dna分子标记技术及其在植物育种中的应用
分子标记及其在作物育种上的应用
2002年12月韶关学院学报(自然科学版)Dec.2002第23卷 第12期Journal of Shaoguan University(Natural Science)Vol.23 No.12分子标记及其在作物育种上的应用李海渤(韶关学院英东生物工程学院,广东韶关512005)摘要:分子标记是随着遗传学的发展而诞生的一种基于DNA多态性的遗传标记.主要综述了几种分子标记的基本原理及其在作物育种上的应用,实践证明,分子标记技术为作物育种提供了一种新的研究手段,必将在作物育种领域开拓广阔的应用前景.关键词:分子标记;作物育种;DNA多态性中图分类号:Q341 文献标识码:A 文章编号:1007-5348(2002)12-0100-07作物育种的目标之一是改良现有品种、创造新品种,使之更符合人类生产和生活需要.早期的良种选育工作主要是凭感官对当时所需要的性状进行选择,如植株的高矮、籽粒的饱满度、植株的抗性等.经过这种途径,虽然创造了一些具有优良性状的品种,但这种育种方式尚处于感性和经验性阶段,具有一定的盲目性和机遇性.随着遗传学的发展,遗传标记经历了形态学标记、细胞学标记、生化标记和分子标记等几个阶段.在此过程中,育种家们试图利用遗传标记指导作物育种过程中的亲本选配和后代目标性状的选择,然而由于技术水平的限制,最初的遗传标记对指导育种工作带有局限性,实用性有限.分子标记的出现与发展,为作物育种注入了前所未有的活力,分子标记在作物育种上得到广泛的应用.1 分子标记的类型分子标记是指以DNA多态性为基础的遗传标记.其特点是直接以DNA的形式存在;标记数量无限,遍布于整个染色体组;标记位点非常丰富;性状稳定,不受环境条件影响;许多标记是共显性标记,因而从它诞生的一开始就展示了极大的生命力.分子标记可根据不同的研究手段分为如下类型:111 RFL P(Restriction Fragment Length Polymorphism)标记1980年,Bostein提出了RFL P标记方法.其基本原理是由于DNA序列不同,或DNA序列发生插入、缺失、易位等结构变化,从而造成限制性内切酶的酶切位点发生改变,当基因组DNA与限制性内切酶相互作用后,便会产生不同长度的限制性片段,再通过电泳、转膜,然后用放射性标记的同源DNA片段作为探针与其杂交,经放射自显影来检测样品之间的差异.RFL P标记的优点是不受环境条件和发育阶段的影响;无表型效应;在等位基因之间收稿日期:2002-09-11作者简介:李海渤(1973-),男,河北唐山人,韶关学院英东生物工程学院助教,硕士,主要从事作物遗传育种研究.一般表现为共显性;结果稳定、重复性好.缺陷是该技术对DNA 要求量较大;要求纯度较高;运用同位素标记对人体有害;所花费的人力、物力较大.该技术广泛应用于生物的遗传作图、基因定位、种质资源评估、分子标记辅助选择等方面.112 RAPD (Random Amplified Polymorphism DNA )标记该标记是由Williams 等和Welsh 等在PCR 技术基础上发展起来的一种分子标记[1,2].其原理是采用人工合成的10个碱基的寡聚核苷酸作为随机引物,以基因组DNA 为模板,在94℃左右变性后,在较低温度下分别与DNA 的两条单链发生退火反应,在DNA 聚合酶的作用下对基因组特定的DNA 区域进行反复扩增,最后通过琼脂糖凝胶电泳检测扩增片段的差异.造成RAPD 谱带差异的原因可能是:核苷酸置换造成引物无法与结合位点匹配;结合位点的缺失;结合位点间大片段的插入造成扩增中断;由于插入或缺失突变使扩增产物大小发生改变.RAPD 技术的优点是自动化程度高;费用低;无放射性污染;信息量较大及简便快速等.其缺陷是不十分稳定;重复性较差;对反应条件比较敏感.