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1、第十四章第十四章 分子标记与作物育种分子标记与作物育种1优选知识 绪 分子标记辅助选择 (MAS) 的主要进展 1. 基因聚合 (gene pyramiding) 2 .基因转移 (gene transfer) 3. 数量性状的 MAS 2优选知识第一节第一节. .分子标记的类型和作用原理分子标记的类型和作用原理遗传标记遗传标记（genetic marker）: :指可追踪染色体、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，即何一种遗传特性。它具有两个基本特征，即可遗可遗传性传性和和可识别性；可识别性；
2、因此生物的任何有差异表型的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。基因突变型均可作为遗传标记。3优选知识遗传标记的类型遗传标记的类型形态学标记（形态学标记（morphological marker）细胞学标记细胞学标记(cytological marker)生化标记生化标记(biochemical marker)分子标记分子标记(molecular marker)：DNA分子遗传分子遗传标记，或标记，或DNA标记。标记。4优选知识即植物的外部形态特征。主要包括肉眼可见的外部特征，如即植物的外部形态特征。主要包括肉眼可见的外部特征，如：矮秆、紫鞘、卷叶等；也包括色素、生理特性、生殖
3、特：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。性、抗病虫性等有关的一些特性。优点优点：形态标记简单直观、经济方便；：形态标记简单直观、经济方便；缺点缺点:(1)数量在多数植物中是很有限的数量在多数植物中是很有限的;(2)且多态性较差，且多态性较差，表现易受环境影响，表现易受环境影响，(3)有一些标记与不良性状连锁。有一些标记与不良性状连锁。(4)形态标记的获得需要通过诱变、分离纯合的过程，周期较形态标记的获得需要通过诱变、分离纯合的过程，周期较长。因此形态标记在作物遗传育种中的作用是有限的。长。因此形态标记在作物遗传育种中的作用是有限的。 形态标记形态标记5
4、优选知识 即植物细胞染色体的变异：包括染色体核型（染色体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（数目、结构、随体有无、着丝粒位置等）和带型（C C带、带、N N带、带、G G带等）的变化。带等）的变化。 与形态标记相比，细胞学标记的与形态标记相比，细胞学标记的优点优点是能进行一些重是能进行一些重要基因的染色体或染色体区域定位。要基因的染色体或染色体区域定位。但但细胞学标记材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；同时某些物种对染色体变
5、异反应敏感；还有些变异难以用细胞学方法进行检测。难以用细胞学方法进行检测。因此到目前为止，真正因此到目前为止，真正应用于作物遗传育种研究中的细胞学标记还很少。应用于作物遗传育种研究中的细胞学标记还很少。 细胞学标记细胞学标记6优选知识 主要包括同工酶和等位酶标记。同工酶是：指结构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、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
6、码的酶的不同分子形式。分析方法是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。色法将酶的多种形式转变成肉眼可辩的酶谱带型。生化标记生化标记7优选知识与形态标记、细胞学标记相比，生化标记具两个方与形态标记、细胞学标记相比，生化标记具两个方面的面的优点优点：一是表现近中性，对植物经济性状一般：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，受环境影响较
7、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。定难度，因此其实际应用受到一定限制。 8优选知识一、分子标记标记的类一、分子标记标记的类型和特点型和特点9优选知识目前的分子标记类型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第一类是以分子杂交为核心的分子标记技术，包括包括RFLPRFLP、DNADNA指纹技术（指纹技术（DNA Fingerprinting）等；）等；第二类是以第二类是以PCRPCR为核心的分子标记技术，包括为核心的分子标记技术，包括RAPDRAPD、简单序、简
