蔬菜作物分子标记辅助育种
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。
分子辅助育种的常见分子标记(共16张PPT)
传统育种法:
相关的品种 、亚种、种
基因转移 表型选择
相关的品种
、亚种、种
标记辅助选择:
相关的品种
、亚种、种
基因转移 基因型选择
相关的品种
、亚种、种
由此可见，传统育种法和标记辅助选择法在本质上没有什么区别，但在 选择效率和准确性方面，后者比前者大大提高。
三、 分子标记辅助育种需具备的基本条件
1、分子标记与目标基因共分离或紧密连锁； 2、分子标记检测容易，重演性好； 3、基本实验手段及计算机统计分析软件。 1.8
三、常见的分子标记
（二）、AFLP标记 1、定义：即扩增片段长度多态性，是一种将RFLP与PCR相结合的分子标记。
2、基本原理： 其基本原理是对基因组DNA限制性酶切片段进行选择性扩增，模板是连接
双链人工接头的酶切片段，引物的结合部位是接头以及与之相连的酶切片段中的 几个碱基序列。
AFLP基本原理
三、常见的分子标记
（三）、SSR标记
1、基本原理： SSR即微卫星DNA，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。
1
AT AT AT AT AT AT AT AT AT AT AT AT
2
AT AT AT
3
三、常见的分子标记
2、SSR标记的特点： （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
蔬菜作物分子标记辅助育种
aabbbb
b b
Bulked Segregant Analysis (BSA)
80029 (-) x 88133
parents
(+)
1 A
2 V
3 A
4 A
5 V
67 AV
8 9 10 11 AVA V
progeny
VA
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
45
45
40
40
35
35
35
30
25
25
20
20
15
15
20 20 1718 13
10 7 8
1010
53 0
320
0123456789
53
147
42
116
A性状 B性状
不连锁 不连锁 - testcross
AB ab
XX
ab ab
分离
aAaAaAbaBAbaBAbBbBbB
aAaAaAbabAbabAbbbbbb
序列。首先在人类和小鼠中建立了以ＳＳＲ为主的分 子连锁图。 在农作物中这一技术应用相对较晚，目前已开展ＳＳ Ｒ标记研究的作物有水稻、小麦、玉米、大豆、大麦、 油菜等。
SSR的类型
根据ＳＳＲ核心序列排列方式的不同可将ＳＳＲ分为： 完全型(perfect)指核心序列以不间断的重复方式首尾相连构成的
Doubled haploid plant
x
completely homozygous lines
临时群体与永久群体
临时群体（ F2 & BC1 ）
– 可以很快建立 – 只有有限的DNA – 每个单株均是独特的 – 无法设置重复
我国蔬菜作物基因组研究与分子育种
中国农业科技导报,2010,12(2):24-27Journal of Agricultural Science and Technol ogy 收稿日期:2010201215;修回日期:2010203210 基金项目:“十一五”国家科技支撑计划项目(2006BAD01A07)资助。
作者简介:杜永臣,研究员,博士,博士生导师,主要从事番茄遗传育种和抗逆生物学研究。
E 2mail:yongchen .du@mail .caas .net .cn 编者注:本文为首届中国(博鳌)农业科技创新论坛大会报告,经作者整理而成。
我国蔬菜作物基因组研究与分子育种杜永臣, 王晓武, 黄三文(中国农业科学院蔬菜花卉研究所,北京100081)摘 要:我国是世界蔬菜生产大国,也是蔬菜种子销量大国,蔬菜的育种与推广非常重要。
分析了我国蔬菜育种的优势和面临的挑战,综述了蔬菜基因组学和分子育种方面的研究进展,对“十二五”期间蔬菜研究的发展进行了展望。
关键词:蔬菜;基因组学;分子育种do i:10.3969/j .issn .100820864.2010.02.05中图分类号:S63.603.6 文献标识码:A 文章编号:100820864(2010)022*******Veget able Crops Genom i cs Research and M olecul arBreed i n g i n Ch i n aDU Yong 2chen,WANG Xiao 2wu,HUANG San 2wen(I nstitute of Vegetables and Fl owers,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100081,China )Abstract:China is the largest vegetable p r oducing country in the world and als o has big vegetable seed sales volu me .Vegetable cr op s breeding and p r omoti on are very i m portant .This paper analyzes the advantages of vegetable cr op s breeding in China and the challenges facing us;expounds the research p r ogressmade in vegetable cr op s genom ics and molecular breeding;p r os pects the devel opment of vegetables research during the t w elfth “Five Years Plan ”peri od .Key words:vegetable;genom ics;molecular breeding 我国是世界蔬菜生产大国,2009年全国蔬菜生产播种面积比2008年略有增加,达到1820亿h m 2,增加1.8%,总产量约6亿t 。
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。
利用分子标记辅助育种
利用分子标记辅助育种一、分子标记辅助育种概述分子标记辅助育种是现代生物技术与传统育种方法相结合的一种高效育种技术。
它利用分子标记与目标基因紧密连锁的特性，在作物育种过程中对目标基因进行追踪和选择，从而显著提高育种效率和准确性。
随着分子生物学技术的不断发展，分子标记辅助育种已成为作物遗传改良的重要手段，在农业生产中发挥着越来越重要的作用。
二、分子标记辅助育种的关键技术1. 分子标记类型- SSR标记（简单重复序列标记）：SSR标记具有多态性高、共显性遗传、重复性好等优点。
其核心是由1 - 6个核苷酸组成的简单重复序列，广泛分布于基因组中。
通过设计特异性引物对SSR区域进行扩增，根据扩增产物的长度多态性来检测个体间的差异。
例如，在水稻育种中，利用SSR 标记可以有效区分不同品种的水稻，为品种鉴定和纯度检测提供了可靠的方法。
- SNP标记（单核苷酸多态性标记）：SNP标记是基因组中单个核苷酸的变异，是最常见的遗传变异类型。
它具有数量多、分布广泛、检测通量高的特点。
SNP标记的检测方法包括基于PCR的方法、芯片技术和新一代测序技术等。
在玉米育种中，SNP标记已被广泛应用于全基因组关联分析（GWAS），用于挖掘与重要农艺性状相关的基因位点，为分子标记辅助选择提供了丰富的标记资源。
- AFLP标记（扩增片段长度多态性标记）：AFLP标记结合了RFLP（限制性片段长度多态性）和PCR技术的优点，具有较高的多态性检测效率。
其原理是通过对基因组DNA进行限制性内切酶酶切，然后连接特定的接头，再进行选择性扩增。
扩增产物通过电泳分离，根据片段长度多态性来分析遗传差异。
在小麦育种中，AFLP标记可用于构建遗传连锁图谱，定位控制小麦抗病性、品质等性状的基因。
2. 目标基因定位与克隆- 连锁分析：连锁分析是通过研究标记与目标基因在染色体上的连锁关系来定位目标基因的方法。
当标记与目标基因紧密连锁时，它们在遗传过程中倾向于一起传递。
分子标记技术在蔬菜遗传育种中的应用
异显著的栽培番茄和野生醋栗番茄杂交产生的 142 个 F2 单株为作图群体，应用 SSR 标记构建了番茄的遗传连 锁图谱，图谱共包含 112 个标记，总长度 808cm，标记平 均间距 7．22cm。Wang 等（1997）利用 AFLP 技术构建了 甜瓜（Cucumis melo L．）的遗传连锁图，含有 197 个 AFLP 位点、6 个 RAPD 位点与 1 个微卫星位点，覆盖了 1942cm 遗传距离，并发现 AFLP 标记在甜瓜图谱构建中 比 RAPD 及 SSR 标记更有效。在我国，张宝玺等（2003） 以 辣 椒 胞 质 雄 性 不 育 的 保 持 系 Yolowonder、 恢 复 系 Perennial 及其 F1 构建的 DH 群体与不育系 77013A 测 交的群体为供试材料，用 AFLP 分子标记技术构建了包 括 43 个标记 8 个连锁群的辣椒分子遗传图谱。
植物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的。 通过不同分子标记技术的分析可筛选出与目标基因性 状紧密连锁的 DNA 片段，这样可以作为辅助育种的分 子标记。应用这些分子标记进行间接选择，将得到事半 功倍的作用，因为 MAS 不受植物生长发育的时期及环
境的影响，如抗病育种不需要创造选择环境进行筛选鉴 定等，从而显著提高育种效率。