该技术现已广泛应用于遗传多样性分析、物种进化、品种鉴定、分类等研究领域.113 SSRs (Simple Sequence Repeats )技术生物体基因组中,普遍存在1～4个碱基组成的简单重复序列,其重复次数可达百次以上,且重复次数变化很大,但在该重复序列两端的序列却是高度保守的.SSRs 技术就是利用其两侧保守序列设计一对引物,再利用PCR 技术对每个位点的微卫星序列进行特异扩增,再经聚丙烯酰胺凝胶电泳检测扩增产物,便可确定该物种扩增片段的多态性[3].该技术的特点是需DNA 量较少;为共显性标记;显示的带型简单、客观明确.现在该技术被广泛应用于遗传图谱的构建、种质资源的鉴定、遗传多样性评估等方面.114 AFL P (Amplified Frangement Length Polymorphism )标记该技术是Vos 等于1992年发明的一种选择性扩增DNA 片段的方法[4],其基本原理是某生物基因组DNA 在两种具有不同酶切位点的限制性内切酶作用下,产生大小不同的酶切片段;再在这些片段的两端接上已知序列的接头,最后再利用根据接头序列设计的特异引物对双酶切片段进行选择性地扩增,最后通过电泳、染色,分析条带差异.AFL P 技术结合了RFL P 和PCR 的优点,具有多态性丰富、稳定性好和重复性高的特点,被广泛地应用于基因定位、基因作图、鉴定亲缘关系等领域.115 STS (Sequence -tagged Sites )标记STS 标记是由一段长为200-500bp 的序列所界定的位点,它在基因组中只出现一次.前述任何单拷贝的多态性标记都可以作为基因组的界标转变为STS 标记,转变的前提是测定长度适合的单拷贝片段两端的序列,并据其设计一对专一扩增的引物(长度为20个核苷酸左右),经PCR 途径显示STS 的特异片断[5].STS 标记的优点在于其共显性的遗传方式,因而很容易在不同组合的遗传图谱间进行转移.2 分子标记在作物育种中的应用・101・第12期李海渤:分子标记及其在作物育种上的应用由于分子标记所表现出的极大的优越性,所以在作物育种中得到广泛的应用,主要表现在以下几个方面:211 亲缘关系与种质资源多样性的研究研究物种的亲缘关系以及种质资源的多样性对作物育种有着重要的指导意义.然而,由于作物易受生长环境及发育阶段的影响,因而仅凭作物的形态学特征来研究其亲缘关系及多样性易受主观因素的影响,结果可靠性较低.分子标记所代表的是基因组DNA 水平上的差异,不受外界环境及作物生长发育阶段的影响,因而利用分子标记研究作物的亲缘关系及多样性,其结果具有客观、稳定的特点.Dires 等采用RFL P 技术对83个甘蓝型油菜品种进行了聚类分析,并将之分为三大类群,即春油菜类群、冬油菜类群及中国—日本油菜类群,该聚类结果与已知系谱大致相符[6];安贤惠通过RAPD 技术,采用31个随机引物分析了72份芥菜型油菜品种的遗传多样性,并将之划分为六大类[7].212 DNA 指纹和种子纯度的鉴定在同一物种的各个品种间存在大量的多态性标记,DNA 指纹就是一些特异DNA 标记的组合.通过DNA 指纹可以进行物种鉴定,不仅克服了根据形态特征鉴定物种的可靠性差的缺点,而且对于品种专利权的申请及保护提供了可靠途径.另外,通过DNA 指纹也可以进行种子纯度的鉴定,这种方法同样克服了根据田间表型性状以及同工酶进行种子纯度鉴定的缺陷,具有快速、准确、简便、成本低的特点,而且在幼苗或种子阶段就可对种子纯度进行鉴定.213 构建分子标记连锁图构建高密度的分子标记连锁图为基因的精细定位、物理图谱的构建和以图谱为基础的基因克隆奠定了条件.利用克隆的基因来转化其他的作物无疑是一种新的育种途径,例如转基因植物.实践证实采用分子标记构建基因连锁图具有很高的实用价值.Cheung 等用RFL P 技术构建了包括343个RFL P 标记的芥菜型油菜的遗传图谱,为辅助选择育种提供了重要的理论参考[8].美国的Cornell 实验室发表了一张水稻的分子标记连锁图,该图谱中有700多个标记,其中绝大部分是RFL P 标记[9].