8、单序列重复标记列重复标记SSRSSR、序标位、序标位STSSTS、序列特征化扩增区域、序列特征化扩增区域SCARSCAR等；等；第三类是一些新型的分子标记，如：第三类是一些新型的分子标记，如：SNPSNP标记、表达序列标标记、表达序列标签签ESTEST标记等。标记等。10优选知识u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11优选知识二、分子标记的原理和遗传特性( (一一)RFLP)RFLP标记标记1.RFLP1.RFLP标记的原理
9、标记的原理 植物基因组植物基因组DNADNA上的上的碱基替换、插入、缺失碱基替换、插入、缺失或重复等，造成某种限或重复等，造成某种限制性内切酶酶切位点的制性内切酶酶切位点的增加或丧失，从而产生增加或丧失，从而产生限制性片断长度多态限制性片断长度多态性。性。 12优选知识基基基基本本本本步步步步骤骤骤骤用用DNA限制性内切酶消化限制性内切酶消化Southern杂交杂交 放射性自显影或酶学检测放射性自显影或酶学检测 DNA提取提取凝胶电泳分离，转移到滤膜上凝胶电泳分离，转移到滤膜上13优选知识2）特点）特点A 无表型效应，无表型效应，RFLP标记的检测不受环境条件和发育标记的检测不受环境条件和发育
10、阶段的影响。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。杂交组合时不受杂交方式的影响。C 在非等位的在非等位的RFLP标记之间不存在上位效应，因而互标记之间不存在上位效应，因而互不干扰不干扰D RFLP标记起源于基因组标记起源于基因组DNA的自身变异，在数量上的自身变异，在数量上几乎不受限制几乎不受限制E DNA需要量大，检测技术繁杂，难以用于大规模的需要量大，检测技术繁杂，难以用于大规模的育种实践中。在植物分子标记辅助育种中需要将育种实践中。在植物分子标记辅助育种中需要将RFLP转换成以转换成以PCR为
11、基础的标记。为基础的标记。14优选知识 PCR-based markersPCR: polymerase chain reaction（多聚酶链式反应）（多聚酶链式反应）amplification of tracts of DNA definedby border sequences that hybridize toselected DNA polymerase primersRequires: - target DNA- thermostable DNA polymerase (Taq)- oligonucleotide primer(s) (7-30nt)- dNTPs + Mg+15优
12、选知识16优选知识（二）（二）RAPDRAPD标记标记1.RAPD标记原理17优选知识18优选知识RAPD标记的主要特点有：标记的主要特点有：（1）不需）不需DNA探针，设计引物也无须知道序列信息；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）显性遗传（极少数共显性），不能鉴别杂合子和纯合子；子；（3）技术简便，不涉及分子杂交和放射性自显影等技术；）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；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。）实验重复性较差，结果可靠性较低。
13、 19优选知识（三）AFLP1.原理20优选知识21优选知识2.AFLP标记的主要特点有：标记的主要特点有：（1）由于）由于AFLP分析可以采用的限制性内切酶及选择性碱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；限多的；（2）典型的）典型的AFLP分析，每次反应产物的谱带在分析，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，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；且多态性极高；（3）表现共显性，呈典型孟德尔式遗传；）表现共显性，呈典型孟德尔式遗传；（4
