1、玉米诱导单倍体玉米诱导单倍体育种技术与应用育种技术与应用陈绍江陈绍江中国农业大学中国农业大学 内容提纲内容提纲 单倍体育种（单倍体育种（DH）背景介绍）背景介绍 单倍体育种基本程序单倍体育种基本程序 国内单倍体育种研究进展国内单倍体育种研究进展 系统化与工程化问题系统化与工程化问题精选ppt3无融合生殖类型无融合生殖类型一、无性幼胚起源细胞发生的部位和幼胚的发育方式一、无性幼胚起源细胞发生的部位和幼胚的发育方式，可以进一步把无融合结实或无融合生殖再分为，可以进一步把无融合结实或无融合生殖再分为4种种不同的类型不同的类型:1.无孢子形成（无孢子形成（apospory）2.二倍性孢子形成（二倍性孢
2、子形成（diplospory）3.不定胚生殖（不定胚生殖（adventitious embryny）4.单性生殖（单性生殖（parthenogenesis）精选ppt4 有性生殖与各种无融合生殖方式的比较精选ppt5单性生殖单性生殖 孤雌生殖孤雌生殖：在正常的有性胚囊中，卵细胞未经受精而直接发育：在正常的有性胚囊中，卵细胞未经受精而直接发育成胚的现象称为单性生殖或雌核发育（成胚的现象称为单性生殖或雌核发育（gynogenesisgynogenesis）。由）。由单性生殖产生的胚或植株，都是单倍体。单性生殖产生的胚或植株，都是单倍体。孤雄生殖孤雄生殖：与雌核发育相对应的另一种单性生殖的形式是雄核
3、：与雌核发育相对应的另一种单性生殖的形式是雄核发育（发育（androgenesisandrogenesis）。这是一种更为稀有的遗传现象，正）。这是一种更为稀有的遗传现象，正常有性胚囊中的卵细胞，因某种原因丧失功能，未能和精子常有性胚囊中的卵细胞，因某种原因丧失功能，未能和精子结合，进入胚囊的一个精子占据卵细胞的位置，发育为单倍结合，进入胚囊的一个精子占据卵细胞的位置，发育为单倍体的胚。体的胚。精选ppt6产生玉米单倍体的途径产生玉米单倍体的途径 品种间杂交自发产生的孤雌生殖单倍体品种间杂交自发产生的孤雌生殖单倍体 不定配子体基因不定配子体基因ig诱导的孤雄生殖单倍体诱导的孤雄生殖单倍体 化学
4、和物理方法诱导的单倍体化学和物理方法诱导的单倍体 花药组织和花粉培养产生的单倍体花药组织和花粉培养产生的单倍体 雌穗、子房或胚珠的离体培养雌穗、子房或胚珠的离体培养 孤雌生殖诱导系杂交诱导产生单倍体孤雌生殖诱导系杂交诱导产生单倍体一、背景介绍一、背景介绍基本应用：基本应用： 1) 育种平台：育种平台： 快速获得纯系，缩短育种年限快速获得纯系，缩短育种年限 亲本与高代系纯化亲本与高代系纯化 种质改良种质改良育种技术育种技术遗传纯合度遗传纯合度% %世代世代传统育种传统育种5050757587.5087.5093.7593.7596.8896.8898.4498.4499.2899.287 7代代
5、DHDH技术技术50501001002 2代代精选ppt8精选ppt9育种程序比较育种程序比较季季DH育种进度育种进度常规常规1D0S02D1测配，系选测配，系选S13D2鉴定选择鉴定选择S24D3复配，行比复配，行比S3测配，系株选测配，系株选5D4预试预试S4鉴定，系株选鉴定，系株选6D5区试区试S5复配鉴定，系株选复配鉴定，系株选7D6区试区试S6复配行比复配行比8D7生试生试S7预试预试2) 遗传研究：遗传研究： 突变鉴定，淘汰有害的隐性基因突变鉴定，淘汰有害的隐性基因 基因定位（基因定位（DH群体）群体） 生殖遗传生殖遗传-双胚苗等双胚苗等精选ppt11精选ppt12精选ppt13特
6、点特点 多多-易于规模化易于规模化 快快-选系速度快选系速度快 好好-纯度高纯度高 省省-精选ppt143）单倍体育种应用状况）单倍体育种应用状况国内：国内：2013250万个单倍体以上万个单倍体以上规模化单倍体育种规模化单倍体育种精选ppt15国外应用国外应用 先锋、孟山都、先正达、利马格兰、先锋、孟山都、先正达、利马格兰、KWS等均有大规模应用等均有大规模应用,DH系占新选系可以达到系占新选系可以达到90%，已经替代传统选系成为主要的选系，已经替代传统选系成为主要的选系方法方法 现代育种技术的新体系三大核心技术现代育种技术的新体系三大核心技术 单倍体育种单倍体育种+分子育种分子育种+转基因
