分子标记辅助选择育种
分子标记辅助选择技术及其在作物育种上的应用研究
分子标记辅助选择技术及其在作物育种上的应用研究目录1. 引言1.1 背景和意义1.2 结构概述1.3 目的2. 分子标记辅助选择技术2.1 分子标记的定义和分类2.2 常用的分子标记技术2.3 分子标记辅助选择技术的原理和方法3. 作物育种中的应用研究3.1 传统育种与分子标记辅助选择育种的对比3.2 分子标记辅助选择在作物抗病性改良中的应用研究3.3 分子标记辅助选择在作物品质改良中的应用研究4. 分子标记技术在现代作物育种中面临的挑战和前景展望4.1 技术挑战及其解决方案4.2 应用潜力与发展前景5. 结论5.1 总结已有研究成果5.2 展望未来发展方向和价值所在1. 引言1.1 背景和意义随着人口的不断增长和资源的有限性，如何提高作物的产量、品质和抗病能力成为全球农业面临的重要问题。
传统育种方法虽然可以改良作物，但其进展缓慢且存在许多局限性。
近年来，分子标记辅助选择技术的出现为解决这一问题提供了新的途径。
这项技术利用分子标记对作物基因组进行精确分析和筛选，从而加速育种过程，并在遗传改良上取得了显著成果。
1.2 结构概述本文将首先介绍分子标记辅助选择技术的定义和分类，然后探讨常用的分子标记技术以及相应的原理和方法。
接下来，将重点关注该技术在作物育种中的应用研究，并与传统育种方法进行比较。
特别是，我们将探讨分子标记辅助选择在作物抗病性改良和品质改良方面的应用案例。
此外，我们还将对分子标记技术在现代作物育种中面临的挑战及其解决方案进行深入讨论。
最后，本文将总结已有的研究成果，并展望未来分子标记辅助选择技术在作物育种领域的发展方向和价值。
1.3 目的本文的主要目的是全面介绍分子标记辅助选择技术及其在作物育种上的应用研究。
通过对该技术原理、方法以及实际应用案例的深入探讨，旨在加深读者对该领域的理解，并为相关研究提供参考和启示。
此外，本文还将探讨分子标记技术在现代作物育种中面临的挑战，并提出一些解决方案，为该技术未来的发展提供思路和指导。
分子标记辅助选择育种特点和方法
• 主要包括贮藏蛋白、同工酶和等位酶等。种子中的 贮藏蛋白主要包括白蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷 蛋白四种。不同植物种子中的贮藏蛋白含量不同。
• 生化标记的使用首次突破了把整株样品作为研究材 料进行分析的方式，并可以直接反映基因产物的差 异，受环境的影响较小。但标记数量远远不能满足 实际的需要。
2. 细胞学标记(cytological markers)：
• 是指细胞内染色体的变化，包括染色体数目的变化 (如单体、缺体、三体、四体 )或染色体结构的变异 (如缺失、易位、倒位、重等 )。可通过染色体核型 （染色体数目、大小、随体有无、着丝粒位置等）和 带型（C、N、G等）分析来测定基因所在的染色体及 相对位置，或通过染色体置换等进行基因的定位。
棉花多标记基因材料
品系 基因符号
标记性状
品系 基因符号
标记性状
T586
R1
R2
Y1
T1
P1
N1
Lc1
L20
红株 花瓣斑点
黄花瓣 密生茸毛
黄花粉 光籽
棕色纤维 鸡脚叶
T582
cl1
v1
cu
fg
gl1
丛生铃 芽黄 杯状叶 窄卷苞叶 无腺体
第18章 分子标记辅助育种
普通玉米与高直链淀粉玉米籽粒形态
高
直
普
形态学标记（morphological marker） 细胞学标记(cytological marker) 生化标记(biochemical marker) 分子标记(molecular marker)：DNA分子遗传
标记，或DNA标记。
第18章 分子标记辅助育种
作物育种学总论第十四章分子标记辅助选择育种
PCR-based markers
PCR: polymerase chain reaction（多聚酶链式反应）
amplification of tracts of DNA defined by border sequences that hybridize to selected DNA polymerase primers
How to use a genetic marker for marker-assisted selection
Weaver Carrier Sire
M1
M2
W
+
M1
M3 M2
M3
W
++
+
W=Weaver +=Normal
目标基因的标记筛选（gene tagging）是 进行分子标记辅助选择（MAS）育种的基 础。用于MAS育种的分子标记须具备三个 条件：
生化标记
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 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 色法将酶的多种形式转变成肉眼可辩的酶谱带型。
供体
M
R
受体
m
r
M
m
R
r
RR Rr rr
(1-r)2 2r(1-r) r2
目标基因与DNA标记间的遗传距离位p
亲本中DNA标记的带型
M—抗性标记 R—抗性基因 m—感病标记 r—感病基因
F1杂种中DNA标记的带型
在F2分离群体中分子标记类型 即MM,Mm,mm
分子标记辅助的遗传育种实践
分子标记辅助的遗传育种实践分子标记辅助的遗传育种实践遗传育种是农作物改良中的重要手段，为了提高育种效率和准确性，科学家们通过分子标记技术的应用，开展了分子标记辅助的遗传育种实践。
这项技术的出现，极大地促进了农作物育种的进程。
分子标记是一种通过DNA序列检测和分析的方法，可以确定特定基因位点的遗传信息。
借助这项技术，育种者可以更加准确地筛选和选择具有优良基因的个体，从而加速了育种过程中的杂交和选择。
与传统育种相比，分子标记辅助的育种具有更高的效率和准确性。
在实践中，科学家们首先通过分析物种的基因组，发现了与目标性状相关的分子标记。