14、）分辩率高，结果可靠；）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）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。但也存在假阳性带出现频繁、技术复验条件要求较高。但也存在假阳性带出现频繁、技术复杂、成本高等缺点。杂、成本高等缺点。 22优选知识（四）SSR1.原理23优选知识24优选知识SSR标记的主要特点有：标记的主要特点有：（1）数量丰富，广泛分布于整个基因）数量丰富，广泛分布于整个基因（2）具有较多的等位性变异；）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；）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
15、；）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）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。信息，因此其开发有一定困难，费用也较高。 25优选知识英文缩英文缩英文缩英文缩写写写写英文名称英文名称英文名称英文名称中文名称中文名称中文名称中文名称RFLPRFLPRestriction fragment Iength Restriction fragment Iength polymorphismpolymorphism限制性片段长度多限制性片段长度多限制性片段长度多限制性片段长度多态性态性态性态性STSSTSSequence ta
16、gged siteSequence tagged site序列标签位点序列标签位点序列标签位点序列标签位点RAPDRAPDR andom amplified polymor-R andom amplified polymor-Phic DNAPhic DNA随机扩增多态性随机扩增多态性随机扩增多态性随机扩增多态性DNADNAAFLPAFLPAmplified frangment lengthAmplified frangment lengthPolymorphismPolymorphism扩增片断长度多态扩增片断长度多态扩增片断长度多态扩增片断长度多态性性性性SSRSSRSimple sequ
17、ence repeatSimple sequence repeat简单序列重复简单序列重复简单序列重复简单序列重复SNPSNPSimple mucleotide polymor-Simple mucleotide polymor-phismphism单核苷酸多态性单核苷酸多态性单核苷酸多态性单核苷酸多态性几种主要的分子标记几种主要的分子标记几种主要的分子标记几种主要的分子标记26优选知识分子标记的遗传基础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，标记辅助选择的主要方面是对目标基因的选择，有人称之为有人称之为前景选择前景选择（foreground selection）。前景选
18、择的可靠性主要取决于）。前景选择的可靠性主要取决于标标记与目标基因间连锁的紧密程度记与目标基因间连锁的紧密程度。若只用一个标。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。连锁必须非常紧密，才能够达到较高的正确率。 27优选知识供体受体 RR Rr rr (1-r)2 2 2r(1-r) r2 2MRmrMRmr目标基因与目标基因与DNA标记间的遗传距离位标记间的遗传距离位p亲本中亲本中DNA标记的带型标记的带型F1 1杂种中杂种中DNA标记的带型标记的带型在在F2 2分离群体中分子标记类型分离群体中分
19、子标记类型即即MM,Mm,mmMM类型的分子标记所代表的目标基类型的分子标记所代表的目标基因型及其频率因型及其频率利利用用MAS的的遗遗传传基基础础（以（以RFLP为为例）例） M抗性标记抗性标记 R抗性基因抗性基因m感病标记感病标记 r感病基因感病基因28优选知识 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： nlog（1-P）/log（1-p） 式中p（1r）229优选知识30优选知识 对基因组中其他部分（即遗传背景）选择，对基因组中其他部分（即遗传背景）选择，称为称为背景选择背景选择
20、（background selections）。背景选择的对象几乎包括了整个基因组）。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，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色体都可能是由双亲染色体重新组装的杂合体。体。 31优选知识32优选知识分子标记的优越性分子标记的优越性1.1.克服性状表现型鉴定的困难克服性状表现型鉴定的困难2.2.允许早期选择允许早期选择3.3.控制单一性状的
