第五章分子标记辅助育种
《分子标记辅助育种》课件
基于分子标记的品种鉴定方法
SSR
利用SSR标记的特定序列，对植 物品种进行指纹图谱构建。
SNP
AFLP
通过对SNP位点进行基因型检测， 进行品种鉴定和鉴别。
通过AFLP分析，对DNA片段进 行电泳分离，进行品种鉴定。
基于分子标记的遗传分析方法
1
关联分析
通过比较基因型和表型数据，寻找遗传
遗传图谱
2
基于分子标记的基因组选择方法
SNP array
利用高通量芯片分析大规模SNP位点，实现基因组宽选择。
Genotyping-by-sequencing
通过测序分析SNP位点，实现高密度基因组选择。
Marker-assisted recurrent selection
基于标记信息辅助进行循环选择，加快育种进程。
意义
分子标记辅助育种能解决传统育种中的难题，如长时间、低效率、受到环境因素等限制，同 时提高育种效率和精度。
优势
该技术可以加快育种进程、提高选择准确性、节省育种材料和资源，并可对育种过程进行精 确控制。
分子标记的种类及原理简介
SSR
简单重复序列，通过PCR扩增 的缺陷突变位点。
SNP
单核苷酸多态性，常见基因组 标记，便于高通量测定。
《分子标记辅助育种》 PPT课件
分子标记辅助育种是利用特定的DNA序列进行作物品种遗传变异和育种相关 性分析的先进技术。本课件将介绍分子标记辅助育种的原理、应用及相关方 法。
什么是分子标记辅助育种？
定义
分子标记辅助育种是一种利用特定DNA序列的基因标记来辅助育种的技术，通过分析和检 测基因标记，可以更快、更准确地选育出优良的品种。
AFLPபைடு நூலகம்
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。
分子标记辅助育种文献带读
分子标记辅助育种文献带读
分子标记辅助育种是现代育种技术中的重要组成部分，它利用分子标记（如DNA标记）来辅助育种工作。
这项技术可以帮助育种者更准确、更高效地进行品种改良，提高作物的产量、抗病性和适应性。
在育种文献中，分子标记辅助育种的研究和应用已经成为一个热门话题，涉及到了许多方面的内容。
首先，分子标记辅助育种涉及到的技术和方法是非常丰富多样的，包括PCR扩增、基因组测序、SNP分析、遗传图谱构建等。
这些技术的发展和应用为育种工作提供了强大的工具和手段，使育种者能够更好地理解作物的遗传特性，加速育种过程。
其次，分子标记辅助育种在不同作物上的应用也是一个重要的研究方向。
无论是谷物作物、蔬菜、水果还是经济作物，分子标记辅助育种都有着广泛的应用前景。
研究人员通过分子标记技术可以筛选出具有优良性状的基因型，加快了育种的进程，提高了育种的精准度。
此外，分子标记辅助育种还涉及到了许多实际应用案例和成功经验。
通过文献阅读，我们可以了解到不同研究团队在不同作物上
的分子标记辅助育种项目，以及取得的成果和经验教训。
这些案例可以为我们提供宝贵的借鉴和启示，指导我们在具体育种项目中更好地应用分子标记技术。
最后，分子标记辅助育种的发展也面临着一些挑战和问题，比如标记-性状关联的不确定性、成本效益等。
通过文献的带读，我们可以了解到当前分子标记辅助育种领域的热点问题和未来的发展方向，为我们在该领域的研究和实践提供指导。
综上所述，分子标记辅助育种是一个非常重要且复杂的课题，通过文献的带读可以帮助我们更全面地了解这一领域的最新进展和研究动态，为我们在育种工作中更好地应用分子标记技术提供指导和帮助。
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
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。
(完整版)分子标记辅助选择育种
分子标记辅助选择育种传统的育种主要依赖于植株的表现型选择(Phenotypieal selection) 。
环境条件、基因间互作、基因型与环境互作等多种因素会影响表型选择效率。
例如抗病性的鉴定就受发病的条件、植株生理状况、评价标准等影响；品质、产量等数量性状的选择、鉴定工作更困难。
一个优良品种的培育往往需花费7〜8年甚至十几年时间。
如何提高选择效率，是育种工作的关键。
育种家在长期的育种实践中不断探索运用遗传标记来提高育种的选择效率与育种预见性。
遗传标记包括形态学标记、细胞学标记、生化标记与分子标记。
棉花的芽黄、番茄的叶型、抗TMV的矮黄标记、水稻的紫色叶鞘等形态性状标记，在育种工作中曾得到一定的应用。
以非整倍体、缺失、倒位、易位等染色体数目、结构变异为基础的细胞学标记，在小麦等作物的基因定位、连锁图谱构建、染色体工程以及外缘基因鉴定中起到重要的作用，但许多作物难以获得这类标记。
生化标记主要是利用基因的表达产物如同工酶与贮藏蛋白，在一定程度上反映基因型差异。
它们在小麦、玉米等作物遗传育种中得到应用。
但是它们多态性低，且受植株发育阶段与环境条件及温度、电泳条件等影响，难以满足遗传育种工作需要。
以DNA多态性为基础的分子标记，目前已在作物遗传图谱构建、重要农艺性状基因的标记定位、种质资源的遗传多样性分析与品种指纹图谱及纯度鉴定等方面得到广泛应用，尤其是分子标记辅助选择（molecular marker-as —sisted selection , MAS育种更受到人们的重视。
第一节分子标记的类型和作用原理一、分子标记的类型和特点按技术特性，分子标记可分为三大类。
第一类是以分子杂交为基础的DNA标记技术，主要有限制性片段长度多态性标记(Restriction fragment length polymorphisms，RFLP标记)；第二类是以聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction ，PCR反应)为基础的各种DNA指纹技术。