7、转基因 精选ppt16国外大规模国外大规模单倍体育种单倍体育种精选ppt17二、单倍体育种基本程序二、单倍体育种基本程序精选ppt18基础材料基础材料2n=202n=20单倍体单倍体 n=10n=10单倍体的鉴定单倍体的鉴定加倍加倍DHDH系系2n=202n=20单单倍倍体体育育种种程程序序单倍体产生单倍体产生单倍体加倍单倍体加倍DH系评价与应用系评价与应用精选ppt19（一）、单倍体诱导（一）、单倍体诱导 诱导母本材料诱导母本材料 诱导系与杂交种诱导系与杂交种 诱导机理诱导机理精选ppt20 基础材料基础材料 孤雌生殖诱导系孤雌生殖诱导系 无色糊粉层无色糊粉层 紫色糊粉层紫色糊粉层 无色胚芽
8、无色胚芽 紫色胚芽紫色胚芽 绿色植株绿色植株 正常杂交籽粒正常杂交籽粒 准单倍体籽粒准单倍体籽粒 紫色糊粉层紫色糊粉层 紫色糊粉层紫色糊粉层 紫色胚芽紫色胚芽 无色胚芽无色胚芽 假单倍体假单倍体 单倍体单倍体 紫色植株紫色植株 绿色植株绿色植株 加倍加倍 DH系系精选ppt211、基础材料选择、基础材料选择群体遗传构成：群体遗传构成：杂合群体：单交种，群体等杂合群体：单交种，群体等分离群体：分离群体：F2, F3,F4等等近纯合群体：自交系等近纯合群体：自交系等种质类型：种质类型：硬粒硬粒80以上以上马齿马齿90以上以上精选ppt222、玉米孤雌生殖诱导系、玉米孤雌生殖诱导系Coe(1959)
9、Stock6是是第一个孤雌生殖诱导系第一个孤雌生殖诱导系, ,诱导率诱导率1%-2%1%-2%。 Lashermes(1988)孤雌生殖诱导系孤雌生殖诱导系WS14,诱导率诱导率3.5%3.5% 。Tyrnov等等(1994)(1994)孤雌生殖诱导系孤雌生殖诱导系ZMS,单倍体诱导频率达到单倍体诱导频率达到2%2%左右。左右。4 4）张铭堂、德国所用诱导系）张铭堂、德国所用诱导系RWS,UH400RWS,UH400等诱导率等诱导率8 8左右左右5 5）吉林农科院吉诱）吉林农科院吉诱3 3号号6 6）其它研究单位也开展了研究）其它研究单位也开展了研究7 7）中国农业大学在）中国农业大学在BH0
10、BH0Stock6Stock6后代选育出高油型孤雌生殖单倍后代选育出高油型孤雌生殖单倍体诱导系农大高诱体诱导系农大高诱1 1号等。最近新的诱导系农大高诱号等。最近新的诱导系农大高诱2-52-5号，号， 诱导率诱导率8-18%8-18%，诱导杂交种农大杂诱，诱导杂交种农大杂诱1 1号，号，2 2号诱导率在号诱导率在5-10%5-10%。2022-6-8精选ppt23诱导系诱导系InducerRate(%) Stock62.3Coe,1959ZMS0.6 63.4Tyrnov&Zavalishina,1984WS143.05.0Lashermes & Beckert,19885329C 3.051
11、8.57Sarkar,1994KEMS6.3Shatskaya,1994MHI5.56.7Chalyk,1994RWS8.6513.39Geiger & Rber,2005UH400815Melchinger,2003 CAUHOI1.99.2Liu ,2000；Chen，2003精选ppt24农大高诱农大高诱2-5号与杂交种号与杂交种新系新系25号基本稳定号基本稳定 诱导率在诱导率在5-18%精选ppt25精选ppt2620112011年年7 7月月 北京上庄北京上庄精选ppt2720112011年年1010月月至至20122012年年2 2月月2828日日 海南南滨海南南滨精选ppt282