21、多个（等位）基因的利用控制单一性状的多个（等位）基因的利用4.4.允许同时选择多个性状允许同时选择多个性状5.5.可进行性状非破坏性评价和选择可进行性状非破坏性评价和选择6.6.从育种进程考虑，可加快育种进程，提高从育种进程考虑，可加快育种进程，提高育种效率育种效率33优选知识三三.分子标记辅助选择应具备的主要条件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简便快捷的标记检测方法34优选知识How to use a genetic marker for marker-assisted selectionWeaver
22、 Carrier Sire+WW+M1M2M1M2M3M3W=Weaver +=Normal35优选知识 目标基因的标记筛选（目标基因的标记筛选（gene tagging）是进行分子标记辅助选择）是进行分子标记辅助选择（MAS）育种的基础。用于）育种的基础。用于MASMAS育种的分育种的分子标记须具备三个条件：子标记须具备三个条件：分子标记与目标基因紧密连锁分子标记与目标基因紧密连锁标记实用性强，重复性好，而且能够经标记实用性强，重复性好，而且能够经济简便地检测大量个体。济简便地检测大量个体。不同遗传背景选择有效。不同遗传背景选择有效。36优选知识第二节 重要农艺性状基因连锁标记的筛选技术37
23、优选知识一、遗传图谱的构建与重要农艺性状基因的标记 遗传作图的原理遗传作图的原理 其原理是基于其原理是基于染色体的交换与重组染色体的交换与重组。在。在细胞减数分裂时，非同源染色体上的基因相互独细胞减数分裂时，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在减数分裂前期I I非姊妹染色单体间的交换而发生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。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，并不遗传图谱只显示基因间在染色体上的位置，并不反映反映DNADNA的实
24、际长度。的实际长度。38优选知识构建遗传图谱的主要环节构建遗传图谱的主要环节：根据遗传材料之间的多态性确定亲本组合根据遗传材料之间的多态性确定亲本组合，建立作图群体。，建立作图群体。对群体中不同植株的标记进行基因性分析。对群体中不同植株的标记进行基因性分析。借助计算机程序构建连锁群借助计算机程序构建连锁群39优选知识 构建遗传图谱，首先要选择合适的构建遗传图谱，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异不宜过大，否则会降低所建图谱的准确度和适用性。准确度和适用性。40优选知识 用于分子标记的遗传作图可分为两类：用于分子标记
25、的遗传作图可分为两类：a)a)暂时性分离群体暂时性分离群体，包括，包括F F2 2群体、群体、BCBC等等 b)b)永久性分离群体永久性分离群体，包括重组自交系群，包括重组自交系群体、加倍单倍体群体等体、加倍单倍体群体等41优选知识自花授粉作物作图群体的构建方法自花授粉作物作图群体的构建方法P1 1P2 2F1 1F2 2F3 3F4 4F1 1B1:BC1 1F1 1P1 1F1 1P1 1F1 1P1 1B2:BC2 2DHL异花授粉作物作图群体的构建方法异花授粉作物作图群体的构建方法ABCDEfGABCDEfGAbcdEfgAbcdEfgAbCDEfGAbCDEfGaBCdefgaBCd
26、efg杂合杂合F1 1对对B、D、G位点来说，相当于位点来说，相当于F2 2对对A、C、E位点来说，相当于测交位点来说，相当于测交F位点不分离位点不分离42优选知识F2F2BC1BC1DHDHRILRIL群体形成 F1自交后代F1回交后代F1花粉分化个体F2个体自交后代性状研究对象个体个体品系品系准确度低低高高必要的群体规模大大中中分离比例1:2:3或3:11:11:11:1不同作物群体的特点不同作物群体的特点43优选知识二、近等基因系的二、近等基因系的培育与重要农艺培育与重要农艺性状基因的标记性状基因的标记http:linkage.rockefeller.edu/soft/list/html