第5章_分子标记辅助选择育种
Requires: - target DNA - thermostable DNA polymerase (Taq) - oligonucleotide primer(s) (7-30nt) - dNTPs + Mg++
Amplified frangment length Polymorphism
Simple sequenc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。
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
3 群体大小和性质
群体大小是制约MAS选择效率的重要因素 之一。一般情况下，MAS群体大小不应小于 200个。选择效率随着群体增加而加大，特 别是在低世代，群体连锁不平衡性越大，M AS效率就越高。由两个自交系杂交产生的F2 群体，其连锁不平衡性往往最大，因而其M AS效率也较高。
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遗传标记主要有四种类型:
形态标记（morphological marker） 细胞标记（cytological markers） 生化标记（Biochemical marker）
–同工酶:酯酶和过氧化物酶 –贮藏蛋白
分子标记（molecular marker）
分子标记的优越性：
直接以DNA形式出现，生物体的各个组织、 各发育时期均可检测到，不受季节、环境 的限制，不存在表达与否的问题； 数量极多，遍及整个基因组； 多态性高，利用大量引物、探针可完成覆 盖基因组的分析； 表现为中性，即不影响目标性状的表达， 与不良性状无必然的连锁； 许多标记为共显性。
植物分子育种
分子标记辅助育种
DNA标记辅助选择育种是利用与重要经济 性状连锁的DNA标记或功能基因来改良动、 植物品种的现代分子育种技术；
基因工程育种
转基因育种则是通过向受体植物转移有重要 功能的基因或一组功能相关的基因来改良植 物性状的育种技术。
分子标记辅助育种
第一节 遗传标记发展
标记辅助育种（Marker assisted selection) 是利用与目标性状基因紧 密连锁的遗传标记,对目标性状进行跟 踪选择的一项育种技术。 遗传标记(genetic markers)是基因型的 特殊的易于识别的表现形式。
PCR-based markers
1 RAPDs
Anonymous markers - but can be converted to SCARs Dominant markers - homozygotes cannot be distinguished from heterozygotes Fast, easy and cheap - commercial primer sets available
CAP 标记
SBE1片段
Left primer
Indica (1) Japonica (1) CGGCATATGCTATTTTCTTTGCATCTTTTAACTCTTTATGGTTCTCTCAT CGGCATATGCTATTTTCTTTGCATCTTTTAACTCTTTATGGTTCTCTCAT
Indica (51) TACTTGTTTTGTAGGCTATTTGAAGTTTGGGATTAATACAGTTGATGGTG Japonica (51) TACTAGTTTTGTAGGCTATTTGAAGTTTGGGATTAATACAGTTGATGGTG Indica (101) CCACAATATATCGTGAATGGGCGCCTGCTGCACAGTAAGTTCTAATGTAG Japonica (101) CCACAATATATCGTGAATGGGCGCCTGCTGCACAGTAAGTTCTAATGTAG Indica (151) TCATCCAGCTATTCGCTAATGTTTATGTGTTGTAGGAAATATGGATCACT Japonica (151) TCATCCAGCTATTCGCTAATGTTTATGTGTTGTAGGAAATATGGATCACT
1 RFLP标记
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。
RFLP标记的特点
（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
Right primer
G C A T
变性，退火
PCR
G C
CEL 三节 分子标记在育种中的应用
分子图谱的构建 品种、品系鉴定和杂交种纯度分析 亲缘关系分析 基因标记及标记辅助育种（Markerassisted Selection，MAS） 数量性状因位点（QTL）的分子标记 辅助选择
二、 基于PCR技术的分子标记
随机扩增片段长度多态性DNA （Random Amplified Polymorphic DNA） 特异性扩增子多态性（Specific Amplificon Polymorphism，SAP） 简单重复序列（Simple Sequence Repeat， SSR） 扩增片段长度多态性（Amplified Fragment Length Polymorphism，AFLP）
DNA Chips ISSR AFLPs SSRs RAPDs RFLPs
1985
1990
1995
2000
第二节 分子标记技术
几种常用的分子标记技术
l 基于Southern杂交的分子标记
基于PCR技术的分子标记
