分子育种
《分子育种》课件
基因编辑技术为农作物和动物的遗传改良提供了强有力的工具，可以实现对特定基因的敲除、敲入和敲减等操作，从而达到改良品种和提高生产性能的目的。
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历史回顾
自20世纪50年代以来，分子育种经历了从传统育种到基因工程育种的发展历程，技术手段不断更新和完善。
02
分子育种技术
基因克隆技术是一种通过无性繁殖的方式，将一个DNA片段复制出多个相同片段的技术。
该技术包括限制性内切酶、DNA连接酶和质粒等关键酶和元件，通过限制性内切酶将DNA双链切开，再利用DNA连接酶将切开后的DNA片段与质粒连接，最后将连接产物导入宿主细胞中，实现基因的克隆。
特点
提高育种效率
分子育种能够大幅度缩短育种周期，提高育种效率，加速新品种的培育进程。
优化品种性状
通过精确地定向改良，分子育种能够显著改善品种的性状，提高农作物的产量、品质和抗逆性。
促进农业可持续发展
分子育种有助于培育抗病虫害、抗除草剂等新品种，减少化学农药的使用，降低环境污染，促进农业可持续发展。
提高玉米的抗逆性和产量，减少农药使用，降低生产成本，对保障全球粮食安全具有重要意义。
转基因玉米的争议
关于转基因食品的安全性、对环境和生态的影响等方面存在争议，需要进一步研究和评估。
转基因玉米的研发过程
利用转基因技术将抗虫、抗病、抗旱等外源基因导入玉米细胞，经过组织培养获得转基因植株，再经过多代选育和试验，最终获得具有优良性状的转基因玉米品种。
通过基因工程技术，研发新型疫苗，预防传染病。
疫苗研发
植物分子育种
后来又与PCR技术结合，发明了mRNA差异显示技 术。
园艺植物育种学—分子育种
第一节 基因工程与育种
二、植物基因工程的方法和步骤 1、目的基因的分离和克隆 （3）转座子标签法及T-DNA插入突变法
园艺植物育种学—分子育种
第一节 基因工程与育种
一、基因工程的概念与作用 2、基因工程的作用 抗病基因工程 抗虫基因工程 抗除草剂基因工程 抗逆境基因工程 提高果实耐贮性和切花寿命基因工程 提高产量和改良品质基因工程
园艺植物育种学—分子育种
第一节 基因工程与育种
一、基因工程的概念与作用 2、基因工程的作用 （1）抗病基因工程 植物病原物有病毒、细菌和真菌，分别针对三者的抗病 基因有： 抗病毒基因： CP基因 （病毒外壳蛋白基因）、病毒复制酶基因、 干扰素基因 、核糖体失活蛋白基因
园艺植物育种学—分子育种
第一节 基因工程与育种
一、基因工程的概念与作用 2、基因工程的作用 （6）提高产量和改良品质基因工程 在品质方面，维生素、颜色（色泽）有关基因。
园艺植物育种学—分子育种
第一节 基因工程与育种
二、植物基因工程的方法和步骤 1、目的基因的分离和克隆 （1）鸟枪法 （2）mRNA分离法 （3）转座子标签法及T-DNA插入突变法 （4）基因图谱的克隆法 （5）其他方法
一、基因工程的概念与作用 2、基因工程的作用 （3）抗除草剂基因工程 抗除草剂基因： Bar基因 Tfda基因
园艺植物育种学—分子育种
第一节 基因工程与育种
一、基因工程的概念与作用 2、基因工程的作用 （4）抗逆境基因工程 甜菜碱醛脱氢酶基因、脯氨酸合成酶有关基因、 山梨醇和甘露醇合成酶的基因。
《分子育种》课件
《分子育种》课件一、教学内容本节课的教学内容来自于小学科学五年级下册第五单元第一课时《分子育种》。
本节课的主要内容是让学生了解分子育种的基本概念，掌握分子育种的基本方法，以及了解分子育种在农业生产中的应用。
二、教学目标1. 让学生了解分子育种的基本概念，掌握分子育种的基本方法。
2. 让学生了解分子育种在农业生产中的应用，提高学生的实践能力。
3. 培养学生热爱科学，关注农业生产的情感态度。
三、教学难点与重点重点：让学生了解分子育种的基本概念，掌握分子育种的基本方法。