12、012012 2年年1212月月1515日日 海南南滨海南南滨精选ppt292012013 3年年0202月月2525日日 海南南滨海南南滨精选ppt302012013 3年年0202月月2525日日 海南南滨海南南滨精选ppt312012013 3年年0202月月2020日日 海南南滨海南南滨精选ppt32农大高诱农大高诱5 5号号(C(CAUHI5AUHI5) )果穗与植株果穗与植株生产上应用的诱导系类型生产上应用的诱导系类型精选ppt33关联群体自交系与诱导系关联群体自交系与诱导系CAUHI5杂交后表现杂交后表现精选ppt34籽粒标记籽粒标记R-nj遗传遗传-花粉直感花粉直感精选ppt3
13、5 果穗中的单倍体果穗中的单倍体精选ppt36单倍体产生的生物学机理：单倍体产生的生物学机理：精选ppt37雄配子体发育雄配子体发育精选ppt38双受精示意图双受精示意图(引自引自Fre de ric Berger等，等，2008)精选ppt39（二）、单倍体鉴定（二）、单倍体鉴定 田间鉴定田间鉴定（早期）（早期） 细胞遗传学方法细胞遗传学方法 形态学方法形态学方法 放射性方法放射性方法 除草剂除草剂 方法方法 分子标记法分子标记法 遗传标记法遗传标记法 油份鉴定法油份鉴定法精选ppt40孤雌单倍体的标记孤雌单倍体的标记R-njR-nj精选ppt41根色鉴别精选ppt42 植株颜色鉴别植株颜色
14、鉴别精选ppt43（三）、单倍体加倍（三）、单倍体加倍 自然加倍自然加倍 与小麦、水稻等不同，玉米单倍体自然加倍率一般低于与小麦、水稻等不同，玉米单倍体自然加倍率一般低于10，有些材料不发生自然加倍（，有些材料不发生自然加倍（Zabirova, 1993; Shatskaya, 1994） 气体气体N2O加倍加倍（A. Kato，2002） 组培加倍组培加倍 药剂化学加倍药剂化学加倍 除草剂除草剂(APM, Pronamide,Oryzalin,Trifluralin等等) 秋水仙素秋水仙素配方的优化配方的优化加倍环节的优化（加倍环节的优化（时间、温度等）时间、温度等）精选ppt44 药剂加倍
15、药剂加倍除草剂：除草剂： APM (amiprophosmethy1)、拿草特、拿草特(pronamide）、安磺灵）、安磺灵(oryzalin)、氟乐灵、氟乐灵(trifluralin)等；等；秋水仙素秋水仙素 多种因素影响（药剂浓度、多种因素影响（药剂浓度、 处理时间、处理温度等）。处理时间、处理温度等）。精选ppt45田间加倍田间加倍精选ppt46（四）、（四）、DH系系精选ppt47精选ppt48精选ppt49三、中国农业大学单倍体研究三、中国农业大学单倍体研究1995开始开始-诱导技术诱导技术鉴别与加倍鉴别与加倍DH系高效应用系高效应用单单 倍倍 体体 育育 种种 技技 术术 体体
16、系系生物学机理生物学机理 应用研究应用研究 理论研究理论研究遗传学学机理遗传学学机理花粉直感与竞争花粉直感与竞争 系统与工程化系统与工程化 技术优化技术优化精选ppt50理论研究理论研究 生物学机理：染色体排除生物学机理：染色体排除-B染色体诱导系染色体诱导系 遗传机理：遗传方式、诱导基因精细定位遗传机理：遗传方式、诱导基因精细定位 花粉直感：油份直感效应和当代杂种优势花粉直感：油份直感效应和当代杂种优势精选ppt51诱导生物学机理：染色体干扰与排除诱导生物学机理：染色体干扰与排除特殊籽粒类型的发现特殊籽粒类型的发现精选ppt52特殊籽粒的频率及倍性鉴定特殊籽粒的频率及倍性鉴定籽粒数籽粒数频率
17、频率(%)单倍单倍体数体数鉴定效率鉴定效率(%)单倍体单倍体频率频率 (%)可能单倍体可能单倍体3131.2527587.861.10特殊籽粒特殊籽粒3551.4227778.031.11杂交籽粒杂交籽粒2435297.410100.000.00精选ppt53SSR分子标记检测分子标记检测精选ppt54DGAT1-2 测序结果测序结果精选ppt55玉米小孢子第二次分裂中玉米小孢子第二次分裂中B染色体的不分离现象染色体的不分离现象B染色体传递染色体传递精选ppt56 玉米染色体荧光免疫染色结果（金危危教授提供）玉米染色体荧光免疫染色结果（金危危教授提供）黄绿色信号为CENH3抗体，箭头所指为玉米