这些标记可以是单核苷酸多态性（SNP）或简单重复序列（SSR）等。
然后，他们利用这些标记开展杂交和选择。
通过对大量杂交个体进行分子标记的检测，科学家可以快速筛选出携带目标基因的个体，并将其作为亲本进行后续的杂交。
这种方式避免了传统育种中的大量试验和大规模筛选的工作，提高了育种效率。
此外，在分子标记辅助的育种中，科学家还可以利用分子标记数据进行定位和图谱构建。
通过分析标记位点的位置和分布，可以预测携带目标基因的染色体区域，从而缩小育种目标的范围。
同时，构建遗传图谱可以帮助科学家更好地理解物种的遗传结构和基因座位间的连锁关系，为育种的进一步研究提供了基础。
分子标记辅助的遗传育种实践已经在多个农作物中得到了成功应用。
例如，在水稻育种中，通过分子标记技术可以筛选出高产、抗病、抗虫等多种优良性状的基因，从而加速了新品种的培育。
此外，分子标记还可以用于小麦、玉米、大豆等农作物的育种中。
总之，分子标记辅助的遗传育种实践为农作物改良提供了一种高效、准确的方法。
通过利用分子标记技术，育种者可以更加精确地选择优良基因，加速杂交和选择的过程，并为育种研究提供基础。
随着技术的不断发展，分子标记辅助的遗传育种将在农业生产中发挥愈加重要的作用。
第十八章分子标记辅助选择育种
在育种实践中经常可以看到这种情形：
采用两个相同的亲本进行杂交，从同一杂交组合中有 人选出了品种，而有些人则一无所获。
为什么？？
道理很简单，每个亲本有许许多多性状，两个亲本杂 交，其后代可出现成千上万种基因组合。如何将最好 的基因型挑选出来，这不仅取决于育种家的理论知识 和正确的育种方案，更重要的是育种家敏锐的眼光和 育种经验。与此同样重要的是还需要具备使优良基因 型充分表达的外界环境条件。
完成作物育种的任务主要取决于以下三个方面
1.亲本，亲本中必须包括育 种目标所需的基因资源， 并且这种基因资源是可供 育种家方便利用的
2.采用合理先进的育种方法， 将优良基因重组在一起
3.准确、可靠的鉴定技术， 把优良基因型挑选出来并 鉴定出它在一定的自然气 候条件、生产条件下的适 应能力和生产潜力
关系，研究各种性状之间的相关，寻找准确可靠的 鉴定方法和最佳选择方法。
近十年来，分子生物学技术的发展为植物
育种提供了一种基于DNA变异为基础的新型 遗传标记，与形态标记、细胞学标记和生化
标记相比，是从基因型选择基因型。
RFLP
M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
◆聚合酶链式反应(polymerase chain reaction，PCR) 是体外快 速扩增DNA的方法 。 ◆ PCR反应包括三个步骤：
二、遗传标记应具备的条件：
1.多态性高 2.表现共显性，能够鉴别出纯合基因型和杂合基因型 3.对主要农艺性状影响小 4.经济方便，容易观察记载
三、遗传标记种类
1.形态标记
形态标记：即植物的外部形态特征。指那些能够用肉 眼明确观测的一 类外观特征性状。
形态标记性状： 植株高矮、粒型、粒色、穗 形、白化、 变态叶、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。
第五章分子标记辅助育种
遗传标记主要有四种类型:
形态标记（morphological marker） 细胞标记（cytological markers） 生化标记（Biochemical marker）
–同工酶:酯酶和过氧化物酶 –贮藏蛋白
分子标记（molecular marker）
分子标记的优越性：
直接以DNA形式出现，生物体的各个组织、 各发育时期均可检测到，不受季节、环境 的限制，不存在表达与否的问题；
l 基于Southern杂交的分子标记 基于PCR技术的分子标记
一、 基于Southern杂交的分子标记
限制性片段长度多态性 （Restriction Fragment Length Polymorphism） 小卫星DNA（Minisatellite DNA）
1 RFLP标记
RFLP标记的原理 植物基因组DNA上的
PCR-based markers
1 RAPDs
Anonymous markers - but can be converted to SCARs
Dominant markers - homozygotes cannot be distinguished from heterozygotes
Fast, easy and cheap - commercial primer sets available
植物分子育种
分子标记辅助育种
DNA标记辅助选择育种是利用与重要经济 性状连锁的DNA标记或功能基因来改良动、 植物品种的现代分子育种技术；
基因工程育种
转基因育种则是通过向受体植物转移有重要 功能的基因或一组功能相关的基因来改良植 物性状的育种技术。
分子标记辅助育种
第一节 遗传标记发展
水稻育种中的分子标记辅助选择技术
水稻育种中的分子标记辅助选择技术水稻是我国的主要粮食作物之一，也是世界上最为重要的粮食作物之一。
为了满足人们的需求，不仅需要增加产量，还需要提高水稻的抗病性、耐旱性等方面的性状，从而提高稻米的质量和产量。
为了实现水稻优良性状的选育，目前的育种工作中，分子标记辅助选择技术被广泛应用，成为水稻育种的重要手段。
一、什么是分子标记辅助选择技术分子标记辅助选择技术是指利用分子标记技术对水稻种群进行筛选和选择，以实现快速、高效、精准的选育。
分子标记是一种基于DNA序列的分析方法，是利用分子生物学技术分析和鉴定生物体间或同一生物体内不同基因型的分析方法。
通过在DNA序列上标记其不同的基因型，可以识别水稻种群中存在的不同基因型，从而实现对水稻的选育。
二、分子标记辅助选择技术的应用分子标记辅助选择技术在水稻育种中应用广泛。
