分子标记辅助选择育种特点和方法.pptx
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分子分子标记辅标记辅助助选择选择育种特点和方法育种特点和方法作物育种作物育种对农业对农业的的贡贡献献农农作物作物优优良新品种的推广良新品种的推广应应用在提高用在提高产产量方面的量方面的贡贡献率献率约约占占40%。
建国以来,已先后培育建国以来,已先后培育出出40多种多种农农作物的作物的5000多个多个新品种和新品种和组组合,使我国合,使我国农农作物品种平均更新作物品种平均更新了了34代,每更新一次,代,每更新一次,农农作物增作物增产产约约10%-30%。
水水稻稻从从单单季季稻稻改改为为双双季季稻稻、高高杆杆改改为为矮矮杆杆、常常规规稻稻改改为为杂杂交交稻稻、常常规规杂杂交交稻稻改改为为超超级级杂杂交交稻稻等等几几次次重重大的大的变变革均离不开品种改良。
革均离不开品种改良。
第18章分子标记辅助育种传统传统育种手段的不足育种手段的不足传传统统育育种种一一般般是是首首先先通通过过各各种种途途径径创创造造遗遗传传变变异异,然然后后从从分分离离群群体体的的后后代代中中进进行行优优化化选选择择和和评评价价,而而这这种种选择选择是建立在植株的表是建立在植株的表现现型基型基础础之上的,之上的,这这就就要求育种家必要求育种家必须须具有丰富的具有丰富的实实践践经验经验,而且,而且费时费时、费费力。
力。
作作物物的的许许多多重重要要农农艺艺性性状状为为数数量量性性状状,如如产产量量等等;或或为为多多基基因因控控制制的的质质量量性性状状,如如抗抗性性等等;或或为为表表型型难难以准确以准确鉴鉴定的性状,如根系活力等。
此定的性状,如根系活力等。
此时时根据表根据表现现型来型来对对性状性状遗传遗传力力进进行行评评价是不确切的,因而价是不确切的,因而选选择择是低效的。
是低效的。
第18章分子标记辅助育种第一第一节节.遗传标记遗传标记遗遗传传标标记记(geneticmarker):
指指可可追追踪踪染染色色体体、染染色色体体某某一一节节段段、某某个个基基因因座座在在家家系系中中传传递递的的任任何何一一种种遗遗传传特特性性。
它它具具有有两两个个基基本本特特征征,即即可可遗遗传传性性和和可可识识别别性性;因因此此生生物物的的任任何何有有差差异异表表型型的的基因突基因突变变型均可作型均可作为遗传标记为遗传标记。
第18章分子标记辅助育种遗传标记遗传标记的的类类型型形形态态学学标记标记(morphologicalmarker)细细胞学胞学标记标记(cytologicalmarker)生化生化标记标记(biochemicalmarker)分子分子标记标记(molecularmarker):
DNA分子分子遗传遗传标记标记,或,或DNA标记标记。
第18章分子标记辅助育种1.形形态标记态标记(morphologicalmarkers):
是是指指植植物物的的外外部部形形态态特特征征,如如矮矮秆秆、白白化化、黄黄化化、变变态态叶叶、雄雄性性不不育育等等。
广广义义上上还还包包括括色色素素、生生理理特特征、生殖特性、抗虫抗病性等。
征、生殖特性、抗虫抗病性等。
形形态标记态标记的的获获得得一一般般通通过过自自然然突突变变或或物物化化诱诱变变来来获获得得具具有有特特定定形形态态特特征征的的遗遗传传标标记记材材料料,然然后后通通过过两两点点或或三三点点连连锁锁测测定法确定定法确定标记标记基因与目基因与目标标性状之性状之间间的关系。
的关系。
通通过过不不同同标标记记基基因因材材料料之之间间的的相相互互杂杂交交,可可以以选选择择出具有多个出具有多个标记标记基因的材料。
基因的材料。
第18章分子标记辅助育种品系基因符号标记性状品系基因符号标记性状T586红株T582cl1丛生铃花瓣斑点v1芽黄黄花瓣cu杯状叶密生茸毛fg窄卷苞叶黄花粉gl1无腺体光籽R1R2Y1T1P1N1Lc1棕色纤维2L0鸡脚叶第18章分子标记辅助育种棉花多棉花多标记标记基因材料基因材料普通玉米与高直链淀粉玉米籽粒形态ae基因具有无光泽胚乳的表现型在很多遗传背景中很容易鉴别。