在玉米中已建立了数百个RFL P 标记图谱,而在西红柿中则建立了带有1000个RFL P 标记遗传图谱[9].214 基因定位和数量性状的选择利用不同的分离群体如F2群体、回交群体、DH 群体、重组自交系等可对目的基因进行定位.Jean 等找到了与Pol cms 恢复基因Rfp1紧密连锁的1个RAPD 标记和10个RFL P 标记[10].1998年,他们又用RFL P 标记和RAPD 标记将Pol cms 恢复基因Rf p1定位[11].王俊霞等在860个随机引物中找到了与Pol cms 恢复基因Rf p 连锁的两个RAPD 标记[12].另外,作物的许多经济形状是由数量性状位点(Q TL )所控制的,如产量、品质、水平抗性等.由于这些数量性状的遗传差异是由多个基因座位决定的,每个座位只对表型起较小的作用,由于遗传和环境的互作无法区别单个基因座位的贡献和各个基因座位之间的互作,因而无法对单个Q TL 进行操作.分子标记的产生和发展可把控制数量性状・201・韶关学院学报(自然科学版)2002年的单个Q TL 区分开来,为Q TL 的定位、克隆和选择提供了有力的工具.例如Toroser 等采用RFL P 标记,对甘蓝型油菜硫苷含量控制基因进行了定位,结果将两个主要控制位点GSL -1和GSL -2分别定位于L G20和L G1,三个次要控制位点GSL -3、GSL -4和GSL -5分别定于L G18、L G4和L G13[13].Tanhuanpaa 等采用RAPD 技术对油菜的亚麻酸含量控制基因进行了定位[14].215 利用分子标记进行辅助选择利用分子标记辅助育种可以方便、快速的实现品种之间的目的基因的转移,或将近缘野生种的新基因导入,给传统的育种带来了巨大的活力.利用分子标记辅助选择有以下优点:1)不受时间和环境条件的限制,在作物不同的发育阶段均可进行检测,而性状的传统鉴定方法则需要在某一特定发育阶段进行;2)利用分子标记可以实现优良基因的快速聚合,弥补了传统育种方法的费时、费力以及盲目性高的缺点.作物育种程序中对分子标记辅助选择的要求:1)分子标记与目的性状位点共分离或紧密连锁(1cM 或更小),否则会因标记与目的基因之间的交换而使检测过程中的假阳性频率变得很高;2)分子标记能对大群体进行有效检测,目前基于PCR 的分子标记技术较为容易;3)检测技术在实验室之间应该有很高的重复性,并且较为经济.在实践中,育种工作者采用分子标记辅助选择的途径培育出了一批优良品种.薛庆中等应用与Xa21紧密连锁(遗传距离仅为011cM )的分子标记,通过辅助选择培育出了一批具有Xa21基因的抗白叶枯病恢复系[15].Sheng 等利用分子标记辅助选择的方法将Xa21导入明恢63中,建立了基于分子标记辅助选择的PCR 反应体系,其中两个标记距离Xa21分别为018cM 和310cM.用均匀分布于水稻12条染色体的128个RFL P 标记进行背景选择,证明改良性明恢63除了含Xa21的318cM 片段外与原始材料完全一样[16].Huang 等利用DNA 标记辅助选择将Xa4、Xa5、Xa13、Xa21等4个水稻抗白叶枯病基因进行了聚合,聚合系表现出比单基因系更广的抗谱和更强的抗性[17].216 杂种优势的预测杂种优势利用是品种改良的一条重要途径.育种家们为了更好地利用杂种优势,对于预测杂种优势的方法和途径进行了多年的研究,其中,以玉米和水稻为对象的研究较为广泛和深入.关于杂种优势的预测,人们曾通过生理生化、形态解剖、地理距离等途径进行探索,结果都不理想.80年代末,分子标记开始运用于杂种优势预测的研究.Lee 用33个RFL P 探针检测了8个玉米自交系及其28个杂交组合,结果认为RFL P 的遗传距离与F1产量呈显著正相关[18].Smith 用分布于整个玉米基因组的257个RFL P 探针检测了37个玉米自交系及其123个杂交组合,结果表明,亲本的RFL P 遗传距离与F 1产量和杂种优势相关达极显著水平[19].Stuber ,Melchinger 等均采用RFL P 标记方法发现RFL P 遗传距离与F1杂种优势表现存在高度的相关性[20].