主要包括四个方面：1.遗传多样性鉴定水稻遗传多样性是指不同地域、不同种类、不同品种水稻之间的遗传变异。
通过分子标记技术可以对水稻的遗传多样性进行鉴定，研究水稻种群之间的亲缘关系，为水稻遗传资源的保护和利用提供重要的科学依据。
2.形态指标筛选水稻的形态指标是指生长发育各阶段的形态特征，包括穗长、穗粒数、茎粗、叶片长度等。
通过分子标记技术，在水稻种群中寻找与形态指标相关的分子标记，可以快速、高效、精准地筛选出拥有优良形态性状的杂交种。
3.抗病性状筛选水稻的抗病性状是指抵御外界环境压力的能力，包括对病害菌的抵御能力、对病害环境的适应能力等。
通过分子标记技术，在水稻种群中寻找与抗病性状相关的分子标记，可以快速、高效、精准地筛选出拥有优良抗病性状的杂交种。
4.耐旱性状筛选水稻的耐旱性状是指适应干旱环境的能力，包括耐旱、耐盐碱、耐寒等。
通过分子标记技术，在水稻种群中寻找与耐旱性状相关的分子标记，可以快速、高效、精准地筛选出拥有优良耐旱性状的杂交种。
三、分子标记辅助选择技术的优点1.快速高效分子标记技术可以快速、高效地对水稻种群进行筛选和鉴定，可以在很短时间内筛选出具有优良性状的水稻种群。
分子标记辅助育种技术
分子标记辅助育种技术分子标记辅助育种技术是在水稻、小麦、玉米、大豆、油菜等重要作物上，通过利用与目标性状紧密连锁的DNA分子标记对目标性状进行间接选择，以在早代就能够对目标基因的转移进行准确、稳定的选择，而且克服隐性基因再度利用时识别的困难，从而加速育种进程，提高育种效率，选育抗病、优质、高产的品种。
（一）发展回顾我国的农作物分子标记辅助育种的研究始于90年代初，在过去的近十年时间里，取得了重要的研究进展：1.构建了水稻等作物的染色体遗传图谱；2.构建了水稻染色体物理图谱；3.利用分子标记对我国作物种质资源遗传多样性进行了初步的研究；4.对一些重要的农艺性状进行了定位、作图与标记，相应的基因克隆已在进行。
在基因组计划开展以来的短短的几年时间内，主要农作物的遗传连锁图的绘制均已完成。
1996年我国用RFLP标记对水稻进行作图，构建了水稻12条染色体的完整连锁图。
此后，又构成了有612个标记的水稻遗传连锁图，较好地满足水稻遗传育种工作的需要。
除水稻之外，还绘制了谷子的RFLP连锁图。
构建了大豆分子标记遗传框架图、小麦野生近缘植物小伞山羊草的连锁图以及小麦的第1、第5、第6染色体部分同源群RFLP连锁图等。
1997年，利用广陆矮4号水稻品种构建的BAC文库，建立了631个长度不同的跨叠群。
用水稻遗传图谱上的RFLP标记及STS标记确定了631个跨叠群在水稻12条染色体上的位置，绘制出了水稻的染色体物理图。
该物理图长为352284Kb，覆盖了水稻基因组的92%。
我国近年来对作物的重要性状，如育性基因、抗性基因及产量性状基因的作图与标记方面开展了大量研究工作。
在育性方面，找到了与光敏核不育水稻的光敏不育基因位点连锁的RFLP标记。
定位了水稻不育系5460F的育性隐性单基因tms1，并找到与之紧密连锁（1.2cM）的RFLP标记。
定位水稻野败不育系恢复基因的两个主效基因Rfi3和Rfi4，初步确定了与其中Rfi3基因紧密连锁(2.7cM)的RFLP标记，并已转化为STS标记。
分子标记的发展及分子标记辅助育种
分子标记的发展及分子标记辅助育种分子标记辅助选择育种(Marker Assisted Selection (MAS)或Marker Assisted Breeding)是利用与目标基因紧密连锁的分子标记或功能标记），在杂交后代中准确地对不同个体的基因型进行鉴别，并据此进行辅助选择的育种技术。
通过分子标记检测，将基因型与表现型相结合，应用于育种各个过程的选择和鉴定，可以显著提高育种选择工作的准确性，提高育种研究的效率。
分子标记辅助育种示意图DNA分子标记相对同类技术来说具有很强的优越性：因为大部分标记为共显性，对隐性性状的选择十分有利；数量极多，应对极其丰富的基因组变异；在生物发育的不同阶段，不同组织的DNA都可用标记分析；不影响目标性状的表达，与不良性状无必然的连锁等等。
随着分子生物学技术的发展，现在DNA分子标记技术也有数十种，广泛应用于遗传育种、基因组作图、基因定位、物种亲缘关系鉴定、基因库构建、基因克隆等方面。
分子标记的类型分子标记按技术特性可分为三大类。
第一类是以分子杂交为基础的DNA标记技术，主要有限制性片段长度多态性标记(Restriction fragment length polymorphisms，RFLP标记)；第二类是以聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction，PCR反应)为基础的各种DNA指纹技术；第三类是一些新型的分子标记，如单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism，SNP)，由基因组核苷酸水平上的变异引起的DNA序列多态性，包括单碱基的转换、颠换以及单碱基的插入／缺失等。
分子标记是以DNA多态性为基础，因而具有以下优点：①表现稳定，多态性直接以DNA 形式表现，无组织器官、发育时期特异性，不受环境条件、基因互作影响；②数量多，理论上遍及整个基因组；③多态性高，自然界存在许多等位变异，无需专门人为创造特殊遗传材料，这为大量重要性状基因紧密连锁的标记筛选创造了条件；④对目标性状表达无不良影响，与不良性状无必然连锁；⑤部分标记遗传方式为共显性，可鉴别纯合体与杂合体；⑥成本不高，一般实验室均可进行。
第四章分子标记辅助选择育种
质量性状的MAS
• 从下图看出，选择正确率随重组率的增加而 迅速下降。若要求选择正确率达到90%以上， 则标记与目标基因间的重组率必须不大于 0.05。当重组率超过0.10时，选择正确率已 降到80%以下。
p (1 r1)2 (1 r2 )2 [(1 r1)(1 r2 ) r1r2 ]2
回交育种中传统方法与标记辅助选择效率的计算机模拟比较.