高直链淀粉玉米普通玉米第18章分子标记辅助育种形形态标记态标记的不足之的不足之处处1数量有限,而人工培育形数量有限,而人工培育形态标记态标记材料的周期材料的周期长长;2一些形一些形态标记态标记的多的多态态性差,易受性差,易受环环境因素的影境因素的影响;响;3一些形一些形态标记对态标记对植株的表型影响太大,与不良植株的表型影响太大,与不良性性状状连锁连锁。
第18章分子标记辅助育种2.细细胞学胞学标记标记(cytologicalmarkers):
是指是指细细胞内染色体的胞内染色体的变变化,包括染色体数目的化,包括染色体数目的变变化化(如如单单体、缺体、三体、四体体、缺体、三体、四体)或染色体或染色体结结构的构的变变异异(如缺失、易位、倒位、重等如缺失、易位、倒位、重等)。
可通。
可通过过染色体核型染色体核型(染色体数目、大小、随体有无、着(染色体数目、大小、随体有无、着丝丝粒位置等)和粒位置等)和带带型(型(C、N、G等)分析来等)分析来测测定基因所在的染色体及定基因所在的染色体及相相对对位置,或通位置,或通过过染色体置染色体置换换等等进进行基因的定位行基因的定位。
第18章分子标记辅助育种细细胞学胞学标记标记的不足之的不足之处处:
1细细胞学胞学标记标记材料的材料的选选育需要花育需要花费费大量的人力和大量的人力和较较长长的的时间时间;2某些物种某些物种对对染色体数目和染色体数目和结结构构变变异反异反应应敏感,有敏感,有些些则则适适应变应变异的能力差;异的能力差;3一些不涉及染色体数目、一些不涉及染色体数目、结结构构变变异或异或带带型型变变异的异的性性状状则难则难以用以用细细胞学方法胞学方法检测检测;4难难以开展基因的精以开展基因的精细细定位。
定位。
第18章分子标记辅助育种3.生化生化标记标记(biochemicalmarkers)主主要要包包括括贮贮藏藏蛋蛋白白、同同工工酶酶和和等等位位酶酶等等。
种种子子中中的的贮贮藏藏蛋蛋白白主主要要包包括括白白蛋蛋白白、球球蛋蛋白白、醇醇溶溶蛋蛋白白和和谷谷蛋白四种。
不同植物种子中的蛋白四种。
不同植物种子中的贮贮藏蛋白含量不同。
藏蛋白含量不同。
生生化化标标记记的的使使用用首首次次突突破破了了把把整整株株样样品品作作为为研研究究材材料料进进行行分分析析的的方方式式,并并可可以以直直接接反反映映基基因因产产物物的的差差异异,受受环环境境的的影影响响较较小小。
但但标标记记数数量量远远远远不不能能满满足足实际实际的需要。
的需要。
第18章分子标记辅助育种同工同工酶酶(isozyme):
电电泳所可区分的同一种泳所可区分的同一种酶酶(系(系统统)的)的不同不同变变化。
化。
等位等位酶酶(allozyme):
由一个位点的不同等位基因由一个位点的不同等位基因编码编码的的同种同种酶酶的不同的不同类类型,其功能相同但氨基酸序列不同。
型,其功能相同但氨基酸序列不同。
第18章分子标记辅助育种4.分子分子标记标记(molecularmarkers)是指基因是指基因组组DNA分子水平之分子水平之间间的差异。
的差异。
优优越性:
越性:
1直接以直接以DNA的形式表的形式表现现;2数量多,遍及整个基因数量多,遍及整个基因组组,检测检测位点近乎无限;位点近乎无限;3多多态态性高,不需要性高,不需要专门创专门创造特殊的造特殊的遗传遗传材料;材料;4不影响目不影响目标标性状的表达,与不良性状无必然的性状的表达,与不良性状无必然的连连锁锁;5有有许许多分子多分子标记标记表表现为现为共共显显性。
性。
第18章分子标记辅助育种第二第二节节分子分子标记标记的主要的主要类类型及基本原型及基本原理理第18章分子标记辅助育种(一一)DNA的半保留复制机的半保留复制机制制第18章分子标记辅助育种(二二)PCR的基本原理的基本原理PCR是一种是一种选择选择性体外性体外扩扩增增DNA或或RNA的方法。
的方法。
