作物育种学总论 分子标记辅助选择育种
分子标记辅助选择技术及其在作物育种上的应用研究
分子标记辅助选择技术及其在作物育种上的应用研究目录1. 引言1.1 背景和意义1.2 结构概述1.3 目的2. 分子标记辅助选择技术2.1 分子标记的定义和分类2.2 常用的分子标记技术2.3 分子标记辅助选择技术的原理和方法3. 作物育种中的应用研究3.1 传统育种与分子标记辅助选择育种的对比3.2 分子标记辅助选择在作物抗病性改良中的应用研究3.3 分子标记辅助选择在作物品质改良中的应用研究4. 分子标记技术在现代作物育种中面临的挑战和前景展望4.1 技术挑战及其解决方案4.2 应用潜力与发展前景5. 结论5.1 总结已有研究成果5.2 展望未来发展方向和价值所在1. 引言1.1 背景和意义随着人口的不断增长和资源的有限性，如何提高作物的产量、品质和抗病能力成为全球农业面临的重要问题。
传统育种方法虽然可以改良作物，但其进展缓慢且存在许多局限性。
近年来，分子标记辅助选择技术的出现为解决这一问题提供了新的途径。
这项技术利用分子标记对作物基因组进行精确分析和筛选，从而加速育种过程，并在遗传改良上取得了显著成果。
1.2 结构概述本文将首先介绍分子标记辅助选择技术的定义和分类，然后探讨常用的分子标记技术以及相应的原理和方法。
接下来，将重点关注该技术在作物育种中的应用研究，并与传统育种方法进行比较。
特别是，我们将探讨分子标记辅助选择在作物抗病性改良和品质改良方面的应用案例。
此外，我们还将对分子标记技术在现代作物育种中面临的挑战及其解决方案进行深入讨论。
最后，本文将总结已有的研究成果，并展望未来分子标记辅助选择技术在作物育种领域的发展方向和价值。
1.3 目的本文的主要目的是全面介绍分子标记辅助选择技术及其在作物育种上的应用研究。
通过对该技术原理、方法以及实际应用案例的深入探讨，旨在加深读者对该领域的理解，并为相关研究提供参考和启示。
此外，本文还将探讨分子标记技术在现代作物育种中面临的挑战，并提出一些解决方案，为该技术未来的发展提供思路和指导。
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。
分子标记辅助选择育种-use
PSM16 PSM30 (AC134231) PSM29 (AC135257) RM338 (AC136284) PSM17 PSM19 (AC107619) PSM55 PSM56 (AC107619) PSM21 PSM47 (AC082644) PSM50 PSM51 (AC087220) PSM48 (AC084765) PSM377 (AC103551) PSM378 (AC079853) PSM379 (AC118134)
Minghui 63 (Xa21)
Markeraided transfer of Xa21 （Chen Sheng and Zhang Qifa）
MH63(Xa21)
MH63(CK)
基因转移实例2
华小黑1号的培育
用高产品种华粳籼74为受体，黑米品种联鉴33为供体， 通过杂交、回交和分子标记辅助选择相结合的方法，将联 鉴33的黑米基因所在的染色体片段转移到华粳籼74中去， 培育出高产的水稻黑米新品种——华小黑1号。
5
6
1.5 3.0 4.6 6.5 12.0
14.1
16.0 17.9 19.6 21.7 23.6 24.7 25.0 29.1 31.1 36.4 37.2 41.4 43.5 48.5 49.4 52.7 54.3
60.7 62.7
66.1 69.0 72.2 74.5 76.2 77.4 80.7 83.2 86.0
4
3.1 5.4 7.9
12.2
17.5 18.3 20.9 23.3
27.0
30.8
36.2
41.5 42.8 46.2 49.7 51.2
第十八章分子标记辅助选择育种
在育种实践中经常可以看到这种情形：
采用两个相同的亲本进行杂交，从同一杂交组合中有 人选出了品种，而有些人则一无所获。
为什么？？
道理很简单，每个亲本有许许多多性状，两个亲本杂 交，其后代可出现成千上万种基因组合。如何将最好 的基因型挑选出来，这不仅取决于育种家的理论知识 和正确的育种方案，更重要的是育种家敏锐的眼光和 育种经验。与此同样重要的是还需要具备使优良基因 型充分表达的外界环境条件。
完成作物育种的任务主要取决于以下三个方面
1.亲本，亲本中必须包括育 种目标所需的基因资源， 并且这种基因资源是可供 育种家方便利用的
2.采用合理先进的育种方法， 将优良基因重组在一起