27、44优选知识三、群体分离分析法与重要、群体分离分析法与重要农艺性状基因的标记农艺性状基因的标记45优选知识R/Rr/rRrP:F2:F1:Rr 46优选知识抗 感 杂 杂 杂 感 杂 抗 感 杂 抗 杂 杂 抗 感分离分离群体群体分子分子标记标记辅助辅助选择选择抗性抗性鉴定鉴定结果结果47优选知识四、数量性状基因的定位四、数量性状基因的定位48优选知识四四.影响分子标记辅助选择影响分子标记辅助选择 (MAS) 的因素的因素 大量理大量理论和和实践研究表明，影响践研究表明，影响 MAS 选择效率的因素非常复效率的因素非常复杂，其中，其中标记与基因与基因 (QTL) 之之间的距离、目的距离、目标性
28、状的性状的遗传率、群体大小和性率、群体大小和性质、选用分子用分子标记数目以及数目以及标记与基因与基因 (QTL) 的的连锁相等是重要因子。相等是重要因子。 49优选知识1 1 标记与连锁基因标记与连锁基因 (QTL) (QTL) 间的连锁程度间的连锁程度 前景选择的准确性主要取决于标记与目标基因前景选择的准确性主要取决于标记与目标基因的的连锁强度连锁强度，标记与基因连锁得愈紧密，依据，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。标记进行选择的可靠性就愈高。 此外，此外，重组值重组值r r也影响到由该标记位点等位基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因分离产生遗传方差的
29、大小r r值越小，遗传方值越小，遗传方差越大，数量性状的选择效率越高。差越大，数量性状的选择效率越高。 50优选知识 2 2 性状的遗传率性状的遗传率性状的遗传率性状的遗传率 性状的遗传率极大地影响性状的遗传率极大地影响MAS选择效率。遗传选择效率。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，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技术所选性状的遗传率应在中度(0.30.4)会更好。会更好。 51优选知识 3
30、 3 群体大小和性质群体大小和性质群体大小和性质群体大小和性质 群体大小是制约群体大小是制约MASMAS选择效率的重要因素之选择效率的重要因素之一。一般情况下，一。一般情况下，MASMAS群体大小群体大小不应小于不应小于200200个个。选择效率随着群体增加而加大，特别是。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，在低世代，群体连锁不平衡性越大，MASMAS效效率就越高。由两个自交系杂交产生的率就越高。由两个自交系杂交产生的F F2 2群体，其连锁不平衡性往往最大，因而其群体，其连锁不平衡性往往最大，因而其MAMAS S效率也较高。效率也较高。 52优选知识 4 4 选
31、用分子标记数目和类型选用分子标记数目和类型选用分子标记数目和类型选用分子标记数目和类型 理论上标记数越多，从中筛选出对目标性理论上标记数越多，从中筛选出对目标性状有显著效应的标机会就越大，因而应有状有显著效应的标机会就越大，因而应有利于利于MASMAS。计算机模拟研究表明当每条染色。计算机模拟研究表明当每条染色体上标记数增加到体上标记数增加到6 6个以上时效率降低，最个以上时效率降低，最优距离为优距离为20cM20cM。 53优选知识 沈新莲等用沈新莲等用2 2个个RAPDRAPD标记和标记和1 1个个SSRSSR标记进行标记进行棉花纤维强度棉花纤维强度QTLQTL辅助选择，比较显性标记辅助选
32、择，比较显性标记和共显性标记之间纯合基因型和杂合基因和共显性标记之间纯合基因型和杂合基因型之间选择差异后，认为共显性型之间选择差异后，认为共显性 SSRSSR标记标记( (可有效地剔除杂合基因型可有效地剔除杂合基因型) )对以加对以加性性/ /隐性为主遗传的隐性为主遗传的QTLQTL进行进行MASMAS效果会更好。效果会更好。 54优选知识5 5 显性标记的相位显性标记的相位显性标记的相位显性标记的相位 对质量性状的选择，无论目标基因是否显隐性，均需对质量性状的选择，无论目标基因是否显隐性，均需选择到纯合植株，但显性标记无法鉴定纯合与否。选择到纯合植株，但显性标记无法鉴定纯合与否。Haley等
33、研究菜豆普通花叶病毒隐性抗性基因，两等研究菜豆普通花叶病毒隐性抗性基因，两RAPD标记一个相引标记一个相引(M1，1.9cM)，另一个相斥连锁，另一个相斥连锁(M2，7.1cM)时，用时，用M1选择到纯合抗病、杂合体、纯合感病比选择到纯合抗病、杂合体、纯合感病比例分别是例分别是26.3%、72.5%、1.2%，而用，而用M2分别是分别是81.8%、18.2%、0。55优选知识 据此提出相斥相显性据此提出相斥相显性RAPD标记不论标记不论对显性还是隐性基因均可极大提高选对显性还是隐性基因均可极大提高选择效率。由此可预见用相斥相的显性择效率。由此可预见用相斥相的显性SCAR标记跟踪目标基因比相引相