DNA模板模板-引物引物结结合物在合物在TaqDNA聚合聚合酶酶的作用下,的作用下,以以dNTP为为反反应应原原料料,靶靶序序列列为为模模板板,按按碱碱基基配配对对与与半半保保留留复复制制原原理理,合合成成一一条条新新的的与与模模板板DNA链链互互补补的的半半保保留留复复制制链链重重复复循循环环变变性性-退退火火-延延伸伸三三过过程程,就就可可获获得得更更多多的的“半半保保留留复复制制链链”,而而且且这这种种新新链链又又可可成成为为下下次次循循环环的的模模板板。
每每完完成成一一个个循循环环需需24分分钟钟,23小小时时就就能能将将待待扩扩目目的的基基因因扩扩增增放大几百万倍。
放大几百万倍。
第18章分子标记辅助育种第18章分子标记辅助育种PCR反反应应的基本的基本过过程程PCR由由变变性性-退退火火-延伸三个基本反延伸三个基本反应应步步骤骤构成构成变变性性:
模板DNA经加热至94左右,使模板DNA双链解开成为单链,以便它与引物结合;退火退火:
模板DNA经加热变性成单链后,温度降至55左右,引物与模板DNA单链的互补序列配对结合成局部双链;延伸延伸:
DNA模板-引物结合物在TaqDNA聚合酶的催化作用下,以dNTP为反应原料,按碱基配对与半保留复制原理,引物沿53方向延伸,最终合成一条新的与模板DNA链互补的DNA链。
第18章分子标记辅助育种第18章分子标记辅助育种(三三)PCR反反应应体系的基本成分:
体系的基本成分:
10PCRBufferMgCl2或或MgSO4dNTPMixture(dATP,dTTP,dCTP,dGTP)引物引物(随机引物或特异引随机引物或特异引物物)模板模板DNATaqDNApolymerasedsH2O第18章分子标记辅助育种(四四)PCR扩扩增增产产物的分析物的分析琼琼脂糖凝胶脂糖凝胶电电泳泳聚丙聚丙烯酰烯酰胺凝胶胺凝胶电电泳泳第18章分子标记辅助育种琼琼脂糖凝胶脂糖凝胶电电泳泳PCR产产物物经琼经琼脂糖凝胶脂糖凝胶电电泳泳,EB染色后,在紫外染色后,在紫外透射透射仪仪下下观观察,初步判断察,初步判断产产物的特异性物的特异性。
PCR产产物片段的大小物片段的大小应应与与预计预计的一致,特的一致,特别别是多重是多重PCR,应应用多用多对对引物,其引物,其产产物片断都物片断都应应符合符合预计预计的大小。
的大小。
一般用于一般用于较较大片段的分离。
大片段的分离。
第18章分子标记辅助育种琼琼脂糖凝胶脂糖凝胶电电泳泳第18章分子标记辅助育种聚丙聚丙烯酰烯酰胺凝胶胺凝胶电电泳泳PCR产产物物经经聚丙聚丙烯酰烯酰胺凝胶垂直板高胺凝胶垂直板高压电压电泳后,泳后,多采用多采用AgNO3染色,在白色光源下染色,在白色光源下观观察,初察,初步判断步判断产产物的特异性。
一般用于条物的特异性。
一般用于条带带复复杂杂且片且片段小段小(800bp)的的PCR产产物的分离。
物的分离。
第18章分子标记辅助育种聚丙聚丙烯酰烯酰胺凝胶胺凝胶电电泳泳第18章分子标记辅助育种一、以分子一、以分子杂杂交交为为基基础础的的DNA标记标记技技术术限制性片段限制性片段长长度多度多态态性性(Restrictionfragmentlengthpolymorphisms,RFLP)可可变变数目串数目串联联重复序序列(重复序序列(Variablenumberoftandemrepeats,VNTR)染色体原位染色体原位杂杂交交(InSituHybridization)第18章分子标记辅助育种二、二、以以PCR为为基基础础的的DNA标记标记技技术术随机随机扩扩增多增多态态性性DNA(RandomamplificationpolymorphismDNA,RAPD)简单简单重复序列重复序列间间区区DNA(Inter-simplesequencerepeatspolymorphisms,ISSR)简单简单重复序列重复序列DNA(Simplesequencerepeats,SSR)扩扩增片段增片段长长度多度多态态性(性(Amplifiedfr
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