作物育种学章节重点与难点

植物制品代替

石油化工产品,创造特质油、药材、调味品和香料制品的原料植物,以及其他能源植物,从而极大程度提高它们 的利用范围。

第十七章:分子标记辅助选择育种

分子标记的利用:遗传图谱的构建;系统发育关系分析;种质资源分类;品种注册,专利保护;病毒鉴定;体细胞

杂种鉴定;MAS?? SSR 的基本原理:

? SSR 两端的序列多数是保守的单拷贝序列;

? 根据微卫星 DNA 两端的单拷贝序列,设计一对特异性引物,利用 PCR 技术,对每个座位的微卫星 DNA 序 列进行扩增; ? 电泳分离。

SSR 标记的主要特点有:

(1)数量丰富,广泛分布于整个基因组; (2)具有较多的等位性变异;

(3)共显性标记,可鉴别出杂合子和纯合子;(4)实验重复性好,结果可靠;

(5)由于创建新的标记时需知道重复序列两端的序列信息,因此对一些植物,其开发有一定困难,费用也较高。 一、主基因定位

基因定位( Mapping of genes )是指通过遗传作图的方法,确定基因与遗传标记之间的关系。 基因定位通常指的是主基因的定位。而微效基因的定位通常用专有名词 QTL 定位。主基因---质量性状基因 基因定位的原理

基因定位的基本原理是通过分析分子标记与表现型之间的连锁关系,确定基因在遗传图谱中的位置。 表型分析

对作图群体的基本要求:

作图群体是基因定位中不可缺少的试验材料。对作图群体的基本要求是: (1)双亲具有相对性状的差异;如抗和感

(2)双亲应具有较高程度的多态性,以便找到紧密连锁的分子标记; (3)作图群体的大小应符合要求;

(4)作图群体中相对性状的分离应符合孟德尔规律。 表型测定:

在基因定位中,目的基因的基因型是通过它的表现型来确定的,因此表现型测定是决定基因定位质量的关 键。表型测定要求:

(1)试验误差要小

(2)测定标准要统一 应以双亲和 F1 为对照,并统一标准; (3)表型测量要准确

(4)必须采取基因专一性的检测方法,如抗病鉴定中只能使用特定的菌种,而不能使用混合菌种等。 表型数据的整理:

原始的表现型数据都是通过一定的测量方法获得的,具有特定的单位,如长度、

重量、百分比等。由于质

量性状的特点,作图群体一般表现为不连续的分布,因此可以将作图群体分成若干个组。为了满足作图软件的需要,

分别用不同的数字代表不同组的表现型,并与标记基因型的数值相一致。 分子标记的分析 已定位标记的利用:

通过遗传图谱的构建,很多分子标记在染色体上的位置已经确定,因此只要找到与基因连锁的分子标记,

就可以确定基因在染色体上的位置。这类标记有 RFLP 标记和 SSR 标记等。

已定位标记的利用方法:通常是从现有的遗传图谱中,按一定距离均匀选取分子标记。

1)亲本多态性的分析,筛选出具有多态性的分子标记;

2)作图群体的标记基因型分析,找到与目的基因连锁的分子标记。 未定位标记的利用:

有些分子标记是随机标记,如 RAPD 和 AFLP 标记等, 这类标记通常没有确定在染色体上的位置,因此

每次使用都是随机的。利用随机标记只能以随机的方式,从大量的标记中筛选出与目的基因连锁的分子标记。

基因定位的目的:分子标记辅助选择,图位克隆 筛选与基因连锁的分子标记的方法:

1:混合池法(bulked segregation analysis,BSA)

混合池(bulk)分析是快速筛选出与目的基因连锁的分子标记的一种方法。

混合池的组成: “混合池”由作图群体中具有相同相对性状个体的 DNA 组成。在作图群体中,通常选择具有同

一相对性状的 10-20 个体的 DNA 组成一个混合池。这样,在一个作图群体中,两个相对性状各自组成一个混合池。

组成混合池的个体,应具有典型的表型。

理论上,两个不同相对性状的混合池除了目的基因的基因型不同外,其余基因型是相同的。

常用的分池方法有 2 种: 1. 表型分池

2. 标记基因型分池

(1)基于基因表现型的 BSA 法:根据目标性状的表现型对分离群体进行分组混合的。 在作图群体中,通常选择

具有同一相对性状的 10-20 个体的 DNA 组成一个混合池。组成混合池的个体,应具有典型的表型。这样,在一个

作图群体中,两个相对性状各自组成一个混合池。理论上,两个不同相对性状的混合池除了目的基因的基因型不同

外,其余基因型是相同的。

混合池法的基本原理:

在实际利用中,两个混合池通常与两个亲本一起做分子标记的分析(前提:两个亲本的带型有差异)

? 当两个混合池的带型无差异时,表明该标记与目的基因不连锁;

? 当两个混合池的带型有差异时,表明该标记与目的基因可能存在连锁关系。

(2)基于标记基因型的 BSA 法:根据目标基因两侧的分子标记的基因型对分离群体进行分组混合的。适应于目标

基因已定位在分子连锁图上,但其两侧标记与目标基因之间相距还较远,需要进一步寻找更为紧密连锁的标记的情

况。原理和上面的一样。

2:近等基因系法(near-isogenic lines,NIL)

近等基因系的建立:近等基因系的建立通常采用连续回交的方法进行。选择具有相对性状差异的两个亲本杂交,

然后用带有隐性性状的亲本作轮回亲本回交。在每一分离世代对目的基因加以选择,经过回交 7-8 代以上,才能选

育成近等基因系。近等基因系除目的性状外,其它性状应与轮回亲本相似。

NILs 的选育方法:连续回交--近等基因系的建立通常采用连续回交的方法进行。

对性状的要求:选择具有相对性状差异的两个亲本杂交,然后用带有隐性性状的亲本作轮回亲本回交。

处理过程中的关键:在每一分离世代对目的基因加以选择,经过回交 7-8 代以上,才能选育成近等基因系。

最后:近等基因系除目的性状外,其它性状应与轮回亲本相似。

近等基因系分析法的原理:因为近等基因系除目的基因外,其它遗传背景与轮回亲本相似,因此利用近等基因

系寻找质量性状基因的分子标记的基本策略是:比较轮回亲本、NIL 及供体亲本三者的标记基因型,当 NIL 与供体

亲本具有相同的标记基因型,但与轮回亲本的标记基因型不同时,则该标记就可能与目标基因连锁。 遗传作图

筛选出与目的基因连锁的分子标记后,表明目的基因与该标记连锁。如果所用的分子标记已定位,则基因所在

的位置也已知道。如果所用的分子标记尚未定位,则基因所在的位置还不知道。在这种情况下,需要对连锁的分子 标记定位。 连锁分析:

基因定位的基本方法是确定表现型与已定位标记之间的连锁关系。把表现型和标记基因型都按统一的规定

转换为数值,并把它们整合在一个数据库中,通过 Mapmaker 软件,可以分析它们之间的连锁关系 精细定位 (fine mapping):

在基因定位中,找到已定位的分子标记,只是完成了基因的粗定位,即只知道基因的大概位置,这对于基

因定位来说是不完善的。基因精细定位,就是在基因粗定位的基础上,进一步完善基因定位的工作。基因精细定位

的目标,对于不同的目的有不同的要求。对于分子标记辅助选择的目的而言,基因精细定位的目标是:

(1)基因两侧都要找到紧密连锁的分子标记;

(2)分子标记与基因之间的距离<5cM,或两标记之间的距离<10cM。 二、QTL 定位

QTL(quantitative trait locus)称为数量性状基因座位。由于这类基因控制数量性状,并且表现为微小效应,因此基

因定位的方法来定位。随着分子标记技术的不断发展,QTL 定位的方法也日趋成熟。 QTL 定位的基本步骤:

? 选择遗传标记; ? 选择亲本材料;

? 进行亲本间杂交,获得分离世代的 F2 个体;

? 检测分离群体中各个体的数量性状值和标记基因型; ? 分析标记基因型与数量性状值之间是否存在连锁关系,确定 QTLs 连锁群,并估计 QTL 效应。难以用主 思考题:

1. 影响现代作物育种成效的因素有哪些?

2. 植物分子育种的含义及发展方向。

3. 简述植物细胞工程的主要内容。

4. 简述遗传标记的种类、特点及用途

5. 简述 RFLP 的原理及程序

6. 简述 PCR 的原理及程序

7. 简述 SSR 的原理及程序

8. 简述分子连锁图谱的构建过程

9. 简述 BSA 的作用和原理

10. 基因定位的原理与步骤

11. MAS 的基本原理及其利用价值

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