假想的3个BC1植株的图示基因型.
数量性状的 MAS
• 作物育种目标的大多数重要性状都是数量 性状。数量性状标记辅助选择难度要比质 量性状大得多。
1、表型值选择
数量性状的MAS
• 传统育种对数量性状选择的依据是个体的表型值，可 称为表型值选择。表型值选择的理论依据是：表型值 是基因型值的一个近似值，因此，依据表型值的选择 可以看成是一种近似的依据基因型值的选择。
影响分子标记辅助选择的因素
3、群体大小 Lande & Thompson (1990)分析MAS的效率时曾假定
群体无限大，标记无限多，在此基础上作出性状遗传力低 时MAS比常规选择效率高的结论，但他们还是认为有必要 研究大量个体，样本大小对加性遗传方差有一定影响，在 群体很小时MAS没有多大用处。其它一些根据计算机模拟 的结果对MAS的效率进行的研究表明，群体大小是影响 MAS的关键因素，MAS的相对效率随群体增大而提高， 但在群体小于200时MAS仍然有效。 4、性状的遗传力 一般来说遗传力越高则MAS效率降低。Moreau et al. (1998)认为在群体大小有限的情况下，对低遗传力的性状 MAS的相对效率也较高，但存在一个最适遗传力，在此限 之下MAS的效率会降低。在低遗传力（0.1-0.2）时， MAS的效率更高，但可能出现的负面试验的频率也高一些， 因此利用MAS技术所选性状的遗传力在0.3-0.4之间会更 好。 5. 世代？
分子标记辅助选择育种
图谱制作的统计学原理 ①两点测验 两位点存在连锁r＜0 5的概率与不连锁的概率r=0 5比
概率之比可用似然比统计量来表示 似然函数L Lr/ L0 5
为确定两位点之间存在连锁;一般要求似然比大于1000;即LOD ＞3；而否定连锁的存在;则要求似然比小于100;即LOD＜2
②多点测验
3 标记基因型检测 检测作图群体的个体株系的分子标记基因型
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12••••••
P1 P2 F1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 B HAAH HAH B A A H H H A B H A B A H H
4 图谱构建软件 利用DNA标记数据;通过作图软件构建连锁图谱 MAPMKER/EXE3 0 Map manger QTX20 Joinmap
P1
×
P2
F1
F2
BC1群体
重组近交系群体
recombinant inbred lines ;RIL
RIL群体是杂交后代经过多代 自交而产生的一种作图群体;通 常从F2代开始;采用单粒的方 法建立 常自交67代
DH群体 单倍体经过染色体加倍形成的二倍体
近等基因系群体
Nearisogeneic linesNIL 一组遗传背景相同或相近;只在个别区段存在差异 的株系
二 主要分子标记
1 RFLPRestriction Fragment Length po1ymorpams 限制性片段长度多态性 1980;Bostein
用限制性内切酶酶切不同个体的基因组DNA后;含有 与探针序列同源的酶切片段在长度上的差异
1RFLP标记的原理
分子标记辅助选择育种
玉米分子标记连锁图谱(6-10)
（5）产量①性单状位QT点L分Q析TL分析
玉米产量性状QTL分布（1-5染色体）玉米Βιβλιοθήκη 量性状QTL分布 （6-10染色体）
【三】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（MAS）育种的基 础。用于MAS育种的分子标记须具备三个 条件：
模拟研究发现随着 QTL 增加，MAS 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 传潜力特别有效，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 QTL 位点重组， 降低了标记选择效果，在少数 QTL 可
8 控制数量性状QTL的划分、定位及其效 应分布
1 标记与连锁基因 (QTL) 间的连锁程度 前景选择的准确性要紧取决于标记与目标基因的
连锁强度，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。
此外，重组值r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r值越小，遗传方差越大， 数量性状的选择效率越高。
2 性状的遗传率
性状的遗传率极大地影响MAS 选择效率。遗传率较高的性状， 依照表型就可较有把握地对事实 上施选择，如今分子标记提供信 息量较少，MAS效率随性状遗传 率增加而显著降低。利用MAS技
并把目标基因定位于分子图谱上。
（3）简便快捷的标记检测方法。
3.分子标记辅助选择育种的差不多程序： 第一步，目标基因的精细定位，要求目标基因有一个 与其紧
密连锁的分子标记，同时目标基因座位与分子标记座位之 间的遗传距离小于5cM； 第二步，采用RFLP、RAPD、AFLP、SSR等分子标记进行 多态性检测； 第三步，利用计算机分析多态性； 第四步，应用RFLP、RAPD、AFLP、SSR等标记针对育种 群体进行分子标记辅助选择。