一、 基于Southern杂交的分子标记
限制性片段长度多态性 （Restriction Fragment Length Polymorphism） 小卫星DNA（Minisatellite DNA）
理想的遗传标记主要应具备以下标准:
– (1)具有较强的多态性; –(2)表现为共显性(codominance); –(3) 选择中性，对主要的农艺性状没有 影响; –(4) 容易操作．自动化程度高。 –5)重复性好； –6)所得数据可在实验室之间交流和比较。
多态性或遗传多态现象(Genetic Polymorphism)是指在一个生物群体中， 同时和经常存在两种或两种以上不连续的 变异型或基因型，每种类型的比例较高, 不 能由重复突变来维持。
Molecular Marker
Based on variation in the DNA sequence
Single base mutation – Insertion / deletion
– Rearrangement
Advanced in Molecular Markers
????
CAPACITY
SSRs in Bin 1.11 Here are the 38 SSRs that have been verified to be in this chromosomal region. (AC)20 p-umc1797(ACAA)4 p-umc1421(ACC)4 p-umc1500(ACC)5 p-umc1725(AG)10 p-umc1538(AG)6 p-umc1220(AG)8 pumc1553(AGA)7 p-umc1737(ATGGG)4 p-umc1630(CA)10 pmmc0221(CA)14 p-mmc0031(CA)15 p-mmc0011(CAAAA)4 pumc1111(CCG)4 p-umc1681(CGT)5 p-umc2241(CT)8 pumc1064(GA)8 p-umc1862(GAGCA)4 p-umc1118(GCGCCG)4 pumc1744(GCT)4 p-umc2045(GGC)4 p-umc2244(GGT)10 pumc1331(GT)7(GA)7 p-umc1009(TC)8 p-umc1129(TCTCC)4 pumc2243(TGC)6 p-umc2242AAG p-phi120ACC p-phi227562AG(16) p-bnlg2331AG(22) p-bnlg1055AG(31) p-bnlg2123AGG pphi265454ATCC p-phi064p-(GATA)2(GACA)2p-bnlg131p-bnlg257pbnlg504p-bnlg667
1 分子图谱的构建
主要包括以下步骤：
–根据遗传材料之间的多态性确定亲 本组合，建立作图群体； –群体中不同植株或品系的标记基因 型分析； –标记间的连锁关系。
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：
Right primer
SNP标记
SBE1片段
Left primer
Indica (1) Japonica (1) CGGCATATGCTATTTTCTTTGCATCTTTTAACTCTTTATGGTTCTCTCAT CGGCATATGCTATTTTCTTTGCATCTTTTAACTCTTTATGGTTCTCTCAT
3 AFLP marker
扩增片段长度多态性（Amplified Fragment Length Polymorphism，AFLP），又称选 择性限制片段扩增（Selective Restriction Fragment Amplification）。
双酶切
连接节头
预扩增
选择性扩增
The specific band in Xianyou 63 amplified with AFLP primer combination E-AAC/M-CAT
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
自花授粉作物作图群体的构建方法
P1×P2 F1 F2 F3 F4 异花授粉作物作图群体的构建方法 ABCDEfG AbcdEfg
对B、D、G位点来说，
本
对阳性克隆DNA插入序列测序
步
根据SSR两侧序列设计并合成引物
骤
PCR扩增反应
凝胶电泳检测多态性
Chromosome 1, Region 11 (bin 1.11)This page summarizes the data available describing features found in bin 1.11 in maize. What is a bin, and why is it important? This region is highlighted in red on the image of maize chromosomes to the right. You can click on regions of that image to move to other portions of the maize genome.Genes in Bin 1.11 Other Loci in Bin 1.11 Bin 1.11 High-Density Map Regions Sequences in Bin 1.11 EST Contigs in Bin 1.11 SSRs in Bin 1.11 BACs in Bin 1.11 Mapped loci w/ accessions in Bin 1.11 Map Locations of Sequences in Bin 1.11