3.准确、可靠的鉴定技术， 把优良基因型挑选出来并 鉴定出它在一定的自然气 候条件、生产条件下的适 应能力和生产潜力
关系，研究各种性状之间的相关，寻找准确可靠的 鉴定方法和最佳选择方法。
近十年来，分子生物学技术的发展为植物
育种提供了一种基于DNA变异为基础的新型 遗传标记，与形态标记、细胞学标记和生化
标记相比，是从基因型选择基因型。
RFLP
M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
◆聚合酶链式反应(polymerase chain reaction，PCR) 是体外快 速扩增DNA的方法 。 ◆ PCR反应包括三个步骤：
二、遗传标记应具备的条件：
1.多态性高 2.表现共显性，能够鉴别出纯合基因型和杂合基因型 3.对主要农艺性状影响小 4.经济方便，容易观察记载
三、遗传标记种类
1.形态标记
形态标记：即植物的外部形态特征。指那些能够用肉 眼明确观测的一 类外观特征性状。
形态标记性状： 植株高矮、粒型、粒色、穗 形、白化、 变态叶、矮秆、紫鞘、卷叶等； 也包括色素、生理特性、生殖特性、 抗病虫性等有关的一些特性。
分子标记辅助选择育种特点与方法
• 扩增片段长度多态性（Amplified fragment length polymorphisms，AFLP）
• 序列标签座位（Sequence-tagged sites，STS） • 序列特征化扩增区域（Sequence charactered
Simple sequence repeat
随机扩增多态性 DNA
扩增片断长度多态 性
简单序列重复
Simple mucleotide polymorphism
分子标记辅助选择育种特 点和方法
单核苷酸多态性
(二)RAPD标记
第18章 分子标记辅助育种
• 对于特定的遗传材料，如果基因组在特定 引物结合区域发生DNA片段插入、缺失 或碱基突变，就可能导致特定引物结合位 点分布发生相应变化，导致PCR产物增加、 缺少或发生分子量变化,通过电泳分析即 可检测出基因组DNA在这些区域的多态 性。
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
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
五、分子标记的原理和遗传特性
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
F1 P1 P2
显性标记
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
F1 P1 P2
共显性标记
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
五、几种主要的ＤＮＡ分子标记
英文缩 写
RFLP
STS RAPD
AFLP
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
分子标记辅助选择育种发展策略
分子标记辅助选择育种发展策略作者：苏成付来源：《安徽农业科学》2014年第15期摘要分子标记辅助选择技术提高了对作物目标基因选择的准确性，极大地缩短了育种进程，成为目前国内外广大育种家和科研工作者广泛研究的热点。
文中针对分子标记辅助选择育种存在的关键问题，提出了分子标记辅助选择育种发展策略，为分子标记辅助选择育种提供理论依据。
关键词分子标记辅助选择；数量性状位点；育种；策略中图分类号 S188 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）15-04591-02Abstract Marker-assisted selection （MAS） technology is the focus which carried out widespread by breeders and research workers for reasons of MAS can greatly shorten the breeding process and compensate shortcomings of traditional plant breeding selection technique with low accuracy. The development strategy of MAS breeding was raised after analyzing the key problem in MAS breeding process， which will provide a theoretical basis for MAS breeding.Key words Marker-assisted selection （MAS）； Quantitative trait loci （QTL）； Breeding；Strategy在农作物新品种选育过程中，传统的个体选择方法直接对符合育种目标的农艺性状进行选择，因此选择的是表型，而不是基因型，农作物个体表现型和基因型之间有一定的关联，但存在较大偏差。
