分子标记辅助选择育种特点和方法
分子标记与辅助选择
4
选择扩增：应用含有接头序列和三个选择核甘酸序 列的引物进行选择扩增。通过这一轮扩增，进一步 降低扩增片段数量，同时一个引物被同位素或荧光 染料标记（也可用银染），电泳后压片检测。
AFLP技术
遗传连锁图谱的构建 亲缘关系和遗传多样性的研究
AFLP标记 技术的应用
种质资源鉴定
分子标记辅助选择育种
基因表达和基因克隆
3应用
随着分子生物学技术的发展，现在DNA分子标记技术已有数十 种，广泛应用于遗传育种、基因组作图、基因定位、物种亲缘 关系鉴别、基因库构建、基因克隆等方面。
分子标记类型
A、基于分子杂交的分子标记 RFLP(限制性片段长度多态性) B、基于PCR技术的分子标记 （1）随机引物： RAPD(随机扩增多态DNA) DAF VNTR
缺点:
SSR标记的建立首先要对为微卫星侧翼序 列进行克隆、测序 、人工合成设计引物以 及标记的定位、 作图等基础性究，因而其 开发有一定的困难，费用也很高。
SSR微卫星标记技术的应用
构建连锁遗 传图谱加快 遗传多样性 的研究
种质资源 鉴定
分子标记 辅助育种
4、AFLP标记
AFLP (amplified fragment length polymorphism) 即扩增性片段长度多态性
寻找与基 因或QTL 紧密连锁 的标记或 侯选基因
寻找与性 状变异有 关的特定 基因（型） 或功能位 点
检 测 选 择
40
影响分子标记辅助选择的因素：
• 数量性状主基因或QTL效应的大小。 • 分子标记与主基因或QTL连锁的紧密程度。 • 主基因或QTL参数（即效应）估计的准确性。 • 数量性状的遗传率。
• 数量性状的遗传机制尚不十分清楚。
分子标记辅助育种技术
分子标记辅助育种技术分子标记辅助育种技术第一节分子标记的类型和作用原理遗传标记是指可以明确反映遗传多态性的生物特征。
在经典遗传学中，遗传多态性是指等位基因的变异。
在现代遗传学中，遗传多态性是指基因组中任何座位上的相对差异。
在遗传学研究中，遗传标记主要应用于连锁分析、基因定位、遗传作图及基因转移等。
在作物育种中，通常将与育种目标性状紧密连锁的遗传标记用来对目标性状进行追踪选择。
在现代分子育种研究中，遗传标记主要用来进行基因定位和辅助选择。
1、形态标记形态标记是指那些能够明确显示遗传多态性的外观性状。
如、株高、穗型、粒色等的相对差异。
形态标记数量少，可鉴别标记基因有限，难以建立饱和的遗传图谱。
有些形态标记受环境的影响，使之在育种的应用中受到限制。
2、细胞学标记细胞学标记是指能够明确显示遗传多态性的细胞学特征。
如染色体的结构特征和数量特征。
核型：染色体的长度、着丝粒位置、随体有无。
可以反映染色体的缺失、重复、倒位、易位。
染色体结构特征带型：染色体经特殊染色显带后，带的颜色深浅、宽窄和位置顺序,可以反映染色体上常染色质和异染色质的分布差异。
染色体数量特征—是指细胞中染色体数目的多少。
染色体数量上的遗传多态性包括整倍体和非整倍体变异。
细胞学标记优点：克服了形态标记易受环境影响的缺点。
缺点：（1）培养这种标记材料需花费大量的人力物力；（2）有些物种对对染色体结构和数目变异的耐受性差，难以获得相应的标记材料；（3）这种标记常常伴有对生物有害的表型效应；（4）观察鉴定比较困难。
3、蛋白质标记用作遗传标记的蛋白质分为酶蛋白质和非酶蛋白质两种。
非酶蛋白质：用种子储藏蛋白质经一维或二维聚丙烯酰胺凝胶电泳，根据显示的蛋白质谱带或点，确定其分子结构和组成的差异。
酶蛋白质：利用非变性淀粉凝胶或聚丙烯酰胺凝胶电泳及特异性染色检测，根据电泳谱带的不同来显示酶蛋白在遗传上的多态性。