(完整版)分子标记辅助选择育种
分子标记辅助选择育种传统的育种主要依赖于植株的表现型选择(Phenotypieal selection)。
环境条件、基因间互作、基因型与环境互作等多种因素会影响表型选择效率。
例如抗病性的鉴定就受发病的条件、植株生理状况、评价标准等影响；品质、产量等数量性状的选择、鉴定工作更困难。
一个优良品种的培育往往需花费7～8年甚至十几年时间。
如何提高选择效率，是育种工作的关键。
育种家在长期的育种实践中不断探索运用遗传标记来提高育种的选择效率与育种预见性。
遗传标记包括形态学标记、细胞学标记、生化标记与分子标记。
棉花的芽黄、番茄的叶型、抗TMV的矮黄标记、水稻的紫色叶鞘等形态性状标记，在育种工作中曾得到一定的应用。
以非整倍体、缺失、倒位、易位等染色体数目、结构变异为基础的细胞学标记，在小麦等作物的基因定位、连锁图谱构建、染色体工程以及外缘基因鉴定中起到重要的作用，但许多作物难以获得这类标记。
生化标记主要是利用基因的表达产物如同工酶与贮藏蛋白，在一定程度上反映基因型差异。
它们在小麦、玉米等作物遗传育种中得到应用。
但是它们多态性低，且受植株发育阶段与环境条件及温度、电泳条件等影响，难以满足遗传育种工作需要。
以DNA多态性为基础的分子标记，目前已在作物遗传图谱构建、重要农艺性状基因的标记定位、种质资源的遗传多样性分析与品种指纹图谱及纯度鉴定等方面得到广泛应用，尤其是分子标记辅助选择(molecular marker-as—sisted selection，MAS)育种更受到人们的重视。
第一节分子标记的类型和作用原理一、分子标记的类型和特点按技术特性，分子标记可分为三大类。
第一类是以分子杂交为基础的DNA标记技术，主要有限制性片段长度多态性标记(Restriction fragment length polymorphisms，RFLP标记)；第二类是以聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction，PCR反应)为基础的各种DNA指纹技术。
分子标记的发展及分子标记辅助育种
分子标记的发展及分子标记辅助育种分子标记是一种分子生物学技术，利用分子标记可以对生物体进行精确的鉴定和分类，从而为种质资源的收集、保存和利用提供了科学依据，也为育种研究提供了有力的工具。
在过去的几十年里，分子标记在植物和动物育种中的应用得到了快速的发展，并取得了显著的成果。
分子标记的发展始于20世纪80年代初，当时人们发现了一种短序列的DNA片段可以在不同个体之间显示出遗传多样性，这是由于这些DNA片段的序列差异引起的。
这些DNA片段被称为分子标记，通过对它们进行分析可以对个体之间的遗传关系和遗传多样性进行研究。
最早被应用的分子标记技术是限制性片段长度多态性（RFLP），它通过酶切基因组DNA并利用凝胶电泳分析鉴定目标DNA片段。
随着技术的不断进步，研究者们开发了更多的分子标记技术，如随机扩增多态性DNA（RAPD）、简单重复序列（SSR）、单核苷酸多态性（SNP）等。
这些技术的应用使得分子标记研究更加快速、精确和可行，并且具有较高的标记密度和遗传显著性。
分子标记辅助育种是一种利用分子标记技术辅助繁殖和选育目标生物种的育种方法。
通过对目标性状的分子标记进行检测和分析，可以提高育种效率和精确性。
分子标记可以用来鉴定和筛选出具有良好性状的亲本，进行遗传多样性分析，生成遗传地图，以及进行分子辅助选择等。
分子标记辅助育种可以节省时间和人力，并且提高了育种的预测能力和成功率。
在植物育种中，分子标记辅助育种已经取得了显著成果。
例如，通过利用分子标记鉴定具有抗病性的基因或性状，育种者可以选择更适应特定环境或具有更好品质的材料，从而加速育种进程。
此外，分子标记辅助选育还可以用于配制亲本材料，避免不受欢迎的亲缘关系交配，从而提高杂交育种的成功率。
在动物育种中，分子标记辅助育种也得到了广泛应用。
例如，通过对动物基因组进行分子标记分析，可以提高畜禽在繁殖、营养和抗病等方面的性能。
另外，分子标记辅助选择还可以用于肉用动物的品质评估和选育，对于提高畜禽产品的品质和市场竞争力具有重要意义。
第十八章 分子标记辅助选择育种
二、分子标记辅助选择育种的遗传基础 1.分子标记辅助选择的根据
借助分子标记对目标性状的基因型进行选择，主要是
根据与目标基因的紧密连锁的对分子标记基因型的检测来
推测、获知目标基因的基因型。
2.应具备的主要条件
（1）与目标基因紧密连锁的分子标记。 （2）进行分子标记辅助育种需要建立饱和的分子标记图谱 并把目标基因定位于分子图谱上。 （3）简便快捷的标记检测方法。
第十八章 分子标记辅助选择育种
选择：是指在一个群体中选择符合育种目标要 求的基因型
我们还记得作物育种的任务吗？
按照人们的预定目标，采取相应的育种 程序和方法，诱发、创造和重组遗传变异， 选育出适应当地自然气候条件，符合社会、 生产需要，在遗传组成上相对稳定一致的优 良基因型，并繁育出足够数量个体（种子苗 木）供生产上应用。
广义而言，分子标记辅助选择不仅包括利用分 子标记进行优异种质的鉴定筛选、（自交系）亲本 间的亲缘关系分析、遗传多样性的保持和利用，而 且包括利用分子标记选择、转移、聚合目标基因等 育种的其它诸多环节，如植物系统发育关系分析、 品种注册、专利保护、体细胞杂种鉴定、新品种权 保护等。