主要蔬菜作物基因定位与分子辅助选择育种
主要蔬菜作物基因定位与分子辅助选择育种随着人口的增加和生活水平的提高，蔬菜作为重要的食物来源，其品种改良和育种技术也日益受到重视。
传统的育种方法虽然能够获得一些优良的蔬菜品种，但是其效率低、周期长、成本高等问题逐渐暴露出来。
随着分子生物学和生物技术的发展，基因定位与分子辅助选择育种成为了蔬菜作物育种领域的热点。
本文将从基因定位与分子标记技术、蔬菜作物的基因定位与功能研究、分子辅助选择育种等方面展开讨论。
一、基因定位与分子标记技术基因定位是指将某一性状或功能与植物染色体上的某一位置联系起来，分子标记技术则是利用DNA片段的特异性作为标记，帮助研究者了解这些基因的位置。
目前常用的分子标记技术主要包括PCR（聚合酶链反应）、RFLP（限制性片段长度多态性）、AFLP（扩增片段长度多态性）、SSR（简单重复序列）和SNP（单核苷酸多态性）等技术。
这些技术能够对植物的DNA进行高效、高通量的检测和分析，为基因定位和育种提供了重要的技术手段。
二、蔬菜作物的基因定位与功能研究蔬菜作物的抗病性、抗逆性、产量性状等都是育种的重要目标，而这些性状的背后往往有着复杂的调控网络和遗传基础。
基因定位与功能研究通过分子标记技术能够更准确地找出相关的基因和形成基因图谱，从而揭示这些性状的遗传基础，为育种目标的确定和品种改良提供了重要的依据。
番茄的产量性状和果实品质等性状的基因定位研究不仅揭示了这些性状的遗传机制，也为番茄的育种改良提供了重要的依据。
三、分子辅助选择育种分子辅助选择育种是指利用分子标记技术辅助育种工作，从而提高品种育种的效率和精度。
通过分子标记技术，可以对育种材料进行快速的鉴定和筛选，同时也可以进行亲本选择和杂交组合的优化，从而加快新品种的育成速度。
通过分子标记技术可以提前鉴定出一些重要性状的分子标记，从而在育种过程中进行高效的选择。
在蔬菜作物中，分子辅助选择育种已经取得了一些成果。
番茄的早熟性状、耐盐性状和抗病性状等都可以通过分子标记技术进行快速鉴定和选择，从而加速这些性状的改良和优化。
水稻育种中的分子标记辅助选择技术
水稻育种中的分子标记辅助选择技术水稻是我国的主要粮食作物之一，也是世界上最为重要的粮食作物之一。
为了满足人们的需求，不仅需要增加产量，还需要提高水稻的抗病性、耐旱性等方面的性状，从而提高稻米的质量和产量。
为了实现水稻优良性状的选育，目前的育种工作中，分子标记辅助选择技术被广泛应用，成为水稻育种的重要手段。
一、什么是分子标记辅助选择技术分子标记辅助选择技术是指利用分子标记技术对水稻种群进行筛选和选择，以实现快速、高效、精准的选育。
分子标记是一种基于DNA序列的分析方法，是利用分子生物学技术分析和鉴定生物体间或同一生物体内不同基因型的分析方法。
通过在DNA序列上标记其不同的基因型，可以识别水稻种群中存在的不同基因型，从而实现对水稻的选育。
二、分子标记辅助选择技术的应用分子标记辅助选择技术在水稻育种中应用广泛。
主要包括四个方面：1.遗传多样性鉴定水稻遗传多样性是指不同地域、不同种类、不同品种水稻之间的遗传变异。
通过分子标记技术可以对水稻的遗传多样性进行鉴定，研究水稻种群之间的亲缘关系，为水稻遗传资源的保护和利用提供重要的科学依据。
2.形态指标筛选水稻的形态指标是指生长发育各阶段的形态特征，包括穗长、穗粒数、茎粗、叶片长度等。
通过分子标记技术，在水稻种群中寻找与形态指标相关的分子标记，可以快速、高效、精准地筛选出拥有优良形态性状的杂交种。
3.抗病性状筛选水稻的抗病性状是指抵御外界环境压力的能力，包括对病害菌的抵御能力、对病害环境的适应能力等。
通过分子标记技术，在水稻种群中寻找与抗病性状相关的分子标记，可以快速、高效、精准地筛选出拥有优良抗病性状的杂交种。
4.耐旱性状筛选水稻的耐旱性状是指适应干旱环境的能力，包括耐旱、耐盐碱、耐寒等。
通过分子标记技术，在水稻种群中寻找与耐旱性状相关的分子标记，可以快速、高效、精准地筛选出拥有优良耐旱性状的杂交种。