蛋白质标记的不足之处：（1）每一种同工酶标记都需特殊的显色方法和技术；（2）某些酶的活性具有发育和组织特异性；（3）标记的数量有限。
辣椒新品种选育与分子标记辅助育种技术
辣椒新品种选育与分子标记辅助育种技术辣椒作为一种重要的调味品和蔬菜作物，受到广大消费者的喜爱。
为了满足市场和消费者的需求，辣椒种植者一直致力于研发新品种，并利用分子标记辅助育种技术来提高效率和准确性。
一、辣椒新品种选育的意义辣椒新品种的选育对于改善辣椒产量、品质和抗病性具有重要意义。
首先，新品种能够适应不同的土壤和气候条件，提高产量和耐受性，从而增加种植者的收益。
其次，提高辣椒品质，如颜色、口感、香味等，可以满足消费者对于食物口感和风味的需求。
最后，抗病性是新品种选育中的重要指标，通过选育出抗病性强的品种，可以减少农药的使用，降低环境污染，提高农产品的安全性。
二、分子标记辅助育种技术的原理分子标记辅助育种技术是利用分子生物学的手段来辅助育种工作的一种方法。
它基于基因组学和遗传学的知识，通过筛选和挖掘物种基因组中的关键标记位点，对植物进行遗传分析和研究，从而提高选育效率和准确性。
分子标记辅助育种技术的主要步骤包括：1. 选择和设计合适的分子标记；2. 提取植物DNA；3. PCR扩增目标序列；4. 电泳分析PCR产物；5. 分析和研究所得数据。
三、利用分子标记辅助育种技术选育新品种的优势分子标记辅助育种技术具有以下几个优势：1. 提高选育效率：通过分子标记辅助育种技术，研究者可以快速筛选和鉴定具有目标性状的个体，减少繁琐的传统选育工作，从而提高选育效率。
2. 精确选育目标：分子标记辅助育种技术可以更准确地定位和鉴定目标基因，选择具有目标性状的个体进行繁殖，避免了传统选育过程中的盲目性和随机性。
3. 提高抗病性和耐逆性：利用分子标记辅助育种技术，研究者可以筛选和鉴定植物的抗病性和耐逆性相关基因，从而选育出具有高抗病性和耐逆性的新品种。
4. 综合利用遗传资源：通过分子标记辅助育种技术，研究者可以对植物的遗传资源进行全面利用和评估，发掘出具有重要农艺性状的基因，为新品种的选育提供更多的选择。
四、分子标记辅助育种技术在辣椒新品种选育中的应用分子标记辅助育种技术在辣椒新品种选育中已经得到了广泛应用。
分子标记辅助的遗传育种实践
分子标记辅助的遗传育种实践分子标记辅助的遗传育种实践遗传育种是农作物改良中的重要手段，为了提高育种效率和准确性，科学家们通过分子标记技术的应用，开展了分子标记辅助的遗传育种实践。
这项技术的出现，极大地促进了农作物育种的进程。
分子标记是一种通过DNA序列检测和分析的方法，可以确定特定基因位点的遗传信息。
借助这项技术，育种者可以更加准确地筛选和选择具有优良基因的个体，从而加速了育种过程中的杂交和选择。
与传统育种相比，分子标记辅助的育种具有更高的效率和准确性。
在实践中，科学家们首先通过分析物种的基因组，发现了与目标性状相关的分子标记。
这些标记可以是单核苷酸多态性（SNP）或简单重复序列（SSR）等。
然后，他们利用这些标记开展杂交和选择。
通过对大量杂交个体进行分子标记的检测，科学家可以快速筛选出携带目标基因的个体，并将其作为亲本进行后续的杂交。
这种方式避免了传统育种中的大量试验和大规模筛选的工作，提高了育种效率。
此外，在分子标记辅助的育种中，科学家还可以利用分子标记数据进行定位和图谱构建。
通过分析标记位点的位置和分布，可以预测携带目标基因的染色体区域，从而缩小育种目标的范围。
同时，构建遗传图谱可以帮助科学家更好地理解物种的遗传结构和基因座位间的连锁关系，为育种的进一步研究提供了基础。
分子标记辅助的遗传育种实践已经在多个农作物中得到了成功应用。
