimpleSequenceRepeat(SSR,微衛(wèi)星標(biāo)記)其基礎(chǔ)是動植物基因組中串聯(lián)重復(fù)DNA序列重復(fù)次數(shù)的改變而引起重復(fù)DNA片段大小的變異。散布于真核生物基因組中，在高等植物中具有高度多態(tài)性.(AT)n(GA)n(GC)n(GCC)n(GCAA)n2.3MicrosatelliteMarkerorS26由于每個微衛(wèi)星DNA的兩端一般是相對保守的單拷貝序列，據(jù)此可通過設(shè)計一對特異引物擴增每個位點的微衛(wèi)星序列，再經(jīng)聚丙烯酰胺凝膠電泳，比較擴增產(chǎn)物的長度變化，即可顯示不同基因型的個體再每個微衛(wèi)星位點的多態(tài)性。由于每個微衛(wèi)星DNA的兩端一般是相對保守的單拷貝序列，據(jù)此可27作物育種14分子標(biāo)記輔助選擇(2學(xué)時)課件28作物育種14分子標(biāo)記輔助選擇(2學(xué)時)課件29微衛(wèi)星標(biāo)記具有基因組中平均分布、多態(tài)性高和實驗程序簡單等優(yōu)點，但開發(fā)SSR標(biāo)記須進行大量的克隆測序，開發(fā)成本很高，并且SSR標(biāo)記在種間不能轉(zhuǎn)移。

微衛(wèi)星標(biāo)記的優(yōu)缺點微衛(wèi)星標(biāo)記具有基因組中平均分布、多態(tài)性高和實驗程序簡單等優(yōu)點302.4Inter-SimpleSequenceRepeat（ISSR,簡單重復(fù)序列間擴增）ISSR是針對微衛(wèi)星標(biāo)記開發(fā)困難的缺點設(shè)計的，它是利用真核生物基因組內(nèi)廣泛存在的簡單重復(fù)序列，設(shè)計單一通用引物對基因組DNA進行擴增，擴增產(chǎn)物經(jīng)電泳分離獲得PCR擴增指紋圖，從而可以揭示樣品間的遺傳多態(tài)性。

