分子育种1

抗性基因位点 (Resistant)
分子标记辅助选择的示意图:
分子标记位点 (Maker)
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第三节 分子育种与传统育种的关系
分子育种是现代分子生物学技术在传统育 种中应用中发展起来的， 传统育种是基 础，分子育种而成的材料，大多需要应用 传统育种技术对材料进行进一步的选择和 改良，才能育种符合要求的新品种。 因此，只有两者结合，才有可能解决一些 过去无法解决的育种难题。
分子育种学
• 任课教师： 朱伟 电话:13783479136
E-mail:zhuwei_2006z@126.com
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第一章 绪论
第一节 分子育种学的涵义和任务
一、植物育种 二、分子育种 三、分子育种学
Байду номын сангаас
1. 核基因组DNA 2. 线粒体基因组DNA 3. 叶绿体基因组DNA 4. 质粒DNA
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二、核基因组(nuclear genome)
• 核基因组是指单倍体细胞核内 DNA的总和，真核生物核DNA是以 染色体形态与组蛋白、非组蛋白和RNA包裹在一起，在整个基因 组中占主导地位。nDNA(nuclear DNA) DNA H2A2, H2B2, H31, H32, H41and H42
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附 参考书籍刊物
o 一、参考书 o 二、参考期刊
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出版社
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二、参考期刊
1.Plant molecular biology 2.Plant molecular breeding 3. Biotechnology 4. Plant physiology 5. 分子植物育种
一、转基因育种(gene transformation breeding)
1、定义：利用分子生物学技术，把经过分离 和人工构建的基因，通过适当的基因转化 方法导入到受体细胞的基因组中，得到基 因产物和生物活性的表达，并能遗传至后 代的过程。（示意图）
2、优点：克服有性杂交的生殖隔离，实现不 同物种间的基因交流。
基因组DNA
3x109bp, 约100万个 基因，非编码序列占 80%以上
4.2x106bp, 约30004000个基因，非编 码序列很少
51900bp, 约160个基 因，极少
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o 3、基本要求：掌握分子育种的基本原理、 主要技术和应用范畴，了解分子育种的研 究进展和知识与技术创新的潜力。
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第二节 分子育种的范畴和优越性
分子育种技术体系 组织培养技术 分子标记技术(MAS)育种 基因克隆和功能分析 转基因育种 品种分子设计 组装育种
2、特点：
1）母性遗传 2）环状双链NA分子 3）玉米 ctDNA 约 140,000 bp. 约120 个基因.
白色体
原质体
叶绿体
淀粉体
造油体
有色体
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四、线粒体基因组（mitochondrial genome)
o 2、传统育种和现代育种，前者常指杂交 育种，后者常指分子育种。
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二、分子育种(molecular breeding)
o
1、根据育种目标，通过在DNA分子水平上
的操作，对植物基因组进行改良（如：引入外源
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思考题
1. 植物分子育种的涵义和任务是什么？与传统杂交育种比较，有哪些 特点？
2. 转基因育种包括哪些基本过程？与杂交育种比较，有何优越性？ 3. 简述分子标记辅助育种的基本原理，在育种选择中，显示出哪些优
一、参考书
1.Guerineau, F. And Mullineaux, P. 1993, Plant transformation and expression vectors, ßios Scientific and Blackwell Scientific, Oxford
2.S. Ignacimuthu, 1997, Plant Biotechnology, Sicence Publishers, Inc. 3.Heddwyn Jones, 1995, Plant gene transfer and expression protocols,
点？ 4. 为什么说“现代分子育种与传统杂交育种相结合才有可能解决一些
以往无法解决的育种难题”？
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与杂交育种技术相比，分子育种具备的优势： 1.有利于种质资源创新；(创新性强） 2.可以对植物的目标性状进行定向变异和定向选择；（预见性强） 3.可以大大提高选择效率；（效率高） 4.缩短育种年限，加快育种进程；(速度快) 5.克服不良性状的连锁表达 。（打破连锁）