例如，在水稻育种中，通过分子标记技术可以筛选出高产、抗病、抗虫等多种优良性状的基因，从而加速了新品种的培育。
此外，分子标记还可以用于小麦、玉米、大豆等农作物的育种中。
总之，分子标记辅助的遗传育种实践为农作物改良提供了一种高效、准确的方法。
通过利用分子标记技术，育种者可以更加精确地选择优良基因，加速杂交和选择的过程，并为育种研究提供基础。
随着技术的不断发展，分子标记辅助的遗传育种将在农业生产中发挥愈加重要的作用。
分子标记辅助选择在玉米育种中应用
分子标记辅助选择在玉米育种中的应用分子标记的应用极大地提高了性状选择的效率和准确性，在玉米育种中，分子标记辅助选择是通过分析与目标基因紧密连锁的分子标记来判断目标基因是否存在，大大加速目标基因的转移和利用，从而提高回交育种的效率，较早淘汰不利相关性状，设计和培育理想品种，其快速、准确的优越性已在实践中表现。
1 分子标记辅助选择在玉米育种中的应用1.1 品质性状利用分子标记辅助选择在优质蛋白、高赖氨酸等品质性状上取得一定进展。
白鹏飞等（2011）利用分子标记辅助选择构建qpm近等基因系，以phi057为特异性引物，对90个回交群体各世代进行选择，构建出一批来自不同遗传背景的qpm近等基因系。
梁国虎等（2011）利用基因内的分子标记获得的聚合家系不仅保持了良好的糯性，还显著提高了赖氨酸含量。
杨耀迥等（2010）利用与糯玉米隐性基因（w）x紧密连锁的3对ssr标记phio22、phio27和phio61进行辅助选择选育，在甜质s1家系早代实现了隐性纯合wxwx基因的分子标记辅助选择。
1.2 丝黑穗病玉米丝黑穗病是东北地区玉米的限制性病害，每年给农业生产造成巨大的损失。
石红良等（2005）以mo17（抗）×黄早四（感）分离群体，检测到一致性的qtl分别位于bin 2.09和3.04上。
吉林省农科院与中国农大合作玉米丝黑穗病基因定位，已将主效qtlqhsr1定位在第2染色体bin2.09区段内，找到主效qtl，解释36%的表型变异。
在主效qtl区域发展高密度分子标记，继续精细定位，最终将主效qtl限定在分子标记sts6及sts8的170 kb范围内，此区间发展14个分子标记。
吉海莲等（2007，2012）采用元分析技术，获得2个“一致性”抗病qtl，并选用抗玉米丝黑穗病自交系mo17和sh15为供体，与受体感病自交系黄早四和昌7-2构建回交群体（bc3f1＼bc4f2），通过连锁不平衡分析，在染色体2.09和3.04区段发掘和验证2个抗玉米丝黑穗病主效qtl，连锁标记分别为umc2077和phio53或bnlg1965。
分子标记辅助育种技术
分子标记辅助育种技术分子标记辅助育种技术是在水稻、小麦、玉米、大豆、油菜等重要作物上，通过利用与目标性状紧密连锁的DNA分子标记对目标性状进行间接选择，以在早代就能够对目标基因的转移进行准确、稳定的选择，而且克服隐性基因再度利用时识别的困难，从而加速育种进程，提高育种效率，选育抗病、优质、高产的品种。
（一）发展回顾我国的农作物分子标记辅助育种的研究始于90年代初，在过去的近十年时间里，取得了重要的研究进展：1.构建了水稻等作物的染色体遗传图谱；2.构建了水稻染色体物理图谱；3.利用分子标记对我国作物种质资源遗传多样性进行了初步的研究；4.对一些重要的农艺性状进行了定位、作图与标记，相应的基因克隆已在进行。
在基因组计划开展以来的短短的几年时间内，主要农作物的遗传连锁图的绘制均已完成。
1996年我国用RFLP标记对水稻进行作图，构建了水稻12条染色体的完整连锁图。
此后，又构成了有612个标记的水稻遗传连锁图，较好地满足水稻遗传育种工作的需要。