(GC)n(CG)n(CG)n(GC)n2.4Inter-SimpleSequenceRep31(GC)n(CG)n(CG)n(GC)nISSR引物有兩種類型：1）直接用簡單重復(fù)序列本身作引物；2）利用簡單重復(fù)序列的本身在3ˊ或5ˊ末端加上2～4個錨定堿基作為引物，從而克服有的簡單重復(fù)序列本身作為引物擴增時產(chǎn)生帶型模糊現(xiàn)象。(GC)n(CG)n(CG)n(GC)nISSR引物有兩種類32作物育種14分子標(biāo)記輔助選擇(2學(xué)時)課件33基本原理：STS是指基因組中長度為200-500bp，且核苷酸順序已知的單拷貝序列，通過PCR可將其專一擴增出來。其基本原理是，依據(jù)兩端序列，設(shè)計合適的引物，進行PCR擴增，電泳顯示擴增產(chǎn)物多態(tài)性。STS標(biāo)記的主要特點：（1）標(biāo)記來源廣，數(shù)量多；（2）共顯性遺傳，可區(qū)分純合子和雜合子；（3）技術(shù)簡便，檢測方便；（4）與SSR標(biāo)記一樣，開發(fā)依賴于序列分析及引物合成，成本較高；（5）多態(tài)性常常低于相應(yīng)的RFLP標(biāo)記。2.6Sequencetaggedsite（STS，序列標(biāo)定位點）基本原理：STS是指基因組中長度為200-500bp，且核苷34基本原理：染色體基因組水平上某個特定位置單堿基的置換、缺失、或插入引起的序列變異。STS標(biāo)記的主要特點：（1）標(biāo)記來源廣，數(shù)量多；（2）高度穩(wěn)定；（3）直接產(chǎn)生基因表達或蛋白的變化；2.7singlenucleotidepolymorphism（SNP，單核苷酸變異）基本原理：染色體基因組水平上某個特定位置單堿基的置換、缺失、35作物育種14分子標(biāo)記輔助選擇(2學(xué)時)課件36基本原理：功能性分子標(biāo)記基于功能基因基序（motif）中功能性單核苷酸多態(tài)性（SNP）位點開發(fā)而成主要特點（1）更有效地固定群體中的等位基因；（2）有助于控制平衡選擇；（3）有助于篩選自然群體及育種群體中的等位基因；（4）在育種中有助于組合影響相同或不同性狀的等位FM；（5）有助于構(gòu)建連鎖的FM單倍型。2.8功能性分子標(biāo)記基本原理：功能性分子標(biāo)記基于功能基因基序2.8功能性分子標(biāo)37作物育種14分子標(biāo)記輔助選擇(2學(xué)時)課件38標(biāo)記名稱RFLPRAPDAFLPSSRISSRSCARSTSCAPs主要原理限制酶切Southern雜交隨機PCR擴增限制性酶切結(jié)合PCR擴增PCR擴增隨機PCR擴增特異PCR擴增特異PCR擴增PCR擴增產(chǎn)物限制性酶切多態(tài)性水平中等較高非常高高高中等檢測基因組區(qū)域單/低拷貝區(qū)整個基因組整個基因組重復(fù)序列重復(fù)序列間隔的單拷貝區(qū)整個基因組單拷貝區(qū)整個基因組可靠性高中高高高高高高遺傳特性共顯性顯性/共顯性共顯性/顯性共顯性顯性/共顯性共顯性顯性/共顯性共顯性DNA質(zhì)量要求高，5-30μg中，10-100ng很高，50-100ng中，10-100ng中，2-50ng中，5-10ng高，50-100ng實驗周期長短較長短短短短短開發(fā)成本高低高高低高高高標(biāo)記名稱RFLPRAPDAFLPSSRISSRSCARSTS39（一）與性狀基因連鎖的分子標(biāo)記篩選三、分子標(biāo)記輔助選擇育種的要點（一）與性狀基因連鎖的分子標(biāo)記篩選三、分子標(biāo)記輔助選擇育種40構(gòu)建遺傳圖譜，首先要選擇合適的親本及分離群體，而且親本之間的差異不宜過大，否則會降低所建圖譜的準(zhǔn)確度和適用性。用于分子標(biāo)記的遺傳作圖群體可分為兩類：暫時性分離群體，包括F2群體、BC群體、三交群體等永久性分離群體，包括重組自交系群體、加倍單倍體群體等1)構(gòu)建作圖群體構(gòu)建遺傳圖譜，首先要選擇合適的親本及分離群體，而且親本之間的41F2PopulationGeneticmapFieldevaluationGenotypeAA:Aa:aa(1:2:1)FieldevaluationF1Parent1Parent2xaaAA(Aa)xF2(AA:Aa:aa)1:2:1F3TypesofmappingpopulationF2PopulationGeneticmapGenoty42Backcross

Population

F1Parent1Parent2x

BC1F1xKDML105BC4F1xKDML105BC2F1xKDML105%Similarity:100%Similarity:0

BC3F1xKDML105xKDML105GeneticmapFieldevaluationaaAA(Aa)(aa)(Aa:aa)1:1(Aa:aa)1:1(aa)(aa)(aa)(aa)GenotypeAa:aa(1:1)BackcrossPopulationF1Parent43Doubledhaploid

PopulationF1Parent1Parent2xxGeneticmapFieldevaluationaaAA(Aa)GenotypeAA:aa(1:1)F2AA:Aa:aa1:2:1(2n)(n)<AAandaa)GeneticmapFieldevaluation(2n)(n)<AAandaa)DoubledhaploidPopulationF1P44RecombinantInbredLine