二、分子标记辅助选择的优越性
（1）克服性状表现型鉴定的困难：有些性状的表现型鉴定 相当麻烦，在度量技术上难度较大、程序繁琐或因需要特 定的仪器和设备，费用太高。 （2）允许早期选择：在育种中，某些性状表现出来需要特
定的生长环境和一定生长周期。因此，在对这些性状鉴定
时必须考虑其表达的环境和等待一定生长时期，有时需要 异地加代和特异的环境条件等。用标记鉴定基因型，将不 需考虑（或等待）植株生长状况或环境条件，可以在早期 对幼苗（甚至对种子）进行检测。
就两个序列的比较而言，可指同一位点的不同等位基因之间个 别核苷酸的差异或只有小的插入、缺失等； 就遗传群体而言，指在基因组内特定核苷酸位置上存在两种 不同的核苷酸且其出现频率大于1%（若出现频率低于1%， 则视为点突变，是不可能作为标记的）。 它又被称为第三代新型多态性标记。通常我们所说的 SNPs包括单碱基的转换、颠换以及单碱基的插入／缺失（Indel） 目前，检测SNP的最佳方法是新近发展起来的DNA芯片技术。 DNA芯片又称生物集成模片、DNA阵列或寡核苷酸微芯片。
分子标记辅助选择家禽生产学名词解释
分子标记辅助选择家禽生产学名词解释1. 引言家禽生产学是研究家禽饲养及相关技术的学科。
在家禽生产学中，分子标记辅助选择是一种利用分子标记技术来辅助选择家禽的繁殖和育种的方法。
本文将对分子标记辅助选择、家禽生产学及相关名词进行解释和阐述。
2. 家禽生产学家禽生产学是畜牧兽医学的一个分支学科，主要研究家禽的饲养、繁殖、疾病防治和产品加工等方面的知识和技术。
家禽生产学的目标是通过科学的饲养管理和育种选择，提高家禽的生产效益和产品质量。
家禽生产学涉及的主要内容包括：2.1 家禽的分类和特性家禽包括鸡、鸭、鹅、火鸡等禽类动物。
不同种类的家禽在形态、习性、生理特性等方面存在差异，对其进行分类和了解其特性对于科学饲养和育种选择具有重要意义。
2.2 家禽的饲养管理家禽的饲养管理是指通过合理的饲养措施，提供适宜的饲料、饮水、环境和疾病防控等条件，以满足家禽的生长、发育和繁殖等需求，保证家禽的健康和生产性能。
2.3 家禽的繁殖和育种家禽的繁殖和育种是通过选择优良个体，进行配对交配，以提高家禽的生产性能和适应性。
传统的繁殖和育种方法往往需要长时间的观察和鉴定，而分子标记辅助选择则可以加快育种进程。
3. 分子标记辅助选择3.1 分子标记技术分子标记是指在基因组中存在的可检测的DNA序列，通过特定的实验方法可以将其检测出来。
常用的分子标记技术包括PCR（聚合酶链式反应）、RFLP（限制性片段长度多态性）和SNP（单核苷酸多态性）等。
3.2 分子标记辅助选择的原理分子标记辅助选择是利用分子标记技术对家禽的基因型进行分析，从而预测其表型性状。
通过确定与目标性状相关的分子标记，可以快速、准确地选择具有优良性状的个体。
3.3 分子标记辅助选择的应用分子标记辅助选择在家禽生产学中的应用主要包括以下几个方面：3.3.1 优良基因的筛选通过分析家禽的基因组，可以筛选出与生产性能、抗病性和适应性等相关的优良基因。
这些基因可以用于育种选择，提高家禽的生产效益和抗病能力。
农业科学专业农作物育种的分子标记辅助选择技术研究
农业科学专业农作物育种的分子标记辅助选择技术研究随着人口的增长和食品需求的不断增加，农业科学专业的研究者们面临着巨大的挑战，需要提高农作物的产量和品质。
在这个背景下，分子标记辅助选择技术成为了农作物育种的重要手段之一。
本文将探讨农业科学专业农作物育种的分子标记辅助选择技术的研究进展和应用前景。
一、分子标记辅助选择技术的概述分子标记辅助选择技术是一种利用分子标记对农作物进行选择和育种的方法。
通过分析农作物基因组中的特定位点，可以快速、准确地鉴定和选择具有优良性状的个体。
这种技术不仅可以提高育种效率，还可以减少传统育种中的时间和资源消耗。
二、分子标记辅助选择技术的研究进展1. 分子标记的种类目前，常用的分子标记包括DNA标记、SNP标记和SSR标记等。
这些标记可以通过PCR扩增和测序等方法进行检测和分析。
2. 分子标记的应用分子标记辅助选择技术在农作物育种中的应用非常广泛。
例如，可以利用分子标记对抗病性、耐逆性和品质等性状进行选择。
此外，分子标记还可以用于亲本选择、杂交组合优选和种质资源鉴定等方面。
3. 分子标记辅助选择技术的优势与传统育种方法相比，分子标记辅助选择技术具有以下优势：（1）高效性：可以快速筛选出具有目标性状的个体，提高育种效率；（2）准确性：通过分子标记可以准确鉴定和选择目标基因型；（3）经济性：相对于传统育种方法，分子标记辅助选择技术可以节省时间和资源。
三、分子标记辅助选择技术的应用前景分子标记辅助选择技术在农作物育种中的应用前景非常广阔。
随着分子标记技术的不断发展和完善，我们可以更加精确地选择和改良农作物的性状。
此外，分子标记辅助选择技术还可以与其他育种方法相结合，进一步提高育种效率和品质。
四、分子标记辅助选择技术的挑战和解决方案尽管分子标记辅助选择技术在农作物育种中具有巨大的潜力，但仍然面临一些挑战。
例如，分子标记的选择和设计、标记与性状之间的关联性等问题。
为了解决这些问题，我们需要加强对分子标记技术的研究和应用，提高标记的选择和设计的准确性，加强标记与性状之间的关联性研究。