难点：让学生了解分子育种在农业生产中的应用。
四、教具与学具准备教具：PPT课件、黑板、粉笔。
学具：课本、笔记本、彩笔。
五、教学过程1. 情景引入：教师通过播放一段关于农业生产的视频，引导学生关注农业生产中的科技应用。
2. 讲解分子育种的基本概念：教师通过PPT课件，讲解分子育种的基本概念，让学生了解分子育种的基本原理。
3. 讲解分子育种的基本方法：教师通过PPT课件，讲解分子育种的基本方法，让学生掌握分子育种的基本技巧。
4. 案例分析：教师通过PPT课件，展示一些分子育种在农业生产中的应用案例，让学生了解分子育种的实际应用。
5. 随堂练习：教师通过PPT课件，给出一些关于分子育种的问题，让学生进行随堂练习，巩固所学知识。
6. 作业布置：教师通过PPT课件，布置一些关于分子育种的作业，让学生课后巩固所学知识。
六、板书设计板书设计如下：分子育种基本概念→ 基本方法→ 应用案例七、作业设计1. 题目：请简述分子育种的基本概念。
答案：分子育种是指通过分子生物学技术，对生物体的基因进行改造，以达到改良生物品种的目的。
2. 题目：请列举两种分子育种的方法。
答案：基因重组、基因编辑。
3. 题目：请举例说明分子育种在农业生产中的应用。
答案：转基因抗虫棉、转基因抗病水稻。
八、课后反思及拓展延伸课后反思：本节课通过讲解分子育种的基本概念、基本方法和应用案例，让学生了解了分子育种的相关知识。
遗传育种学第十七章分子育种
LB
RB
E
Ti Plasmid
Vir 区
Con 区
Ori 区
T-DNA的结构与功 能∶
左边界 核心区 右边界
LLBB RRB
B
Vir 区操纵子的基因结构与功能
• Vir区是一段长度为35KB操纵 子
• 包含六个基因： VirA、VirB 、 VirC 、 VirD 、 VirE 、 VirG。
植物遗传转化的载体系统
表型分析鉴定
鉴定步骤： 筛选鉴定（利用质粒上的选择标记） 报告基因鉴定（利用质粒上的报告基因）
2.2.1 外源DNA导入植物细胞的方法
• 载体介导的转化方法： 致癌农杆菌介导的Ti质粒载体转化法 病毒介导的基因转移
• DNA直接导入法： 化学法：PEG诱导的基因转化 电激法介导 显微注射
• 媒体介导法 脂质体介导 超声波介导 基因枪介导
致癌农杆菌介导的Ti质粒载体转化法
含有Ti质粒的致癌农杆菌与一些植物的细 胞接触后，Ti质粒的一部分（T-DNA）可以 导入植物细胞，整和到植物基因组DNA随其 复制。根据这一特性可构建一系列Ti质粒载 体， 与含目的片段的DNA片段重组，导入 致癌农杆菌，再采用叶盘法、原生质体培养 法、细胞培养法，通过致癌农杆菌介导进入 植物细胞。
②氯霉素乙酰基转移酶（Chloraphenicol acetyltransferase, CAT）基因
③潮霉素磷酸转移酶（Hygromycin phosphotransferase, Hpt）基因
④β – 葡萄糖酸苷酶 （β – Glucuronidase, GUS）基因
⑤荧光素酶（Luceferase, Luc）基因 ⑥抗除草剂（Basta, Bar）基因
《分子育种》PPT课件
分子标记辅助育种原理
1 2
分子标记的概念与种类 分子标记是以个体间遗传物质内核苷酸序列变异 为基础的遗传标记，主要包括SNP、SSR等。
分子标记辅助育种的意义 利用分子标记辅助选择目标性状，提高育种效率 和准确性。
3
分子标记辅助育种的方法 包括MAS（分子标记辅助选择）、MABC（基于 标记的辅助回交）等。
01
导入抗逆相关基因，如抗旱、抗寒、抗病、抗虫等基因，提高 作物在逆境条件下的生存能力。
02
利用基因编辑技术，改良作物抗逆性状，如提高作物的耐盐碱
性、耐旱性等。
通过分子育种手段，选育出适应不同生态环境和气候条件的作
03
物品种。
培育多功能作物新品种
导入具有特殊功能的基因，如生物固 氮、生物除草、生物防治等基因，培 育出具有多种功能的作物新品种。