34、应标记跟踪目标基因比相引相应更有效。更有效。 56优选知识 6 6 世代的影响世代的影响世代的影响世代的影响 在早代在早代(BC1)变异方差大，重组个体多，中选机率大，变异方差大，重组个体多，中选机率大，因此背景选择时间应在育种早期世代进行，因此背景选择时间应在育种早期世代进行，随着世代的增加，背景选择效率会逐渐下降随着世代的增加，背景选择效率会逐渐下降 。在早期世代，分子标记与。在早期世代，分子标记与 QTL 的连锁非平衡性较大，随着世代的增加，效的连锁非平衡性较大，随着世代的增加，效应较大的应较大的 QTL 被固定下来，被固定下来，MAS 效率随之降低。效率随之降低。 57优选知识7 7
35、控制性状基因控制性状基因控制性状基因控制性状基因 (QTL) (QTL) 数目数目数目数目 模拟研究发现随着模拟研究发现随着 QTL 增加，增加，MAS 效率降低。当目标性状由少数几个基因效率降低。当目标性状由少数几个基因(1-3)控制时，用标记选择对发掘遗传潜力非常有效，控制时，用标记选择对发掘遗传潜力非常有效，然而当目标性状由多个基因控制时，由于需要选择然而当目标性状由多个基因控制时，由于需要选择世代较多，加剧了标记与世代较多，加剧了标记与 QTL 位点重组，降低了标记选择效果，在少数位点重组，降低了标记选择效果，在少数 QTL 可解释大部分变异的情况下，可解释大部分变异的情况下，MAS效
36、率更高。效率更高。58优选知识8 8 控制数量性状控制数量性状控制数量性状控制数量性状QTLQTL的划分、定位及的划分、定位及的划分、定位及的划分、定位及其效应分布其效应分布其效应分布其效应分布 QTL QTL 的准确发现和对其效应无偏估计有助于的准确发现和对其效应无偏估计有助于MASMAS效率提高。效率提高。QTLQTL精确定位取决于分子连锁图精确定位取决于分子连锁图谱的饱和度以及对谱的饱和度以及对QTLQTL性状的准确度量，可性状的准确度量，可利用永久分离群体通过反复试验精确定位利用永久分离群体通过反复试验精确定位QTQTL L。59优选知识 互作大小直接影响着互作大小直接影响着MASMA
37、S效率。一般在不同效率。一般在不同年份间不同时期不同地点均能检测到的年份间不同时期不同地点均能检测到的QTLQTL的效果较好。的效果较好。 基因型对基因型对QTLQTL检测有较大影响，杂交早代植检测有较大影响，杂交早代植株基因型是杂合的。随着自交代数增加，许株基因型是杂合的。随着自交代数增加，许多位点趋于纯合，在早代选择的植株到高代多位点趋于纯合，在早代选择的植株到高代表现会与原先表现不一致，应重新估价和筛表现会与原先表现不一致，应重新估价和筛选分子标记。同一性状在不同群体间甚至不选分子标记。同一性状在不同群体间甚至不同群体大小间的同群体大小间的QTLQTL不一致，这些因素均影响不一致，这些因
38、素均影响 QTLsQTLs检测并影响检测并影响MASMAS的效率。的效率。60优选知识9 9 选择强度和选择强度和选择强度和选择强度和QTLsQTLs的遗传方式和的遗传方式和的遗传方式和的遗传方式和相位相位相位相位 在高选择强度下，常规选择更易丢失有利基因在高选择强度下，常规选择更易丢失有利基因，MASMAS效率随着选择强度升高而增加。显性作用效率随着选择强度升高而增加。显性作用随着世代增加而降低，因此显性遗传随着世代增加而降低，因此显性遗传QTLsQTLs的的MASMAS效率高。当对多个效率高。当对多个QTLQTL进行选择时，相引连锁比进行选择时，相引连锁比相斥连锁相斥连锁MASMAS效率高
39、。在中等或较低选择强度下效率高。在中等或较低选择强度下，目标基因，目标基因(QTL)(QTL)周围染色体区段由较远端标记周围染色体区段由较远端标记控制更有效。控制更有效。61优选知识第二节 分子标记辅助选择的策略62优选知识一、作物一、作物MASMAS育种须具备的条件育种须具备的条件 u分子标记与目标基因共分离或紧密连锁，一般要求两者间的遗传距离小于5cM,最好1cM或更小。u具有在大群体中利用分子标记进行筛选的有效手段，主要是应用PCR技术。u筛选技术在不同实验室间重复性好，且具有经济、易操作的特点。u具有实用化程度高并能协助育种家作出抉择的计算机数据处理软件。63优选知识二、二、MASMA
40、S育种方法育种方法（一）回交育种（一）回交育种（二）（二）SLS-MAS（三）（三）MAS聚合育种聚合育种64优选知识 受体亲本受体亲本受体亲本受体亲本 供体亲本供体亲本供体亲本供体亲本 ( ( ( (不含优质基因不含优质基因不含优质基因不含优质基因) () () () (含优质基因含优质基因含优质基因含优质基因) ) ) )F F1 1 受体亲本受体亲本受体亲本受体亲本BCBC1 1目标基因定位目标基因定位目标基因定位目标基因定位标记辅助选择标记辅助选择标记辅助选择标记辅助选择 中选中选中选中选BCBC1 1 受体亲本受体亲本受体亲本受体亲本 ( (含优质基因含优质基因含优质基因含优质基因)