三、分子标记辅助选择技术的优点1.快速高效分子标记技术可以快速、高效地对水稻种群进行筛选和鉴定，可以在很短时间内筛选出具有优良性状的水稻种群。
- 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)。
Requires: - target DNA - thermostable DNA polymerase (Taq) - oligonucleotide primer(s) (7-30nt) - dNTPs + Mg++
分子标记的特点：
（1）直接以DNA的形式表现，表现稳定 （2）数量多 （3）多态性高 （4）表现为中性，不影响目标性状的表达； （5）许多标记表现为共显性的特点，能区别
纯合体和杂合体。 （6）成本不太高
二、分子标记的原理和遗传特性
(一)RFLP标记 1.RFLP标记的原理
植物基因组DNA上的 碱基替换、插入、缺失 或重复等，造成某种限 制性内切酶酶切位点的 增加或丧失，从而产生 限制性片断长度多态 性。
列信息，因此其开发有一定困难，费用也较高。
英文缩 写
RFLP
STS RAPD
AFLP
SSR SNP
几种主要的ＤＮＡ分子标记
英文名称
中文名称
Restriction fragment Iength polymorphism
Sequence tagged site
限制性片段长度多 态性
序列标签位点
R andom amplified polymorPhic DNA
RFLP 为 例）
MM类型的分子标记所代表的目标基 因型及其频率
选择的正确率随 重组率的增加而 迅速下降。重组 值越小，其错选 率越低。
如果要求至少选到 一株目标基因型的 概率为P，则必须选 择具有标记基因型 MM的植株至少为：
n＝log（1-P）/log（1-p）
式中p＝（1－r）2
对基因组中其他部分（即遗传背景）选择，称 为背景选择（background selections）。背景选择 的对象几乎包括了整个基因组，因此，这里 牵涉到一个全基因组选择的问题，在分离群 体中，由于在上一代形成配子时同源染色体 之间会发生交换，因此每条染色体都可能是 由双亲染色体重新组装的杂合体。
Amplified frangment length Polymorphism
Simple sequence repeat
随机扩增多态性 DNA
扩增片断长度多态 性
简单序列重复
Simple mucleotide polymorphism
单核苷酸多态性
分子标记的遗传基础
标记辅助选择的主要方面是对目标基因的选择， 有人称之为前景选择（foreground selection）。 前景选择的可靠性主要取决于标记与目标基因间 连锁的紧密程度。若只用一个标记对目标基因进 行选择，则标记与目标基因间的连锁必须非常紧 密，才能够达到较高的正确率。
①分子标记与目标基因紧密连锁
②标记实用性强，重复性好，而且能够经 济简便地检测大量个体。
③不同遗传背景选择有效。
第二节 重要农艺性状基因连锁标记 的筛选技术
一、遗传图谱的构建与重要农艺性状基 因的标记
遗传作图的原理
其原理是基于染色体的交换与重组。在细胞 减数分裂时，非同源染色体上的基因相互独立， 自由组合，而位于同源染色体上的连锁基因在减 数分裂前期I非姊妹染色单体间的交换而发生基因 重组，用重组率来表示基因间的遗传距离。遗传 图谱只显示基因间在染色体上的位置，并不反映 DNA的实际长度。
DNA提取 基
用DNA限制性内切酶消化
本 凝胶电泳分离，转移到滤膜上
步 Southern杂交
骤 放射性自显影或酶学检测源自2）特点 A 无表型效应，RFLP标记的检测不受环境条件和发育
阶段的影响。 B RFLP标记在等位基因之间是共显性的，因此在配制
杂交组合时不受杂交方式的影响。 C 在非等位的RFLP标记之间不存在上位效应，因而互
供体
M
R
受体
m
r
M
m
R
r
RR Rr rr
(1-r)2 2r(1-r) r2
目标基因与DNA标记间的遗传距离位p
亲本中DNA标记的带型
M—抗性标记 R—抗性基因 m—感病标记 r—感病基因
F1杂种中DNA标记的带型
在F2分离群体中分子标记类型 即MM,Mm,mm
利 用
MAS 的 遗 传 基 础 （以
分子标记的优越性
1.克服性状表现型鉴定的困难 2.允许早期选择 3.控制单一性状的多个（等位）基因的利用 4.允许同时选择多个性状 5.可进行性状非破坏性评价和选择 6.从育种进程考虑，可加快育种进程，提高
育种效率
三.分子标记辅助选择应具备的主要条件 A：与目标基因紧密连锁的分子标记 B: 简便快捷的标记检测方法