通过全基因组关联分析，挖掘 影响畜禽生产性能的遗传变异， 为育种提供科学依据。
改善畜禽产品品质
通过分子育种技术改良畜禽产品 的营养成分、风味、口感等品质
特性，满足消费者需求。
利用基因工程技术培育具有特定 功能基因的畜禽品种，生产功能 性畜产品，如低胆固醇鸡蛋、高
不饱和脂肪酸牛奶等。
通过分子育种手段提高畜禽产品 的加工性能和保质期，提升产品
利用TALEN蛋白对基因组进行定点编辑，具有较高的编辑效率和特异性。
ZFN技术
利用锌指核酸酶（ZFN）对基因组进行定点编辑，但编辑效率相对较低。
04
分子育种在作物改良中的应用
提高作物产量
通过基因编辑技术， 改良作物光合作用效 率，提高光能利用率。
利用分子标记辅助选 择，加速高产优质品 种的选育进程。
结合传统育种和分子育种技术，创制 出适应未来农业发展的多功能作物新 品种。
植物分子育种技术及应用
植物分子育种技术及应用随着人口的不断增长，越来越多的粮食和其他农作物需求不断增长。
而传统的育种方法需要大量的时间和成本，不能满足现代社会的需求。
为此，科学家们研究出了一种名为植物分子育种技术的新方法。
本文将介绍这种新技术，并探讨它的应用前景。
1. 植物分子育种技术是什么植物分子育种技术是一种基于分子生物学和生物信息学的新兴技术。
它是通过分析植物基因组中与某些质量特征相关的DNA标记，来帮助育种者判断某个植株的质量特征。
这种技术不仅节省了传统育种方法中的时间和成本，而且能够更准确地预测育种结果。
2. 植物分子育种技术的应用由于植物分子育种技术具有高效、高准确性和高可操作性的优点，因此已经在许多农作物的育种中得到了广泛应用。
以下是这种技术应用的几个方面：（1）提高产量和品质植物分子育种技术可以通过种子培育、环境控制和育种研究等方法来提高作物的产量和品质。
例如，通过检测大豆DNA中的一些特定标记，科学家可以挑选出潜在的耐旱、高产和高蛋白质品种。
（2）提高抗病性植物分子育种技术还可以帮助育种者研究抗病性。
通过分析具有特定DNA标记的植物，科学家可以预测一些抗性基因在种群中的频率。
这一因素对于研发抗病新品种尤为重要。
（3）开发适应性更高的品种由于气候变化和其他环境变化的影响，许多种植物无法适应当地的气候和土地条件。
植物分子育种技术可以帮助开发适应性更高的品种。
通过分析多个DNA标记，科学家可以确定那些携带适应性基因的植物，进而培育出更适合当地环境的新品种。
3. 植物分子育种技术的实现和发展植物分子育种技术是一项复杂的研究领域，需要多学科领域的知识支持。
同时，这种技术也需要新的技术和新方法的不断开发。
（1）基因测序技术的进步随着基因测序技术的不断发展，植物分子育种技术也得到了更多的支持。
人们可以在更短的时间内完成基因测序，同时也可以分析更多的DNA标记，从而提高了植物分子育种技术的准确性和效率。
（2）人工智能和大数据的应用人工智能和大数据对于植物分子育种技术的应用尤为重要。
分子育种的类型
分子育种的类型
哎呀呀，说起分子育种，这可真是个超级神奇又厉害的东西！
你知道吗？分子育种就像是给植物和动物来了一场超级大变身！它有好几种类型呢。
先来说说基因工程育种吧。
这就好比给植物和动物们装上了特别厉害的“装备”！比如说，我们想要一种能抗病虫害的水稻，那科学家们就会从别的厉害的生物里找到能抗病虫害的基因，然后把它放到水稻的基因里。
这难道不神奇吗？就好像给水稻穿上了一件坚不可摧的“铠甲”，让那些害虫都没法伤害它！你说，如果没有这种技术，我们得费多大的劲去对付那些讨厌的病虫害呀？
还有分子标记辅助育种。
这就像是给植物和动物们贴上了特别的“标签”。
通过这些“标签”，科学家们就能很快知道哪些是好的，哪些是不太好的。
比如说，我们要选一种长得特别快的猪，科学家们就能通过这些“标签”一下子找到那些有长得快基因的小猪。
这多方便呀！这不就像在一堆玩具里，一下子就能找出你最喜欢的那个吗？