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二、分子标记辅助育种(molecular marker-assisted breeding)
o 1、定义：利用分子生物学技术，对一个目 标性状（如抗病、抗虫）进行分子标记 （如RFLP、SSR、RAPD），当分子标记 与性状有连锁时，根据分子标记表型从 DNA水平上直接选择目标性状。这种高效 和精确地选取目标性状的技术称为分子标 记辅助育种。（示意图）
基因和改良内源基因），创造符合人类需求的新 性状（如：抗虫、抗病、抗除草剂等），具有新 性状的植物，或通过适当的选择和繁殖直接形成 一个新品种，或用它作为种质通过杂交育种途径 育成一个新品种。
o 2、分子育种所涉及的学科很广，如：分子生 物学、分子遗传学和育种学等，均与分子育种有 关，是一个高度综合的边缘学科。
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一、植物育种(plant breeding)
o 1、根据育种目标，用育种技术，诱导、创 造和重组遗传变异，选育出符合育种目标 （高产、优质、抗逆）的在遗传上稳定一 致的优良新品种（基因型），并繁殖出足 够量的种子或种苗供生产应用。
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分
常规育种技术
子
标
记
技
转 基 因 技 术
术
分子育种学
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o 2、优点：排除环境对基因型表达的干扰。
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植物转基因示意图:
载体 (农杆菌Ti质粒)
农杆菌
Bt基因插入载体中
抗虫基因 (Bt基因)
重组载体导入 植物细胞中
植物细 胞培养
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A chromosome Condensed chromatin
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三、叶绿体基因组(chloroplast genome)
1、概念;叶绿体是植物特有的进行光合作用的细胞器，它含有一套相对较小 的基因组，基因组DNA用 ctDNA表示。ctDNA (chloroplast DNA).
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三、分子育种学
o 1、定义：研究利用分子生物学技术选育及 繁殖优良品种的理论与方法的科学。
o 2、任务：掌握生物性状遗传变异规律的基 础上，利用分子生物学技术选育出符合育 种目标的新品种。
一、差速离心（differential centrifugation）
• 在密度均一的介质中由低速到高速逐级离 心，用于分离不同大小的细胞和细胞器。
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第一节 植物基因组
o 一、基因组 o 二、核基因组 o 三、叶绿体基因组 o 四、线粒体基因组
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一、基因组(genome)
概念：单倍体生物中所含的遗传物质（DNA 或RNA）总和。
不同生物的基因组既有同源，又有差异。
不同生物的细胞
大肠杆菌细胞
动物细胞
植物细胞
原核生物
生物 真核生物
细胞结构
完整，有丝、减数 分裂，24hr.以上
真核生物
染色体组成 DNA：组蛋白：非组蛋 白
原核生物 病毒
似核，类似于有丝 分裂，不形成纺锤 体，20min
DNA裸露
无细胞结构，只在 DNA或RNA 寄主中繁殖
• 线粒体是呼吸作用产生能量的细胞器，动植物均有。 • 植物线粒体DNA（mtDNA)是环状的 或线性的DNA 分子，不同植物
的mtDNA大小差异很大，变幅为 200kb (brassicas) 至500kb (muskmelon)。即使最小的mtDNA（200 kb）是动物(15-18kb)的10 倍，是真菌(18-78kb)的若干倍. • 线粒体DNA，与叶绿体DNA比较，不但分子量大，而且常发生变异。
Humana Press Inc. 4.吴乃虎编著，1998，基因工程原理（上册），科学出版社 5.吴乃虎编著，2001，基因工程原理（下册），科学出版社 6.田波，许智宏，叶寅等，1996，植物基因工程，山东科学技术出版社 7.闫新甫，2003，转基因植物，科学技术出版社 8.方宣钧，吴为人，唐纪良，2000，作物DNA标记辅助育种 ，科学技术
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第二章 分子育种中的分子生物学基础
o 第一节 植物基因组 o 第二节 植物DNA的主要理化性质 o 第三节 植物基因的结构和表达特点
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补充内容：如何提取细胞中的细胞器？
• 主要有差速离心和密度梯度离心 • 一般是先用差速离心初分离，再用密度梯
度离心进一步分离。
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