1、第十章第十章 分子标记辅助选择分子标记辅助选择Marker-assisted selection.作物育种基础与环节作物育种基础与环节 作物育种的成效取决于三个方面作物育种的成效取决于三个方面 发现和创造育种上有利的遗传变异发现和创造育种上有利的遗传变异 采用合理先进的育种手段方法，将优良基因重采用合理先进的育种手段方法，将优良基因重组在一起组在一起 应用准确有效的选择鉴定技术，筛选出优良的应用准确有效的选择鉴定技术，筛选出优良的重组类型重组类型 The central dogma of plant breeding.第一节第一节 分子标记辅助选择分子标记辅助选择 利用易于鉴定的遗传标记来辅助
2、选择来提高选择效利用易于鉴定的遗传标记来辅助选择来提高选择效率和降低育种盲目性率和降低育种盲目性 常规育种过程中基本上应用形态学标记，把与目标常规育种过程中基本上应用形态学标记，把与目标基因连锁的、易于识别的性状作为标记，对目标性基因连锁的、易于识别的性状作为标记，对目标性状进行相关选择状进行相关选择 大麦中抗秆锈病的基因与抗散黑穗病的基因紧密大麦中抗秆锈病的基因与抗散黑穗病的基因紧密连锁连锁 水稻中紫叶标记基因与恢复基因共分离水稻中紫叶标记基因与恢复基因共分离 对质量性状一般是有效的对质量性状一般是有效的 主效基因与数量性状连锁的辅助选择数量性状策略主效基因与数量性状连锁的辅助选择数量性状策
3、略.形态标记辅助选择的缺点形态标记辅助选择的缺点 数量有限数量有限 一些形态标记常与不良性状连锁一些形态标记常与不良性状连锁 多基因控制的重要农艺性状受到环境影响较大多基因控制的重要农艺性状受到环境影响较大 表型测量难度较大或误差较大表型测量难度较大或误差较大 特定的表现时期特定的表现时期 效率较低效率较低.借助分子标记对目标性状的基因型进行选择借助分子标记对目标性状的基因型进行选择 对重要农艺性状基因进行定位和追踪，对目对重要农艺性状基因进行定位和追踪，对目标性状进行有效遗传操纵标性状进行有效遗传操纵 利用分子标记分析与目的基因紧密连锁的基利用分子标记分析与目的基因紧密连锁的基因型，辅助回交
4、选择，减轻连锁累赘，聚合因型，辅助回交选择，减轻连锁累赘，聚合有利基因，加快育种进程，提高选择效率有利基因，加快育种进程，提高选择效率.ABQmarkerputative genemarkerrr为为A 与与 Q 之间的重组率之间的重组率一、分子标记辅助选择的遗传基础一、分子标记辅助选择的遗传基础 1、前景选择、前景选择(foreground selection).Conditional Probability(1-r)/2 AQr/2 Aqr/2 aQ(1-r)/2aq(1-r)/2 AQ(1-r)2/4r(1-r)/4r(1-r)/4(1-r)2/4r/2 Aqr(1-r)/4r2/4r2
5、/4r(1-r)/4r/2 aQr(1-r)/4r2/4r2/4r(1-r)/4(1-r)/2 aq(1-r)2/4r(1-r)/4r(1-r)/4(1-r)2/4.QQQqqqAA(1-r)2/4r(1-r)/4+r(1-r)/4r2/41/4Aar(1-r)/4+r(1-r)/4(1-r)2/4+r2/4+r2/4+(1-r)2/4r(1-r)/4+r(1-r)/41/2aar2/4r(1-r)/4+r(1-r)/4(1-r)2/41/41/41/21/41.0Prob.(QQ/AA)=Prob(QQ and AA)=(1-r)2/4=(1-r)2Prob.(QQ/AA)=Prob(AA)
6、1/4.Marker Assisted Selection(MAS)MarkerP(Qj/Mi)QQQqqqAA(1-r)22r(1-r)r2Aar(1-r)(1-r)2+r2r(1-r)aar22r(1-r)(1-r)2.感病亲本感病亲本抗病亲本抗病亲本 亲本亲本 DNA（标记）带型（标记）带型Rxo1chr 6smarkerr杂种杂种F1 标记带型标记带型F2群体标记类型群体标记类型RRRrrr(1-r)22r(1-r)r2.目标基因选择的正确率目标基因选择的正确率 选择正确率随重组率的增加而迅速下降。或者说选择正确率随重组率的增加而迅速下降。或者说重组值越小，其错选率越低重组值越小，其错
7、选率越低 如果要求至少选到一株目标基因型的概率为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则必须选择具有标记基因型MM的植株的最少数的植株的最少数目为目为 n=log(1-P)/log(1-p)，p=(1-r)2.重组率高达重组率高达0.3，只，只需选择需选择7株具有基因株具有基因型型M/M的植株的植株 标记与目标基因间无标记与目标基因间无连锁，重组率为连锁，重组率为0.5，则至少需选择则至少需选择16株株.两侧标记作目标基因选择两侧标记作目标基因选择 双标记选择的正确率确实比单标记选择高得多双标记选择的正确率确实比单标记选择高得多 .2、背景选择、背景选择 (back