还有转基因育种呢！这就好像给生物们来了一次大改造。
把一些特别好的基因转到另一种生物里，让它变得超级厉害。
比如说，把能在寒冷环境里生长的鱼的基因转到普通的鱼里，那普通的鱼不就能在很冷的水里也欢快地游来游去啦？
分子育种的这些类型，真的是太酷啦！它们让我们的农业和畜牧业变得更强大，能生产出更多更好的东西。
难道我们不应该为有这样厉害的技术而感到高兴吗？我觉得呀，分子育种就是未来农业和畜牧业的大救星，它会让我们的生活变得更加美好！。
植物基因组学与分子育种的研究
植物基因组学与分子育种的研究植物基因组学是研究植物基因组结构、功能、调控以及进化等方面的学科，这项研究在植物遗传和育种领域有着广泛的应用，尤其是在分子育种方面。
分子育种是一种基于分子标记和分子遗传学的育种方法，可以使育种工作更加高效、精准和可持续。
植物基因组学的发展和进步为分子育种提供了更加广阔的平台和更加丰富的资源，也使得育种工作更加具有前瞻性和挑战性。
一、植物基因组的组成植物基因组的组成包括染色体、DNA分子、基因、转录组以及蛋白质质谱等部分。
其中，染色体是植物基因组的重要组成部分，其结构和数量决定了植物基因组大小和稳定性，进而影响植物的遗传性状表达和生理生态特征。
同时，基因是植物生长发育和遗传变异的重要因素，不同基因的相互作用和表达调控形成了植物的多样性和可塑性。
在植物基因组学研究中，对基因定位、功能注释和表达调控等方面的研究，有助于深入了解植物基因和基因组的结构与功能，发掘和利用植物遗传资源。
二、植物基因组学的技术手段植物基因组学的研究需要借助各种实验技术和生物信息学方法来进行。
其中，常用的实验技术包括基因序列分离、PCR扩增、原位杂交、转基因技术、基因敲除等，这些技术可以帮助研究人员实现基因的定位、克隆、转移和修饰等操作。
另外，生物信息学方法也是植物基因组学研究的重要手段，包括基因组测序、转录组测序、组蛋白质组学、基因注释和功能分析等方面，这些方法可以帮助研究人员更全面地了解植物基因组的结构和功能，为分子育种等应用领域提供更多的有益信息和数据。
三、植物分子育种的研究内容植物分子育种的研究主要涉及基因与表型等方面的关系，其中包括基因定位、基因克隆、基因标记等。
这些研究可以提高植物育种的效率和精度，加快良种的选育速度，实现高产、优质、抗病的特性。
植物分子育种的应用范围广泛，可以用于不同作物的良种选育和基因改良，也可以用于改良作物的耐逆性、抗虫性、抗病性、食味和品质等多方面，真正意义上实现了绿色、高效、可持续的农业生产。
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3、AFLP
基本原理：AFLP标记是选择性扩增基因组DNA酶切片段所
产生的扩增产物的多态性，其实质也是显示限制性内切酶酶 切片段的长度多态性，只不过这种多态性是以扩增片段的长 度不同被检测出来。
AFLP标记的特点有：（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；（4）分辩率高，结果可靠；（5）目前该技术受 专利保护，用于分析的试剂盒昂贵，实验条件要求较高。 。
现代育种新技术之
分子育种
（molecular breeding）
主要内容
第一节 分子育种的概念和方法
第二节 分子遗传标记
第三节 QTL的鉴别与定位 第四节 标记辅助选择
第五节 展 望
第一节
分子育种的概念和方法
分子育种的概念
指DNA分子标记辅助育种(简称DNA标记 辅助育种)。DNA标记辅助育种(DNA marker-assisted breeding）是一种利用 DNA 水平上的(非蛋白质水平上的)分子 标记(或称DNA标记)对生物群体进行遗 传改良的技术。