41、 )BCBC2 2BCBC3 3标记辅助选择标记辅助选择标记辅助选择标记辅助选择标记辅助选择标记辅助选择标记辅助选择标记辅助选择中选中选中选中选BCBC3 3( (含优质基因含优质基因含优质基因含优质基因) ) 新育成的优质品种新育成的优质品种新育成的优质品种新育成的优质品种( (受体亲本遗传本背景受体亲本遗传本背景受体亲本遗传本背景受体亲本遗传本背景+ +优质基因优质基因优质基因优质基因) )自自自自交交交交目标基因的定位目标基因的定位与标记辅助回交与标记辅助回交育种相结合程序图育种相结合程序图 中选中选中选中选BCBC1 1 受体亲本受体亲本受体亲本受体亲本 ( (含优质基因含优质基因含优
42、质基因含优质基因) )65优选知识 受体亲本受体亲本 供体亲本供体亲本A(无优质基因无优质基因) (含优质基因含优质基因A) 受体亲本受体亲本 供体亲本供体亲本B(无优质基因无优质基因) (含优质基因含优质基因B) F1(含优质基因含优质基因A) F1(含优质基因含优质基因B)复杂杂种复杂杂种(分离群体分离群体) 受体亲本受体亲本 供体亲本供体亲本C(无优质基因无优质基因) (含优质基因含优质基因C) 中选杂种个体中选杂种个体 F1 (含优质基因含优质基因A和和B) (含优质基因含优质基因C)复杂杂种复杂杂种(分离群体分离群体) 中选杂种个体中选杂种个体 受体亲本受体亲本(含优质基因含优质基因
43、A、B和和C) 新育成的优质品种新育成的优质品种 (受体亲本遗传背景受体亲本遗传背景+优质基因优质基因A、B和和C)回交回交12代，标记辅助选择代，标记辅助选择自交自交标记辅助选择标记辅助选择标记辅助选择标记辅助选择标标标标记记记记辅辅辅辅助助助助基基基基因因因因聚聚聚聚合合合合与与与与品品品品质质质质改改改改良良良良相相相相结结结结合合合合程程程程序序序序图图图图66优选知识三、提高分子标记的筛选效率（一）多重（一）多重PCRPCR方法方法（二）用相斥相分子标记进行育种选择（二）用相斥相分子标记进行育种选择（三）克服连锁累赘（三）克服连锁累赘（四）降低（四）降低MASMAS育种的成本育种的成
44、本67优选知识 MAS育种研究范围：育种研究范围：1.1.分子标记与资源评价（度量遗传多样性）分子标记与资源评价（度量遗传多样性）2.2.分子标记与亲本选配分子标记与亲本选配3.MAS3.MAS增强作物抗病性（转移新的抗性基因，增强作物抗病性（转移新的抗性基因，抗性基因的累加或聚合）抗性基因的累加或聚合）4.MAS4.MAS提高作物杂种产量提高作物杂种产量 68优选知识 品品质性状分子性状分子标记体系体系HMWGS：2*、7、5、8、9、16、20硬度：硬度：Pina/Pinb淀粉：淀粉：Wx-A1、Wx-B1和和Wx-D1多酚氧化多酚氧化酶：2个个黄色素：黄色素：1个个69优选知识抗病分子抗
45、病分子标记体系体系条条锈：Yr5、Yr ZH84、Yr10、Yr24白粉：白粉：Pm12、Pm16、Pm3170优选知识HMW-GS、LMW-GS的的SDS-PAGE分析分析71优选知识-GliadinB3b B3bBB3dB3hB3j1BL/1RSSDS-PAGE of 1BL/1RS translocation 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2072优选知识PCR marker development for By8 Dominant PCR marker system specific to glutenin By8527
46、bp M By18By8By18By16By16By8By9By9By15By8By8*By20By8*By20By-null73优选知识 M 1 2 3 4 5 6 71. CS 2. X( N4AT4B) 3. X(N4AT4D) 4. Beihuomai 5. Kanto107 6. Lu935031 7. Gamenya Molecular identification of Wx-B1 in Chinese wheat74优选知识PPOPPO新标记品种检测新标记品种检测876 bp685 bp75优选知识硬度 27 65 27 76 24 60 19 21 26 Friabilin蛋白电泳图谱，箭头示硬度相关谱带蛋白电泳图谱，箭头示硬度相关谱带 76优选知识77优选知识