8、ground selection)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 高密度的分子标记连锁图高密度的分子标记连锁图.图示基因型图示基因型 当一个个体中覆盖全基因组的所有标记的基因当一个个体中覆盖全基因组的所有标记的基因型都已知时，就可以推测出各个标记座位上等型都已知时，就可以推测出各个标记座位上等位基因的可能来源位基因的可能来源(指来自哪个亲本指来自哪个亲本)，进而可，进而可以推测出该个体中所有染色体的组成以推测出该个体中所有染色体的组成,即全基即全基因组组成状况的连续的基因型因组组成状况的连续的基因型.Graphical genotyping F2 indi
9、vidual.二、分子标记辅助选择的优势二、分子标记辅助选择的优势 克服性状鉴定的困难克服性状鉴定的困难隐性等位基因隐性等位基因表现型鉴定难表现型鉴定难需要特别环境鉴定需要特别环境鉴定 允许早期选择，多性状允许早期选择，多性状/基因选择基因选择 显著地减轻连锁累赘的程度显著地减轻连锁累赘的程度 加快育种进程，提高育种效率加快育种进程，提高育种效率免除了测交或后代测验免除了测交或后代测验早世代选择，减少群体规模早世代选择，减少群体规模 全基因组选择全基因组选择.传统回交育种传统回交育种标记辅助选择回交育种标记辅助选择回交育种F1F1回交回交1 1回交回交2 2回交回交3 3回交回交2020回交回
10、交100100F1F1回交回交1 1回交回交2 2.三、分子标记辅助选择应具备的主要条件三、分子标记辅助选择应具备的主要条件 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 共分离或紧密连锁的共分离或紧密连锁的(一般应小于一般应小于5cM)简便快捷的标记检测方法简便快捷的标记检测方法 检测方法要简单、快速、准确、成本低廉检测方法要简单、快速、准确、成本低廉 检测过程（包括检测过程（包括DNA的提取、分子标记的检测、的提取、分子标记的检测、数据分析等）最好能自动化数据分析等）最好能自动化 应有很高的可重复性，且经济实用应有很高的可重复性，且经济实用 一套能准确进行多数据处理的计算机分析
11、软件一套能准确进行多数据处理的计算机分析软件 以以PCR为基础的标记为基础的标记.1.分子标记辅助选择的限制因素分子标记辅助选择的限制因素 很大程度决定于标记与目的基因或很大程度决定于标记与目的基因或QTL之间的连之间的连锁程度锁程度 连锁不紧密时连锁不紧密时(r=0.2)、QTL两侧两个遗传标记两侧两个遗传标记较一个遗传标记的遗传进度要大较一个遗传标记的遗传进度要大38 主要受性状主要受性状QTL的检测能力、精确性或准确性的的检测能力、精确性或准确性的影响影响 作图所用的群体大小以及性状遗传力作图所用的群体大小以及性状遗传力 QTL数目、效应大小数目、效应大小 一般来说遗传力越高，则一般来说
12、遗传力越高，则MAS效率降低效率降低 遗传力低的性状，遗传力低的性状，QTL的检测能力和定位准确的检测能力和定位准确性会降低性会降低.2.降低分子标记辅助选择的成本降低分子标记辅助选择的成本 微量提取法提取微量提取法提取DNA，不需液氮处理的，不需液氮处理的DNA提取提取技术，在提取过程中不利用特殊化学药品，降低技术，在提取过程中不利用特殊化学药品，降低提取缓冲液成本提取缓冲液成本 减少减少PCR反应体积反应体积 利用多重利用多重PCR方法方法 在琼脂糖或聚丙烯酰胺凝胶上多重上样在琼脂糖或聚丙烯酰胺凝胶上多重上样 相斥相分子标记相斥相分子标记 .第三节第三节 应用应用MAS育种的研究实例育种的
13、研究实例.一、分子标记与资源评价一、分子标记与资源评价 分了标记在与育种有关的种质资源研究：分了标记在与育种有关的种质资源研究：绘制品种的指纹图谱绘制品种的指纹图谱 种质资源的遗传多样性及分类研究种质资源的遗传多样性及分类研究 种质资源的创新与鉴定种质资源的创新与鉴定 绘制目标性状基因连锁标记绘制目标性状基因连锁标记 选择育种亲本等选择育种亲本等.二、分子标记与亲本选配二、分子标记与亲本选配玉米玉米 Melchinger等人等人(1990)应用应用81个多态型探针分析个多态型探针分析了近了近20个包括新、老品种和配合力表现不同的玉个包括新、老品种和配合力表现不同的玉米自交系米自交系 亲本遗传差
14、异与杂种表现的相关性随研究材料亲本遗传差异与杂种表现的相关性随研究材料的不同而有差异的不同而有差异 同一杂种优势群中的自交系间杂种优势表现与同一杂种优势群中的自交系间杂种优势表现与亲本的遗传距离存在较高的相关性亲本的遗传距离存在较高的相关性 在不同杂种优势群的自交系间杂交组合的遗传在不同杂种优势群的自交系间杂交组合的遗传距离与杂种优势则不相关距离与杂种优势则不相关.基因型杂合性杂种优势.三、三、MAS增强作物抗病性增强作物抗病性将将IRBB21中抗病基因中抗病基因Xa21导导入到优良恢复系明恢入到优良恢复系明恢63.12个白叶枯病菌系混合接种鉴定品种/组合抗性.MH63(Xa21)MH63(CK).四、分子标记辅助抗性基因聚合（gene pyramiding）3个抗病基因（个抗病基因（Pi1，Piz-5，Pita）在水稻染色体上的定位）在水稻染色体上的定位.MAS聚合3个抗稻瘟病基因的计划 Piz-5，Pita纯合植株纯合植株.