18、B染色体（信号相对较弱）如果有如果有B染色体说明不是单受精，诱导系染色体说明不是单受精，诱导系A染色体消失为排除所致染色体消失为排除所致精选ppt57单倍体诱导机理模式图单倍体诱导机理模式图精选ppt58A1: B73UH400; A2: UH400; B 不同子粒类型诱导性状生殖遗传机制诱导性状生殖遗传机制精选ppt59诱导性状与败育性状同为雄配子表达性状诱导性状与败育性状同为雄配子表达性状A: 诱导系诱导系常规系常规系B: 诱导系自交诱导系自交C: 常规系常规系诱导系诱导系精选ppt60单倍体诱导基因作用模型单倍体诱导基因作用模型? ?（A A）诱导基因在雄配）诱导基因在雄配子中表达，并可
19、能受到子中表达，并可能受到表观修饰（用灰色表表观修饰（用灰色表示）。其产物对于花粉示）。其产物对于花粉的竞争性会有影响的竞争性会有影响? ?（B B）父本染色体的高）父本染色体的高度修饰可能会造成子粒度修饰可能会造成子粒中染色体消除或败育的中染色体消除或败育的发生。对于其余的轻度发生。对于其余的轻度修饰的花粉将不会影响修饰的花粉将不会影响双受精过程，并最终形双受精过程，并最终形成正常子粒。成正常子粒。精选ppt61诱导基因分子标记可以用于辅助选育诱导系诱导基因分子标记可以用于辅助选育诱导系在第在第1和第和第9染色体上发现诱导基因染色体上发现诱导基因精选ppt621号染色体诱导基因精细定号染色体
20、诱导基因精细定位位 单倍体油份单倍体油份玉米玉米85%左右的油份存在于玉米胚之中，而油份具有一定的花粉直感效应，如左右的油份存在于玉米胚之中，而油份具有一定的花粉直感效应，如以高油型诱导系进行诱导，双受精的杂交籽粒具有较高油份，而孤雌生殖单倍以高油型诱导系进行诱导，双受精的杂交籽粒具有较高油份，而孤雌生殖单倍体则油份较低。体则油份较低。精选ppt73HO115NM B73精选ppt74油份鉴定值的确定油份鉴定值的确定单倍体平均油份单倍体平均油份杂交后平均油份杂交后平均油份鉴定效率鉴定效率油份鉴定值油份鉴定值4.00% 4.00% 6.00%6.00%0.60 0.60 5.14% 5.14%
21、4.00% 4.00% 6.00% 6.00% 0.70 0.70 5.00% 5.00% 4.00% 4.00% 6.00% 6.00% 0.80 0.80 4.85% 4.85% 4.00% 4.00% 6.00% 6.00% 0.90 0.90 4.64%4.64%精选ppt75人工测油人工测油-速度慢速度慢1000粒左右粒左右/天天天天平平精选ppt76油份自动核磁共振测定仪鉴定单倍体油份自动核磁共振测定仪鉴定单倍体 以农大高油高诱一号为父本与普通玉米杂交，杂交以农大高油高诱一号为父本与普通玉米杂交，杂交当代籽粒含油量显著提高，花粉直感的增油率在当代籽粒含油量显著提高，花粉直感的增油率
22、在30以以上。利用此法进行单倍体鉴定，准确率可以超过上。利用此法进行单倍体鉴定，准确率可以超过90 ，速度可以达到每天速度可以达到每天2万粒万粒. 也可以用于其他作物的选择也可以用于其他作物的选择与鉴别。与鉴别。精选ppt77YFP荧光基因诱导荧光基因诱导系系根尖与籽粒中根尖与籽粒中YFP标记的表现情况标记的表现情况红色箭头所指为携带有红色箭头所指为携带有YFP基因的子粒，其余不含基因的子粒，其余不含YFP精选ppt78 YFP荧光标记鉴定单倍体荧光标记鉴定单倍体 在在OLYMPUS DP72体式荧光显微镜下，通过测定杂交幼体式荧光显微镜下，通过测定杂交幼 胚的荧光强度鉴别其中的单倍体。胚的荧