但也有与上述研究不一致的结果,如Melchinger 等研究发现亲本间RFL P 遗传距离与杂种F 1产量相关性很低,不能用于杂种优势的预测[21].Dudley 等用52个RFL P 标记和14个同工酶标记研究了14个玉米自交系・301・第12期李海渤:分子标记及其在作物育种上的应用与其F 1产量的关系,同样发现遗传距离与产量并无相关性[22].Melchinger 等认为,造成这两种不同结论的原因是亲本来源的不同,当亲本来自于相同的杂种优势群时,亲本间RFL P 遗传距离和F 1表现的关系呈显著相关,当亲本来自于不同的杂种优势群时,这种相关性较低[20].吴敏生等采用RAPD 标记对玉米杂种产量进行了预测研究,发现RAPD 遗传距离与杂种产量相关显著,但决定系数很小,表明遗传距离在决定杂种产量方面只占很小的比例,遗传距离大的F 1产量不一定高,遗传距离小的F 1产量不一定低[23].彭泽斌等用RAPD 方法研究了15个6类玉米自交系间的RAPD 遗传距离与其杂交组合F 1产量、特殊配合力、中亲杂种优势值的关系,认为RAPD 遗传距离与组合产量、中亲优势值、双亲特殊配合力存在极显著的正相关,说明用RAPD 遗传距离在杂交组合选配中有一定的参考价值[24].实践证实,关于利用不同分子标记预测杂种优势准确性及其机理有待于进一步研究.3 结语和展望分子标记是随着遗传学的发展而诞生的,在作物育种方面应用虽然仅有十几年时间,却显示了巨大的生命力,成为作物育种的重要途径之一.分子标记的发展和应用不仅促进了作物育种的发展而且对一些经典概念的再认识,提出了一些新的观点.如Huang 等提出质量性状基因和Q TL 可能仅是同一座位的不同等位基因[17].目前分子标记在育种上的应用还有一定的局限性,主要包括以下几个方面:1)开发的分子标记数量较少,很难找到与目标基因紧密连锁的分子标记,需要构建更为精密饱和的遗传图谱;2)分子标记技术本身的局限性造成检测结果的偏差;3)众多的农艺性状是受多基因控制的,而分子标记对数量基因的精确定位还有较大差距;4)有待于建立自动化的实验程序,实现对大群体快速、准确的鉴别;5)分子标记与表型之间的关系有待于进一步研究.分子标记是一种新的技术,它的技术体系并不全面,不能脱离传统的育种技术而单独使用,必须要与传统的育种技术有机结合,分子标记的检测结果和效应最终要到大田中验证.另外,分子标记技术的成本较高,限制了它的广泛应用.随着分子生物学理论与技术的发展,我们相信科学家们必将不断开发出分析速度快、成本低、信息量更大的分子标记.分子标记技术必将在作物育种方面得到更加广泛的应用.参考文献:[1]williams J G ,Kubelik A R ,et al.DNA polymorphisms amplified by arbitrary primers are useful as genetic makers[J ].Nucl Acid Res ,1990,18:6531-6535.[2]Welsh J.Fingerprinting genomes using PCR with arbitrary primers[J ].Nucl Acid Res ,1990,18:7213-7218.[3]Weber J L.Human DNA polymorphisms based on length variations in simple -sequence tandem repeats [A ].K E Davis ,S M Tilghman (eds ).G enome analysis[C ].New york :Cold S pring Harbor Laboratory Press ,1990.159-181.・401・韶关学院学报(自然科学版)2002年[4]Vos P ,Hogers R ,Beleaker M.AFL P :a new technique for DNA fingerprinting[J ].Nucl Acid Res 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分子标记在作物育种中的应用