除水稻之外，还绘制了谷子的RFLP连锁图。
构建了大豆分子标记遗传框架图、小麦野生近缘植物小伞山羊草的连锁图以及小麦的第1、第5、第6染色体部分同源群RFLP连锁图等。
1997年，利用广陆矮4号水稻品种构建的BAC文库，建立了631个长度不同的跨叠群。
用水稻遗传图谱上的RFLP标记及STS标记确定了631个跨叠群在水稻12条染色体上的位置，绘制出了水稻的染色体物理图。
该物理图长为352284Kb，覆盖了水稻基因组的92%。
我国近年来对作物的重要性状，如育性基因、抗性基因及产量性状基因的作图与标记方面开展了大量研究工作。
在育性方面，找到了与光敏核不育水稻的光敏不育基因位点连锁的RFLP标记。
定位了水稻不育系5460F的育性隐性单基因tms1，并找到与之紧密连锁（1.2cM）的RFLP标记。
定位水稻野败不育系恢复基因的两个主效基因Rfi3和Rfi4，初步确定了与其中Rfi3基因紧密连锁(2.7cM)的RFLP标记，并已转化为STS标记。
分子标记辅助育种
扩 增 条 带 数 多态性标记数
Amp lified fragments
Poly morp hic fragments
7
7
12
4
9
5
6
4
8
8
10
5
8
5
8
712Βιβλιοθήκη 10976
6
5`-3`序列 Sequen ce
TTC(CCA)5 GAG(CGA)5 GTT(CGA)5 GCC(CGA)5 AAG(CGA)5 ATT(CGA)5 ATC(CGA)5 TAG(CGA)5 TTT(CGA)5 TCC(CGA)5
低 不是 高 少 中等
极高 不是 高 很少 很高
四、分子标记的原理和遗传特点
4.1 RFLP标记
1980年，Botstein和White等构建了人类遗传连 锁图，500多个RFLP位点，定位了Huntington病，CF （囊性纤维化）和癌相关基因（APC，DCC 等）。
4.2 RAPD 标记
1990年，Williams和Welsh等 • 技术：随机合成10-mer引物的PCR • 依赖：引物靶位点的突变 （显性效应）
< SSR标记 >
基本原理：以重复序列及两侧的特 异序列作模板，以与特异序列互补的特 异引物来扩增SSR等位基因，扩增产物在 高浓度的琼脂糖凝胶或聚丙烯酰胺凝胶 上电泳检测。
多态性来源:通常是SSR结构内部重 复单元的数量变化或重复单元的序列变 异引起的。
Simple Sequence Repeats － SSR
耗时
多
成本
高
RAPD 多数显性 较高 1～10
低
10～25
低 不是 低 少 较低
分子标记辅助选择
第十七章分子标记辅助选择育种分子标记：以DNA多态性为基础的遗传标记分子标记的特点：1、遗传多态性高；2、在基因组中大量存在且均匀分布；3、稳定性、重现性好；4、信息量大，分析效率高第一节 分子标记的类型及原理一、分子标记的类型1、以DNA-DNA杂交为基础的DNA标记技术：限制性片段长度多态性标记，简称RFLP标记；可变数目串联重复序列标记，简称VNTR标记；原位杂交，简称ISH2、基于PCR的DNA标记：1）单引物PCR标记；2）双引物选择性扩增的PCR标记；3）通过克隆、测序来构建特殊双引物的PCR标记。
3、基于PCR与限制性内切酶技术相结合的DNA标记。
分为两类：限制性酶切片段的选择性扩增，如AFLP；PCR扩增片段的限制性酶切，如CAPs4、基于单核苷多态性的DNA标记：单核苷酸多态性，简称SNP二、主要分子标记1、RFLP（Restriction Fragment Length po1ymorpams）限制性片段长度多态性1980，Bostein用限制性内切酶酶切不同个体的基因组DNA后，含有与探针序列同源的酶切片段在长度上的差异。
