第八章-分子设计育种..

体位置、相关参考文献、各种类型的水稻品种资源、
三、分子设计育种的步骤
发掘控制育种性状的基因、明确不同等位基 因的表型效应、明确基因与基因以及基因 与环境之间的相互关系。
在基因 定位和各种遗传研究的基础上,利用已 经鉴定出的各种重要育种性状基因的信息, 包括基因在染色体上的位置、遗传效应、 基因之间的互作、基因与背景亲本和环境 之间的互作等，模拟预测各种可能基因型 的表现型，从中选择符合特定育种目标的 基因型。
v水稻生物信息库
Δ（ ） Δ: Δ 日本的水稻基因组计划的网址, 是整个国际水稻基因组测序 计划的重要网站之一。 该网站目前主要是免费发布粳稻“日本 晴”全基因组、 序列的测序信息。 Δ（ ） Δ Δ 美国国立生物技术信息中心，国际上几个重要分子生物信息 网站之一，含籼稻93- 11 基因组序列数据库。
Δ
Δ: Δ 禾本科作物比较基因组学的重要网站。提供水稻、
玉米、大麦、小麦、高粱、拟南芥的序列信息, 特点 是重视水稻与其他作物的比较。该网站搜罗了禾本 科各作物的重要遗传标记连锁图, 提供各种类型的分 子标记, 水稻、玉米、小麦种质资源等位基因 和变 异的信息和水稻各种代谢途径图。
Δ
Δ: Δ 收集水稻各方面的资源信息。水稻基因及其染色
∆ 分子设计育种 ∆— 以生物信息学为平台，以基因组学和蛋白 组学等数据库为基础，综合作物育种学流程中 的作物遗传、生理、生化、栽培、生物统计等 所有学科的有用信息，根据具体作物的育种目 标和生长环境，在计算机上设计最佳方案，然 后开展作物育种试验的分子育种方法。 ∆—与传统育种技术相比，分子设计育种更为精 确、更加高效率，能够实现从“经验育种”到 “精确育种”的转化。
第八章 分子设计育种
一、概念的提出：
国外：
设计育种( )， 和 (2003)。 在基因定位的基础上, 构建近等基因系, 利 用分子标记聚合有利等位基因, 实现育种目标。 基因组学辅助育种( )， ( 2005)。 在获得全 基因组序列的基础上，根据事先进行的虚拟 基因组设计方案，通过一系列的育种手段和 过程，培育聚集大量有利基因、基因组组配 合理、基因互作网络协调、基因组结构最为
❖ 2007年，我国863计划现代农业技术领域启动了“动植物品种 分子设计”专题。
❖ —以主要植物（水稻、小麦、玉米、大豆、棉花等）、动物 （猪、牛、鸡等）为研究对象。
❖ —重点研究：重要性状的分子构成解析；转基因技术；优异 性状多基因聚合；品种分子设计的信息系统；品种分子设计 工程；品种分子设计的技术体系与验证。
❖ 相关背景
❖ 在我国人口、资源、环境等刚性条件约束下，培育高产、优 质、高效作物新品种是确保我国粮食安全、促进农业可持续 发展的重要途径之一。
❖ 作物分子（设计）育种成为国家相关战略规划确定的优先发 展方向并得到了国家科技计划的重点支持。
❖ 2006年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（ 2006—2020年）》将动植物品种与药物分子设计技术确定为 前沿技术。
2、育种模拟工具日益成熟并在育种中应用 目标基因型的预测、育种方法的优化须借助适当的 模拟工具。
—，用于不同育种方法的比较、研究显性和上位性选 择效应、利用已知基因信息预测杂交后代的表型以 及分子标记辅助选择过程的优化。
—，用于杂交种育种策略的模拟和优化、不同杂交种 育种方案的比较。
—，用于轮回选择与标记辅助选择的方案优化。 育种模拟工具可以克服田间试验耗时长、难以重复 的局限性, 通过大量模拟试验全面比较不同育种方 法的育种成效
二、开展分子设计育种的基本条件 1、高密度分子遗传图谱和高效的分子标记检测技术 2、重要基因的定位及其功能 大规模定位控制目标作物各种性状的重要基因，明确其功 能。 掌握这些关键基因的等位变异及其对表型的效应。 充分的了解基因间互作(包括基因与基因之间的互作以及基 因与环境的互作等) 3、建立并完善可供分子设计育种利用的遗传信息数据库。 4、构建可用于设计育种的种质资源与育种中间材料。
➢ 国家自然科学基金项目 ➢ — 2008年，“利用计算机模拟探索抗胞囊线虫大豆品种分子设计育种方法
”。
➢ — 2009年，“基于单片段代换系（）的水稻分子设计育种技术体系的建立 ”。
➢ 2008年，中国科学院启动了“小麦、水稻重要农艺性状的分子设计及新品 种培育推广”重大项目，最终目的是建立和完善多基因组装分子设计育种 的理论和技术体系，实现传统遗传改良向品种分子设计的跨越。
分析达到目标基因型的途径，制定生产品种
万建民，2007年。
王健康和万建民，2011年。
四、分子设计育种的研究现状 （一）我国的研究现状 1、水稻遗传研究材料更加丰富多样、重要性状的 遗传研究日趋深入。 ——已创制出类型多样的水稻遗传研究群体, 对大 多数育种性状已开展 定位、基因精细定位和克隆 研究。 ——我国已建立了水稻多套染色体片段置换系（导 入系）群体，大量的突变体和近等基因系群体，这 些群体可用于基因的精细定位、克隆和功能验证、 基因间的互作、基因聚合等研究。 ——我国在定位和分子标记辅助育种领域的基础研 究方面力量较强，论文数量位居世界第二，在论文 数量排名前10位机构中，我国的大学和研究机构 共占据5个席位。
3、开展分子设计育种、建立设计育种技术体系
万建民和等利用粳稻品种为背景、籼稻品种24 为供 体的65个染色体片段置换系()开展水稻粒长和粒宽 性状的 分析, 根据 分析结果设计出大粒目标基因 型, 并提出实现目标基因型的最佳育种方案; 随后 开展分子设计育种, 于2008年选育出携带籼稻基 因组片段的大粒( 长× 宽 > 8.5 × 3.2 ) 粳稻材料。
➢ 2008年，973计划在农业领域设立了作物分子设计项目“主要作物高产、 优质品种设计和选育的基础研究”。
➢ — 研究主要作物（小麦、玉米、大豆等）高产和优质性状的遗传机理，鉴 定出具有重要实用价值的分子靶点；通过常规和分子育种手段的结合，创 制在产量、品质等目标性状上表现突出的育种材料；建立多基因组装育种 的理论和方法体系。