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分子标记辅助选择育种传统的育种主要依赖于植株的表现型选择(Phenotypieal selection)。
环境条件、基因间互作、基因型与环境互作等多种因素会影响表型选择效率。
例如抗病性的鉴定就受发病的条件、植株生理状况、评价标准等影响；品质、产量等数量性状的选择、鉴定工作更困难。
一个优良品种的培育往往需花费7～8年甚至十几年时间。
如何提高选择效率，是育种工作的关键。
育种家在长期的育种实践中不断探索运用遗传标记来提高育种的选择效率与育种预见性。
遗传标记包括形态学标记、细胞学标记、生化标记与分子标记。
棉花的芽黄、番茄的叶型、抗TMV的矮黄标记、水稻的紫色叶鞘等形态性状标记，在育种工作中曾得到一定的应用。
以非整倍体、缺失、倒位、易位等染色体数目、结构变异为基础的细胞学标记，在小麦等作物的基因定位、连锁图谱构建、染色体工程以及外缘基因鉴定中起到重要的作用，但许多作物难以获得这类标记。
生化标记主要是利用基因的表达产物如同工酶与贮藏蛋白，在一定程度上反映基因型差异。
它们在小麦、玉米等作物遗传育种中得到应用。
但是它们多态性低，且受植株发育阶段与环境条件及温度、电泳条件等影响，难以满足遗传育种工作需要。
以DNA多态性为基础的分子标记，目前已在作物遗传图谱构建、重要农艺性状基因的标记定位、种质资源的遗传多样性分析与品种指纹图谱及纯度鉴定等方面得到广泛应用，尤其是分子标记辅助选择(molecular marker-as—sisted selection，MAS)育种更受到人们的重视。
第一节分子标记的类型和作用原理一、分子标记的类型和特点按技术特性，分子标记可分为三大类。
第一类是以分子杂交为基础的DNA标记技术，主要有限制性片段长度多态性标记(Restriction fragment length polymorphisms，RFLP标记)；第二类是以聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction，PCR反应)为基础的各种DNA指纹技术。
PCR是Mullis等(1985)首创的在模板DNA、引物和4种脱氧核糖核苷酸存在的条件下，依赖于DNA聚合酶的体外酶促反应，合成特异DNA片段的一种方法。
PCR技术的特异性取决于引物与模板DNA的特异结合。
PCR反应分变性(denaturation)、复性(annealling)、延伸(exten—sion)三步(图17—1)。
变性指的是通过加热使DNA双螺旋的氢键断裂，双链解离形成单链DNA的过程；复性(又称退火)是指当温度降低时，单链DNA回复形成双链的过程，由于模板分子结构较引物要复杂得多，而且反应体系中引物DNA大大高于模板DNA，容易使引物和其互补的模板在局部形成杂交链；延伸是指在DNA聚合酶和4种脱氧核糖核苷三磷酸底物及Mg2+存在的条件下，在聚合酶催化下进行以引物为起始点的5'-3'的DNA链延伸。
以上三步为一个循环，每一循环的产物可以作为下一个循环的模板，经25～30个循环后，介于两个引物之间的特异DNA片段得到大量的复制，数量可达2×106-7拷贝。
按照PCR所需引物类型又可分为：①单引物PCR标记，其多态性来源于单个随机引物作用下扩增产物长度或序列的变异，包括随机扩增多态性DNA标记(Random 别amplification polymorphism DNA，RAPD)、简单重复序列中间区域标记(1nter-simple sequence repeats polymorphisms，ISSR)等技术；②双引物选择性扩增的PCR标记，主要通过引物3'端碱基的变化获得多态性，这种标记主要指扩增片段长度多态性标记(Amplified fragment lengthpolymorphisms，AFLP)；③需要通过克隆、测序来构建特殊双引物的PCR标记如简单序列重复标记(Simple sequence repeats，SSR)、序列特征化扩增区域(Segion，简称SCAR技术)和序标位(Sequence—tagged sites，简称STS)等。
第三类是一些新型的分子标记，如单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism，SNP)，由基因组核苷酸水平上的变异引起的DNA序列多态性，包括单碱基的转换、颠换以及单碱基的插入／缺失等。
表达序列标签(Expressed sequences tags，EST)是在cDNA文库中随机挑选克隆，并进行单边测序(Singlepass sequence)而产生的300～500bp的核苷酸片段。
应用于分子标记辅助育种的标记主要有RFLP、RAPD、SSR、AFLP、STS等。
它们的遗传、表现特点总结于表17—1。
分子标记是以DNA多态性为基础，因而具有以下优点：①表现稳定，多态性直接以DNA形式表现，无组织器官、发育时期特异性，不受环境条件、基因互作影响；②数量多，理论上遍及整个基因组；③多态性高，自然界存在许多等位变异，无需专门人为创造特殊遗传材料，这为大量重要性状基因紧密连锁的标记筛选创造了条件；④对目标性状表达无不良影响，与不良性状无必然连锁；⑤部分标记遗传方式为共显性，可鉴别纯合体与杂合体；⑥成本不是太高，一般实验室均可进行。