（1）RFLP标记的原理基因组DNA序列上的变化：碱基替换、插入、缺失或重复造成某种限制性内切酶（restriction enzymes ）酶切位点的增加或丧失以及内切酶酶切位点间DNA片段变化（1）RFLP标记的分析步骤（2）RFLP分析探针单拷贝或寡拷贝探针来源：cDNA克隆；基因组克隆（Random Genome）；PCR克隆（3）RFLP标记的特点优点：①数目几乎无限；②共显性；③可以利用现有探针，具有种族特异性；④RFLP标记遍及全基因组；⑥重复性好缺点：成本较高;一个探针只能产生一个多态位点；需要许多克隆探针；所需DNA量大(5～15μg)；易造成环境污染2、RAPD（Random Amplification Polymorphism DNA）随机扩增多态性DNA1990,Williams通过PCR扩增染色体组DNA所获得的长度不同的多态性DNA片段。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 主要包括贮藏蛋白、同工酶和等位酶等。种子中的 贮藏蛋白主要包括白蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷 蛋白四种。不同植物种子中的贮藏蛋白含量不同。
• 生化标记的使用首次突破了把整株样品作为研究材 料进行分析的方式，并可以直接反映基因产物的差 异，受环境的影响较小。但标记数量远远不能满足 实际的需要。
2. 细胞学标记(cytological markers)：
• 是指细胞内染色体的变化，包括染色体数目的变化 (如单体、缺体、三体、四体 )或染色体结构的变异 (如缺失、易位、倒位、重等 )。可通过染色体核型 （染色体数目、大小、随体有无、着丝粒位置等）和 带型（C、N、G等）分析来测定基因所在的染色体及 相对位置，或通过染色体置换等进行基因的定位。
棉花多标记基因材料
品系 基因符号
标记性状
品系 基因符号
标记性状
T586
R1
R2
Y1
T1
P1
N1
Lc1
L20
红株 花瓣斑点
黄花瓣 密生茸毛
黄花粉 光籽
棕色纤维 鸡脚叶
T582
cl1
v1
cu
fg
gl1
丛生铃 芽黄 杯状叶 窄卷苞叶 无腺体
第18章 分子标记辅助育种
普通玉米与高直链淀粉玉米籽粒形态
高
直
普
形态学标记（morphological marker） 细胞学标记(cytological marker) 生化标记(biochemical marker) 分子标记(molecular marker)：DNA分子遗传
标记，或DNA标记。
第18章 分子标记辅助育种
1. 形态标记(morphological markers)： • 是指植物的外部形态特征，如矮秆、白化、黄化、
分子标记辅助选择育种特点和方法
第18章 分子标记辅助育种
作物育种对农业的贡献
• 农作物优良新品种的推广应用在提高产量方面的贡 献率约占40%。
• 建国以来，已先后培育出40多种农作物的5000多个 新品种和组合，使我国农作物品种平均更新了3~4 代，每更新一次，农作物增产约10%-30%。
• 水稻从单季稻改为双季稻、高杆改为矮杆、常规稻 改为杂交稻、常规杂交稻改为超级杂交稻等几次重 大的变革均离不开品种改良。
链
通
淀
玉
粉
米
玉
米
➢ 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。
第18章 分子标记辅助育种