RFLP、DNA指纹技术（DNA Fingerprinting）、原位杂交 （in situ hybridization）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或简单序列长度多态性（Simple sequence length polymorphism, 简称SSLP标记）、扩展片段 长度多态性标记AFLP、序标位STS、序列特征化扩增区域 SCAR等；
分子遗传标记
（Molecular Genetic Marker）
什么是遗传标记？
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。
水牛
CSSM033 CSSM038 CSSM043 CSSM047 CSSM036 CSSM019 CSRM060 CSSM029 CSSM041 CSSM057 BRN CSSM032 CSSM008 CSSM045 CSSM022 CSSM046 CSSM013 ETH003 CSSM061 BMC1013 DRB3 CSSM062 CSSME070 ETH121 ILSTS033 ILSTS005 ILSTS030 ILSTS008 RM099 HMH1R
2、RAPD
基本原理：用一个（有时用两个）随机引物（一般8-10个
碱基）非定点地扩增基因组DNA，然后用凝胶电泳分开扩增 片段。
RAPD标记的特点有：（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。
猪
S0026 S0155 S0005 Sw2410 Sw830 S0355 Sw24 Sw632 Swr1941 Sw936 S0218 S0228 Sw122 Sw857 S0097 Sw240 IGF1 Sw2406 Sw72 S0226 S0090 Sw2008 Sw1067 S0101 Sw1828 S0143 S0068 S0178 Sw911 S0002
DNA 标记辅助保种 (marker-assisted conservation)
就是利用与目标基因有紧密连锁的DNA 标记,对目标基因在保种过程中的分离和 重组进行跟踪,通过有意识地选留而加以 保护,使之不因遗传漂变而丢失。 DNA 标记辅助保种的方法主要有跟踪保 存目标基因法和控制近交程度。
第二节
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 其开发有一定困难，费用也较高。
牛
INRA063 INRA005 ETH225 ILSTS005 HEL5 HEL1 INRA035 ETH152 INRA023 ETH10 HEL9 CSSM66 INRA032 ETH3 BM2113 BM1824 HEL13 INRA037 BM1818 ILSTS006 MM12 CSRM60 ETH185 HAUT24 HAUT27 TGLA227 TGLA126 TGLA122 TGLA53 SPS115
细胞遗传标记
细胞学标记即植物细胞染色体的变异。
包括染色体核型（染色体数目、结构、随体有无、着 丝粒位置等）和带型（C带、N带、G带等）的变化。 与形态标记相比，细胞学标记的优点是能进行一些重 要基因的染色体或染色体区域定位。 但细胞学标记材料需要花费较大的人力和较长时间来 培育，难度很大；同时某些物种对染色体变异反应敏 感；还有些变异难以用细胞学方法进行检测。
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。
1、RFLP
基本原理：特定生物类型的基因组DNA经限制性内切酶切
后，产生分子量不同的同源等位片段，再通过电泳的方法分 离和检测这些片段。
特点：（1）遍布于整个基因组，数量几乎是无限的；（2）
无表型效应，不受发育阶段及器官特异性限制；（3）共显性， 可区分纯合子和杂合子；（4）结果稳定、可靠；（5）DNA 需要量大，检测技术繁杂，难以用于大规模的育种实践中。
标记辅助选择