生化标记
主要包括同工酶和等位酶标记。同工酶是：指结构 不同、功能相似的酶，也即具有同一底物专一性的 不同分子形式的酶。属于一个以上基因座位编码的 酶的不同形式；而等位酶是指由一个基因座位的不 同等位基因编码的酶的不同分子形式。分析方法是 从植物组织的蛋白粗提物中通过电泳和组织化学染 色法将酶的多种形式转变成肉眼可辩的酶谱带型。
BC1F1
×
BCnFn NIL
http:/soft/list/html
三、群体分离分析法与重要 农艺性状基因的标记
P:
R/R
r/r
F1:
R
r
F2:
Rr
分离 群体
抗性 鉴定
分子 标记 辅助 选择
结果 抗 感 杂 杂 杂 感 杂 抗 感 杂 抗 杂 杂 抗 感
基因的连锁强度，标记与基因连锁得愈紧密， 依据标记进行选择的可靠性就愈高。
此外，重组值r也影响到由该标记位点等位 基因分离产生遗传方差的大小r值越小，遗传方 差越大，数量性状的选择效率越高。
2 性状的遗传率
性状的遗传率极大地影响MAS选择效率。遗 传率较高的性状，根据表型就可较有把握地对 其实施选择，此时分子标记提供信息量较少， MAS效率随性状遗传率增加而显著降低。利用 MAS技术所选性状的遗传率应在中度(0.3～0.4) 会更好。
（三）AFLP
• 1.原理
2.AFLP标记的主要特点有：
（1）由于AFLP分析可以采用的限制性内切酶及选择性碱基 种类、数目很多，所以该技术所产生的标记数目是无限 多的；
（2）典型的AFLP分析，每次反应产物的谱带在50-100条之 间，所以一次分析可以同时检测到多个座位，且多态性 极高；
（3）表现共显性，呈典型孟德尔式遗传；
• 与形态标记、细胞学标记相比，生化标记具两个方 面的优点：一是表现近中性，对植物经济性状一般 没有大的不良影响；二是直接反映了基因产物差异， 受环境影响较小。但目前可使用的生化标记数量还 相当有限，且有些酶的染色方法和电泳技术有一定 难度，因此其实际应用受到一定限制。
一、分子标记标记的类 型和特点
目前的分子标记类型
第一类是以分子杂交为核心的分子标记技术，包括RFLP、 DNA指纹技术（DNA Fingerprinting）等； 第二类是以PCR为核心的分子标记技术，包括RAPD、简单 序列重复标记SSR、序标位STS、序列特征化扩增区域 SCAR等； 第三类是一些新型的分子标记，如：SNP标记、表达序列标 签EST标记等。
✓ 构建遗传图谱的主要环节：
① 根据遗传材料之间的多态性确定亲本组合， 建立作图群体。
② 对群体中不同植株的标记进行基因性分析。 ③ 借助计算机程序构建连锁群
构建遗传图谱，首先要选择合适的亲 本及分离群体，而且亲本之间的差异 不宜过大，否则会降低所建图谱的准 确度和适用性。
用于分子标记的遗传作图可分为两类： a)暂时性分离群体，包括F2群体、BC 等 b)永久性分离群体，包括重组自交系群 体、加倍单倍体群体等
四、数量性状基因的定位
四.影响分子标记辅助选择 (MAS) 的因素
大量理论和实践研究表明，影响 MAS 选择效率的因素非常复杂，其中 标记与基因 (QTL) 之间的距离、目标 性状的遗传率、群体大小和性质、选 用分子标记数目以及标记与基因 (QTL) 的连锁相等是重要因子。
1 标记与连锁基因 (QTL) 间的连锁程度 前景选择的准确性主要取决于标记与目标
How to use a genetic marker for marker-assisted selection
Weaver Carrier Sire
M1
M2
W
+
M1
M3 M2
M3
W
++
+
W=Weaver +=Normal
目标基因的标记筛选（gene tagging）是 进行分子标记辅助选择（MAS）育种的基 础。用于MAS育种的分子标记须具备三个 条件：
（二）RAPD标记
1.RAPD标记原理
RAPD标记的主要特点有： （1）不需DNA探针，设计引物也无须知道序列信息； （2）显性遗传（极少数共显性），不能鉴别杂合子和纯合
子；
（3）技术简便，不涉及分子杂交和放射性自显影等技术； （4）DNA样品需要量少，引物价格便宜，成本较低； （5）实验重复性较差，结果可靠性较低。
自花授粉作物作图群体的构建方法
P1×P2
F1
F1 F1×P1
F2
F3
B1:BC1
F1×P1
F1×P1
B2:BC2
DHL
F4
异花授粉作物作图群体的构建方法 ABCDEfG
杂合F1
AbcdEf g
×
AbCDEfG
对B、D、G位点来说，相当于F2
对A、C、E位点来说，相当于测交 F位点不分离