PopulationGenotypeAA:aa(1:1)F1Parent1Parent2xGeneticmapFieldevaluationaaAA(Aa)xF2(AA:Aa:aa)1:2:1F3xF4F5F6xxRecombinantInbredLinePopula45F2BC1DHLRIL群體形成F1自交后代F1回交后代F1花粉分化個體F2個體自交后代性狀研究對象個體個體品系品系準(zhǔn)確度低低高高必要的群體規(guī)模大大中中分離比例1:2:1或3:11:11:11:1不同作圖群體的特點F2BC1DHLRIL群體F1自交后代F1回交后代F1花粉分46如何進行遺傳作圖？孟德爾第一定律等位基因隨機分離(TheLawofSegregation)♀♂×AAaaAaF1ParentsF2AAaaAa1:2:1A:a=1:1如何進行遺傳作圖？孟德爾第一定律♀♂×AAaaAaF147孟德爾第二定律獨立分配定律(thelawofindependentassortment)♀♂×F1ParentsF2如何進行遺傳作圖？AaBbABAbaBab25%25%25%25%AB(25%)Ab(25%)aB(25%)Ab(25%)AABBAABbAaBBAaBbAABbAAbbAaBbAabbAaBBAaBbaaBBaaBbAaBbAabbaaBbaabbA:a=1:1B:b=1:1AABBaabb孟德爾第二定律♀♂×F1ParentsF2如何進行遺傳48連鎖遺傳定律♀♂×F1ParentsF2如何進行遺傳作圖？AaBbABAb*aB*ab50%0%0%50%AB(50%)Ab(0%)aB(0%)Ab(50%)AABB--AaBb--------AaBb--aabbAABBaabb*完全連鎖連鎖遺傳定律♀♂×F1ParentsF2如何進行遺傳作49ABAbaBab(25)(25)(25)(25)(50)(0)(0)(50)

(48)(2)(2)(48)配子類型(%)獨立遺傳孟德爾第二定律完全連鎖不完全連鎖連鎖遺傳定律根據(jù)重組率計算遺傳距離ABAbaBab配子類型獨立遺傳根據(jù)50供體受體RRRrrr(1-P)22P(1-P)P2MRmrMRmr目標(biāo)基因與DNA標(biāo)記間的遺傳距離位p親本中DNA標(biāo)記的帶型F1雜種中DNA標(biāo)記的帶型在F2分離群體中分子標(biāo)記類型即MM,Mm,mmMM類型的分子標(biāo)記所代表的目標(biāo)基因型及其頻率利用MAS的遺傳基礎(chǔ)M—抗性標(biāo)記R—抗性基因m—感病標(biāo)記r—感病基因供體受體RRRrrrMmMm目標(biāo)51RRRrR非輪回親本后代輪回親本非輪回親本后代輪回親本顯性標(biāo)記共顯性標(biāo)記RRRrR非輪回親本后代輪回親本非輪回親本后代輪回親本顯性標(biāo)52作物育種14分子標(biāo)記輔助選擇(2學(xué)時)課件532)Bulksegregationanalysis(BSA)

群體分離分析法rrRrRRrrRRRrRRrrRRrrF2分離群體2)Bulksegregationanalysis(54小麥白粉病的分子標(biāo)記輔助選擇育種小麥白粉病的分子標(biāo)記輔助選擇育種55四、作物MAS育種

MarkerAssistedSelection作物MAS育種須具備的條件

分子標(biāo)記與目標(biāo)基因共分離或緊密連鎖，一般要求兩者間的遺傳距離小于5cM,最好1cM或更小。具有在大群體中利用分子標(biāo)記進行篩選的有效手段，主要是應(yīng)用PCR技術(shù)。篩選技術(shù)在不同實驗室間重復(fù)性好，且具有經(jīng)濟、易操作的特點。具有實用化程度高并能協(xié)助育種家作出抉擇的計算機數(shù)據(jù)處理軟件。四、作物MAS育種

MarkerAssistedSele56（二）MAS育種方法（二）MAS育種方法57

受體親本×供體親本

(不含優(yōu)質(zhì)基因)(含優(yōu)質(zhì)基因)F1×受體親本BC1目標(biāo)基因定位標(biāo)記輔助選擇

中選BC1×受體親本

(含優(yōu)質(zhì)基因)BC2BC3標(biāo)記輔助選擇標(biāo)記輔助選擇中選BC3(含優(yōu)質(zhì)基因)

新育成的優(yōu)質(zhì)品種(受體親本遺傳本背景+優(yōu)質(zhì)基因)自交目標(biāo)基因的標(biāo)記輔助回交育種程序圖

中選B