第十三章分子標記輔助育種

Marker-assistedbreeding1本章重難點分子標記輔助選擇的原理分子標記輔助選擇的優勢分子標記輔助選擇的限制因素外源基因的轉移與基因聚合2遺傳變異的發掘、有利基因的重組，目標基因型的選擇是作物育種的基礎分子標記技術在育種中的應用優異種質的鑒定確定育種親本間的親緣關系轉移目標基因篩選重組基因型判定品種的真假3作物育種基礎與環節作物育種的成效取決于三個方面發現和創造育種上有利的遺傳變異采用合理先進的育種手段方法，將優良基因重組在一起應用準確有效的選擇鑒定技術，篩選出優良的重組類型Thecentraldogmaofplantbreeding4第一節分子標記輔助選擇利用易于鑒定的遺傳標記來輔助選擇來提高選擇效率和降低育種盲目性常規育種過程中基本上應用形態學標記，把與目標基因連鎖的、易于識別的性狀作為標記，對目標性狀進行相關選擇大麥中抗稈銹病的基因與抗散黑穗病的基因緊密連鎖水稻中紫葉標記基因與恢復基因共分離對質量性狀一般是有效的主效基因與數量性狀連鎖的輔助選擇數量性狀策略5形態標記輔助選擇的缺點數量有限一些形態標記常與不良性狀連鎖多基因控制的重要農藝性狀受到環境影響較大表型測量難度較大或誤差較大特定的表現時期效率較低6ABQmarkerputativegenemarkerrr為A與Q之間的重組率一、分子標記輔助選擇的遺傳基礎1、前景選擇(foregroundselection)

7ConditionalProbability(1-r)/2AQr/2Aqr/2aQ(1-r)/2aq(1-r)/2AQ(1-r)2/4r(1-r)/4r(1-r)/4(1-r)2/4r/2Aqr(1-r)/4r2/4r2/4r(1-r)/4r/2aQr(1-r)/4r2/4r2/4r(1-r)/4(1-r)/2aq(1-r)2/4r(1-r)/4r(1-r)/4(1-r)2/48QQQqqqAA(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(QQandAA)=(1-r)2/4=(1-r)2

Prob.(QQ/AA)=

Prob(AA)

1/49MarkerAssistedSelection(MAS)MarkerP(Qj/Mi)QQQqqqAA(1-r)22r(1-r)r2Aar(1-r)(1-r)2+r2r(1-r)aar22r(1-r)(1-r)210感病親本抗病親本

親本DNA（標記）帶型Rxo1chr6smarker}r雜種F1標記帶型F2群體標記類型RRRrrr(1-r)22r(1-r)r211目標基因選擇的正確率選擇正確率隨重組率的增加而迅速下降。或者說重組值越小，其錯選率越低如果要求至少選到一株目標基因型的概率為P，則必須選擇具有標記基因型MM的植株的最少數目為n=log(1-P)/log(1-p)，p=(1-r)2

12重組率高達0.3，只需選擇7株具有基因型M/M的植株標記與目標基因間無連鎖，重組率為0.5，則至少需選擇16株

13兩側標記作目標基因選擇雙標記選擇的正確率確實比單標記選擇高得多142、背景選擇(backgroundselection)背景選擇的對象幾乎包括了整個基因組高密度的分子標記連鎖圖15圖示基因型 當一個個體中覆蓋全基因組的所有標記的基因型都已知時，就可以推測出各個標記座位上等位基因的可能來源(指來自哪個親本)，進而可以推測出該個體中所有染色體的組成,即全基因組組成狀況的連續的基因型161718192021GraphicalgenotypingF2individual22二、分子標記輔助選擇的優勢克服性狀表型鑒定的困難隱性等位基因表現型鑒定難需要特別環境鑒定允許早期選擇多性狀/基因選擇性狀評價和選擇不具有破壞性全基因組選擇顯著地減輕連鎖累贅的程度，加快育種進程，提高育種效率免除了測交或后代測驗早世代選擇，減少群體規模23傳統回交育種標記輔助選擇回交育種F1回交1回交2回交3回交20回交100F1回交1回交22425三、分子標記輔助選擇應具備的主要條件與目標基因緊密連鎖的分子標記共分離或緊密連鎖的(一般應小于5cM)簡便快捷的標記檢測方法檢測方法要簡單、快速、準確、成本低廉檢測過程（包括DNA的提取、分子標記的檢測、數據分析等）最好能自動化應有很高的可重復性，且經濟實用一套能準確進行多數據處理的計算機分析軟件261.分子標記輔助選擇的限制因素很大程度決定于標記與目的基因或QTL之間的連鎖程度連鎖不緊密時(r=0.2)、QTL兩側兩個遺傳標記較一個遺傳標記的遺傳進度要大38％主要受性狀QTL的檢測能力、精確性或準確性的影響作圖所用的群體大小以及性狀遺傳力QTL數目、效應大小一般來說遺傳力越高，則MAS效率降低遺傳力低的性狀，QTL的檢測能力和定位準確性會降低27282.降低分子標記輔助選擇的成本微量提取法提取DNA，不需液氮處理的DNA提取技術，在提取過程中不利用特殊化學藥品，降低提取緩沖液成本減少PCR反應體積利用多重PCR方法在瓊脂糖或聚丙烯酰胺凝膠上多重上樣相斥相分子標記29第二節分子標記輔助選擇的策略 一、質量性狀的選擇前景與背景選擇緊密連鎖的標記和兩側標記先前景后背景30二、數量性狀選擇QTL數量與效應定位準確性互作：QTL-QTL,QTL-非QTL31數量性狀基因的轉移例子：MAS提高玉米雜種產量Stuberet.al.1994323334將Tx303中有利QTL轉移到B73的MAS育種方案35改良的B73×Mo17測交組合的產量表現36 三、回交育種－外源基因的轉移前景與背景選擇100個個體，100個標記，三代回復到輪回親本的99.2％，隨機選擇則需7代去除目標基因兩側供體片段：分子標記需2代；常規方法至少需100代37將IRBB21中抗病基因Xa21導入到優良恢復系明恢63383912個白葉枯病菌系混合接種鑒定品種/組合抗性40MH63(Xa21)MH63(CK)41四、基因聚合

（genepyramiding）3個抗病基因（Pi1，Piz-5，Pita）在水稻染色體上的定位42MAS聚合3個抗稻瘟病基因的計劃Piz-5，Pita純合植株43近等基因系及基因聚合材料對稻瘟病的抗性反應材料抗性基因抗性反應（苗期接種30天后）IRRI，菲律賓Ponnampet，印度病葉面積%病斑類型（級別）病葉面積%病斑類型C101LACPi1155(感)204-5C101A51Piz-500（抗）/2C101PKTPita805（感）955BL12Pi1+Piz-50P（高抗）0/BL14Pi1+Pita155（感）204-5BL24Pita+Piz-534（感）44-5