对于特定探针或引物可引进或根据发表的特定序列自行合成。
二、分子标记的原理和遗传特性(一)RFLP发现最早，目前应用最为广泛的一种分子标记。
这一类标记在20世纪70年代已被发现。
1980年，人类首先将其用于构建连锁图。
目前，该技术已广泛用于动植物连锁图的构建、重要农艺性状基因的分子标记等。
1．RFLP标记的原理植物基因组DNA上的碱基替换、插人、缺失或重复等，造成某种限制性内切酶(restriction enzymes，简称RE)酶切位点的增加或丧失是产生限制性片段长度多态性的原因。
对每一个DNA／RE组合而言，所产生的片段是特异性的，它可作为某一DNA所特有的“指纹”。
某一生物基因组DNA经限制性内切酶消化后，能产生数百万条DNA片段，通过琼脂糖电泳可将这些片段按大小顺序分离，然后将它们按原来的顺序和位置转移至易于操作的尼龙膜或硝酸纤维素膜上，用放射性同位素(如32P)或非放射性物质(如生物素、地高辛等)标记的DNA作为探针，与膜上的DNA进行杂交(即Southern杂交)，若某一位置上的DNA酶切片段与探针序列相似，或者说同源程度较高，则标记好的探针就结合在这个位置上。
放射自显影或酶学检测后，即可显示出不同材料对该探针的限制性片段多态性情况(图17—2)。
对于线粒体和叶绿体等相对较小的DNA分子，通过合适的限制性内切酶酶切，电泳分析后有可能直接检测出DNA片段的差异，就不需Southern杂交。
RFLP分析的探针，必须是单拷贝或寡拷贝的，否则，杂交结果不能显示清晰可辨的带型，表现为弥散状，不易进行观察分析。
RFLP探针主要有三种来源，即cDNA克隆、植物基因组克隆(Random Genome克隆，简称RG克隆)和PCR克隆。
2．RFLP标记的特点RFLP标记具有共显性的特点。
共显性(co-dominant)标记指的是双亲的两个以上分子量不同的多态性片段均在F，中表现。
它已被广泛用于多种生物的遗传分析，特别是构建植物遗传图谱。
RFLP标记所需DNA量大(5～15鹏)，检测步骤繁琐，需要的仪器、设备较多，周期长，检测少数几个探针时成本较高，用作探针的DNA 克隆其制备与存放较麻烦；检测中要利用放射性同位素(通常为少')，易造成污染。
尽管非放射性物质标记方法可用，但价格高，杂交信号相对较弱，灵敏度也较同位素标记低。
目前，RFLP标记直接用于育种成本高，人们正致力于将RFLP标记转化为PCR标记，便于育种上利用。
(二)RAPD标记1．RAPD标记的原理Williams等(1990)以DNA聚合酶链式反应为基础而提出的。
所谓RAPD标记是用随机排列的寡聚脱氧核苷酸单链引物(长度为10个核苷酸)通过PCR扩增染色体组中的DNA所获得的长度不同的多态性DNA片段。
RAPD标记的原理同PCR技术，但又有别于常规的PCR反应。
主要表现在以下3个方面：·①引物。
常规的PCR 反应所用的是一对引物，长度通常为20bp(碱基对)左右；RAPD所用的引物为一个，长度仅10bp。
②反应条件。
常规的PCR复性温度较高，一般为55—60℃，而RAPD的复性温度仅为36℃左右。
③扩增产物。
常规PCR产物为特异扩增，而RAPD产物为随机扩增。
这样，RAPD反应在最初反应周期中，由于短的随机单引物，低的退火温度，一方面保证了核苷酸引物与模板的稳定配对，另一方面因引物中碱基的随机排列而又允许适当的错配，从而扩大引物在基因组DNA中配对的随机性，提高了基因组DNA分析的效率。
原理上与RAPD相似的还有AP—PCR(Arbitrarilyprimed polymerae chain reaction)。
AP—PCR指在PCR反应中使用的引物长度与一般PCR反应中的引物相当，但在反应开始阶段退火温度较低，允许大量错配，因此可引发随机的扩增。
一般在AP—PCR反应中应用放射性标记，其产物在聚丙烯酰胺凝胶上分离，然后通过放射自显影，检测其多态性。
2．RAPD标记的特点如果基因组在特定引物结合区域发生DNA片段插人、缺失或碱基突变，就可能导致特定引物结合位点分布发生相应变化，导致PCR产物增加、缺少或分子量大小的变化。
若PCR产物增加或缺少，则产生显性的RAPD标记；若PCR产物发生分子量变化则产生共显性的RAPD标记，通过电泳分析即可检测出基因组DNA在这F1的多态性片段与亲本之一完全一样，这样在杂交组合后代中扩增产物的记录可记为“有／无”，即把每一随机扩增多态性片段作为分子图谱的一个位点。
RAPD引物长一般为10个碱基，人工合成成本低，一套引物可用于不同作物，建立一套不同作物标准指纹图谱。
RAPD可以方便用于种质资源指纹档案建立，种内遗传多样性分析和品种纯度鉴定。
因此RAPD 也是一种潜力很大的分子标记。
由于使用DNA扩增仪，操作自动化程度高，分析量大，且免去了RFLP中的探针制备、同位素标记、Southern印迹等步骤，分析速度很快。
RAPD分析所需DNA样品量少(一般5～10ng)，对DNA质量要求较RFLP低。
同时，RAPD标记还可转化为RFLP探针，SCAR及STS等表现为共显性和显性的分子标记。
RAPD最大缺点是重复性较差。
RAPD标记的实验条件摸索和引物的选择是十分关键而艰巨的工作。
为此研究人员应对不同物种做大量的探索工作，以确定每一物种的最佳反应程序包括模板DNA、引物、Mg2+浓度等。