23、光强度鉴别其中的单倍体。杂合体杂合体单倍体单倍体精选ppt793、单倍体加倍技术、单倍体加倍技术 化学加倍技术化学加倍技术-芽苗化学加倍芽苗化学加倍 自然加倍技术自然加倍技术-自然加倍基地自然加倍基地精选ppt80海南单倍体育种海南单倍体育种精选ppt81化学加倍化学加倍（加倍可以达到散粉率（加倍可以达到散粉率30-80%）精选ppt82单倍体单倍体 自然加倍自然加倍秋水仙素秋水仙素单倍单倍体数体数散粉散粉株数株数散粉散粉率率% %变异范围变异范围单倍单倍体数体数散粉散粉株数株数散粉散粉率率变异范围变异范围农大农大1081081051051 10.95 0.95 0.00-0.00-1.901
24、.906666262639.39 39.39 23.53-23.53-56.2556.25郑单郑单9589581051054 43.81 3.81 1.92-1.92-5.665.668989333337.08 37.08 13.21-13.21-72.2272.22均值均值- - -2.38 2.38 - - - -38.24 - -变幅变幅- - -2.86 2.86 - - - -2.31 2.31 - -不同基础材料单倍体处理与对照的散粉情况比较（不同基础材料单倍体处理与对照的散粉情况比较（2009）加倍效果加倍效果处理后单倍体的平均散粉率高于对照近处理后单倍体的平均散粉率高于对照近1
25、0倍，一般倍，一般5-6倍倍精选ppt83大规模自然加倍基地（西北）大规模自然加倍基地（西北）精选ppt84自然加倍自然加倍自然加倍重点：自然加倍重点： 条件好：保证单倍体正常生长发育条件好：保证单倍体正常生长发育 环境稳：可控性强环境稳：可控性强- 设施加倍设施加倍-温室、组培温室、组培 基地加倍基地加倍-西北、西南、海南西北、西南、海南 精选ppt854、单倍体与、单倍体与DH应用和管理应用和管理单倍体管理单倍体管理DH系管理系管理-规模化规模化DH系管理方法系管理方法遗传研究遗传研究抗青枯病抗青枯病DH群体群体1145Y331（2001-03年）年）选择方法研究选择方法研究亲本纯化与种子
26、生产亲本纯化与种子生产-精选ppt86精选ppt87资源的优化配置资源的优化配置精选ppt885、系统化与工程化育种、系统化与工程化育种单倍体技术发展阶段单倍体技术发展阶段：点：关键环节突破点：关键环节突破-重点技术重点技术线：操作程序规范线：操作程序规范-流程化管理流程化管理面：技术体系形成面：技术体系形成-选系主导技术选系主导技术体：系统工程构建体：系统工程构建-包括与其他技术结合包括与其他技术结合 借鉴航天科技创新经验借鉴航天科技创新经验精选ppt89系统工程化内容系统工程化内容 系统工程理论系统工程理论 （钱学森系统科学理论与创新思想钱学森系统科学理论与创新思想） 发展软件和硬件发展软
27、件和硬件 系统构建系统构建-专业化、自动化、信息化专业化、自动化、信息化 系统优化系统优化-精选ppt90精选ppt91系统优化系统优化 与转基因、分子育种结合乃至融合与转基因、分子育种结合乃至融合 全全DH化：现有亲本纯化应用于种子生产化：现有亲本纯化应用于种子生产* 全单倍体育种（全单倍体育种（TH）-Total Haploid Breeding AH,BH,CH,DH EH（早期加倍单倍体早期加倍单倍体/Early doubled haploid)*- 精选ppt92单倍体胚诱导产生的单倍体胚性愈伤组织单倍体幼胚组织培养单倍体幼胚组织培养 有可能作为纯化转基因后代或转基因受体材料？精选ppt93不同材料不同材料EHEH昌昌7-2EH7-2EH87-1EH垦自垦自167-7EH167-7EH郑郑58EH58EHEHEH再诱导再诱导87-1EH87-1EH郑单郑单958F958F1 1EHEH孤雌生殖二倍体？孤雌生殖二倍体？精选ppt94E EH H群体群体精选ppt95精选ppt96单倍体技术方兴未艾单倍体技术方兴未艾精选ppt97现场技术咨询与培训现场技术咨询与培训精选ppt98精选ppt99NoImageNoImage此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！