• 形态标记的不足之处 （1）数量有限，而人工培育形态标记材料的周期长； （2）一些形态标记的多态性差，易受环境因素的影 响； （3）一些形态标记对植株的表型影响太大，与不良 性状连锁。
第18章 分子标记辅助育种
第18章 分子标记辅助育种
第一节.遗传标记
遗传标记（genetic marker）:指可追踪染色体、 染色体某一节段、某个基因座在家系中传递的任 何一种遗传特性。它具有两个基本特征，即可遗 传性和可识别性；因此生物的任何有差异表型的 基因突变型均可作为遗传标记。
第18章 分子标记辅助育种
遗传标记的类型
第18章 分子标记辅助育种
• 同工酶(isozyme)：电泳所可区分的同一种酶（系统）的 不同变化。
• 等位酶(allozyme)：由一个位点的不同等位基因编码的 同种酶的不同类型，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. 分子标记 (molecular markers) • 是指基因组DNA分子水平之间的差异。 • 优越性： （1）直接以DNA的形式表现； （2）数量多，遍及整个基因组，检测位点近乎无限； （3）多态性高，不需要专门创造特殊的遗传材料； （4）不影响目标性状的表达，与不良性状无必然的连
第18章 分子标记辅助育种
• 细胞学标记的不足之处： （1）细胞学标记材料的选育需要花费大量的人力和较
长的时间； （2）某些物种对染色体数目和结构变异反应敏感，有
些则适应变异的能力差； （3）一些不涉及染色体数目、结构变异或带型变异的
性状则难以用细胞学方法检测； （4）难以开展基因的精细定位。
第18章 分子标记辅助育种
第18章 8章 分子标记辅助育种
• PCR由变性--退火--延伸三个基本反应步骤构成
• ①变性：模板DNA经加热至94℃左右，使模板DN A双链解开成为单链，以便它与引物结合；
• ②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；
锁； （5）有许多分子标记表现为共显性。
第18章 分子标记辅助育种
第二节 分子标记的主要类型及基本原 理
(一)DNA的半保留复制机 制
第18章 分子标记辅助育种
第18章 分子标记辅助育种
(二)PCR的基本原理
• PCR是一种选择性体外扩增DNA或RNA的方法。D NA模板-引物结合物在Taq DNA聚合酶的作用下， 以dNTP为反应原料，靶序列为模板，按碱基配对 与半保留复制原理，合成一条新的与模板DNA 链 互补的半保留复制链重复循环变性--退火--延伸三 过程，就可获得更多的“半保留复制链”，而且这 种新链又可成为下次循环的模板。每完成一个循环 需2～4分钟， 2～3小时就能将待扩目的基因扩增 放大几百万倍。
变态叶、雄性不育等。广义上还包括色素、生理特 征、生殖特性、抗虫抗病性等。 • 形态标记的获得
一般通过自然突变或物化诱变来获得具有特定形 态特征的遗传标记材料，然后通过两点或三点连锁 测定法确定标记基因与目标性状之间的关系。
通过不同标记基因材料之间的相互杂交，可以选 择出具有多个标记基因的材料。
第18章 分子标记辅助育种
第18章 分子标记辅助育种
传统育种手段的不足
• 传统育种一般是首先通过各种途径创造遗传变异， 然后从分离群体的后代中进行优化选择和评价，而 这种选择是建立在植株的表现型基础之上的，这就 要求育种家必须具有丰富的实践经验，而且费时、 费力。
• 作物的许多重要农艺性状为数量性状，如产量等； 或为多基因控制的质量性状，如抗性等；或为表型 难以准确鉴定的性状，如根系活力等。此时根据表 现型来对性状遗传力进行评价是不确切的，因而选 择是低效的。