（marker assisted selected ，MAS）
是指与特定的数量性状相关的遗传标记 为工具，以标记信息作为辅助信息，对 该数量性状进行选择，以在育种中获得 较大的遗传进展。
标记辅助导入 (marker-assisted introgression)
将供体群中少数优良目的基因(QTL) 导 入到受体群,MAS既可用于跟踪鉴别目的 基因,又可加速受体基因组( 背景基因) 的 恢复, 这种方法称为标记辅助导入(MAI) 。 MAI实质上是在标记QTL 辅助下进行的 杂交,可使受体群在目标性状得到提高的 同时,尽量保留原有的遗传背景。
遗传标记的类型
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。
形态学标记
形态标记即个体的外部形态特征。
形态标记简单直观、经济方便；但其数量在多数 有限、多态性较差，表现易受环境影响，并且有 一些标记与不良性状连锁。此外形态标记的获得 需要通过诱变、分离纯合的过程，周期较长。 主要在早期使用。
主要方法
标记辅助选择(marker-assisted selection) 标记辅助导入(marker-assisted introgression) 标记辅助预测(marker-assisted prediction) 标记辅助杂种优势优化(marker-assisted heterosis maximization) 标记辅助保种(marker-assisted conservation)
分子标记的三个阶段
随着分子生物学技术发展和研究水平的深入，分 子标记的发展经历了三个阶段，也称为三代DNA 分子标记。
第一代分子标记：RFLP和DNA指纹；
第二代分子标记：微卫星（ms）；
第三代分子标记：SNP；
目前的分子标记类型
目前的分子标记有三类： 第一类是以分子杂交为核心的分子标记技术，包括
4、微卫星标记ms
基本原理：ms是一类由几个（多为1-5个）碱基组成的基序
串联重复而成的DNA序列，其长度一般较短，广泛分布于基 因组的不同位置，如（CA）n、（AT）n、（GGC）n等重复。 不同遗传材料重复次数的可变性，导致了SSR长度的高度变 异性，这一变异性正是SSR标记产生的基础。
ms标记的特点有：（1）数量丰富，广泛分布于整个基因
山羊
SRCRSP5 MAF065 MAF70 SRCRSP23 OarFCB48 INRA023 SRCRSP9 OarAE54 SRCRSP8 SPS113 INRABERN172 OarFCB20 CSRD247 McM527 ILSTS087 INRA063 ILSTS011 SRCRSP7 ILSTS005 SRCRSP15 SRCRSP3 ILSTS029 TGLA53 ETH10 MAF209 INRABERN185 BM6444 P19（DYA） TCRVB6 DRBP1
马
HMS07 HMS06 HTG07 AHT05 HTG04 HMS02 ASB02 HMS03 HTG06 HTG10 AHT04 VHL20 ASB17 ASB23 LEX33 UCDEQ425 LEX34 SGCV28 COR058 COR069 VHL209 COR007 LEX54 LEX73 COR022 LEX63 COR018 COR071 HMS45 COR082
牦牛
AGLA293 BM1824 BM2113 CSSM066 ETH152 ETH225 HEL1 HEL5 HEL13 ILSTS008 ILSTS028 INRA005 MGTG4B MGTG7 TGLA53 TGLA57 TGLA73 TGLA122 TGLA126 TGLA227 ETH185 ILSTS013 ILSTS050 SPS115 BM861 BYM-1 INRA189
生化标记
生化标记包括同工酶和等位酶标记。同工酶是指一个以上