分子标记在作物育种中的应用作物育种是改良作物种质的重要手段，通过对作物的遗传基础的深入研究，运用现代生物技术手段，筛选出具有优良性状基因的优良种质材料，从而加速有关作物的育种进程。
在现代生物技术手段中，分子标记技术在作物育种中扮演了非常重要的角色。
本文将介绍分子标记在作物育种中的应用。
一、分子标记简介分子标记是指与基因组中某个特定区域或特定性状相关的DNA序列片段。
这种技术可以用于确定个体间的遗传差异，进行基因型鉴定，进而确定等位基因种类及其比例。
通过分子标记技术，可以确定物种间的基因组组成和遗传的联系，并且还可以对单个个体的基因组进行分析和定位，制定具体的育种策略。
分子标记技术在育种材料鉴定和筛选中有着广泛的应用。
习惯上，育种过程需要大量的物种杂交，然后去通过后代材料中的遗传差异进行筛选、后代选择和提高纯度。
这种育种方法需要大量的时间和耗费大量的资源。
而采用分子标记技术，可以大大提高材料筛选的速度和效率。
远缘杂交后代中的有些个体通常会表现出可喜的性状，但是由于其他不良的遗传特征，基本上是无法继续进行育种的。
这个时候，分子标记技术就可以对杂交后代的DNA样本进行分析，从而确定哪些个体的基因组组成更加适合于后续育种筛选工作。
2. 分子标记在基因型分析和遗传图谱绘制中的应用在作物遗传基础的研究中，分子标记技术在基因型分析和遗传图谱绘制中的应用日益广泛。
通过分子标记技术，可以分析大量的遗传标记，确定不同基因型间的遗传差异，对遗传多样性和相关性进行统计分析，最终清晰地绘制出遗传图谱，揭示了不同群体间的遗传关系。
遗传图谱的绘制对于作物育种的后续研究至关重要，能够帮助育种人员了解群体内的基因性状分布情况，确定功能多样的分子标记，确保育种目标的达成。
3. 分子标记在杂交组合选择中的应用分子标记在杂交组合选择中的应用同样十分重要。
通过分析杂交后代的DNA序列，可以细致地分析出每个基因型对数量性状、质量性状、抗病性等性状的影响，并且还可以计算各基因型的复杂性状遗传度。
dna分子标记技术及其在蔬菜遗传育种研究中的应用
dna分子标记技术及其在蔬菜遗传育种研究中的应用
DNA分子标记技术是一种通过分析DNA序列上的特定标记位点来研究物种的遗传变异和亲缘关系的技术。
在蔬菜遗传育种研究中，DNA分子标记技术被广泛应用于以下方面：
1. 遗传多样性研究：DNA分子标记技术可以通过分析不同蔬菜品种或不同个体之间的DNA序列差异来评估物种的遗传多样性。
通过比较不同品种或个体之间的DNA分子标记，可以确定它们之间的亲缘关系和遗传距离。
2. 基因定位和图谱构建：DNA分子标记技术可以用来帮助研究人员定位蔬菜的重要遗传特征或性状的基因。
通过分析与目标性状相关联的DNA分子标记的位置，可以确定这些标记位点与目标基因的连锁关系，并构建相应的遗传图谱。
3. 品种鉴定和纯度鉴定：DNA分子标记技术可以用来对蔬菜品种进行鉴定和纯度测试。
通过与已知标准品种的DNA序列进行比对，可以确定蔬菜品种的基因组组成，并判断其纯度和真实性。
4. 分子辅助选择育种：DNA分子标记技术可以与传统育种方法相结合，进行分子辅助选择育种。
通过对目标性状相关的DNA分子标记进行筛选、分析和评价，可以在早期育种阶段就有效地选择与目标性状相关的优良个体，提高育种效率。
总之，DNA分子标记技术在蔬菜遗传育种研究中发挥重要作
用，可以帮助研究人员分析遗传多样性、定位遗传特征、鉴定品种和辅助选择育种，为蔬菜遗传改良提供科学依据。
生物技术在植物育种中的应用
生物技术在植物育种中的应用在当今科技迅速发展的时代，生物技术为植物育种带来了前所未有的变革和机遇。
植物育种不再仅仅依赖传统的杂交和选择方法，生物技术的引入使育种工作更加精准、高效和多样化。
生物技术在植物育种中的应用之一是基因工程。
通过基因工程技术，科学家们能够将特定的基因从一个生物体转移到另一个生物体中，从而赋予受体植物新的特性。
例如，将抗虫基因导入棉花中，使其能够抵抗棉铃虫的侵害，大大减少了农药的使用，降低了环境污染和生产成本。
同样，将耐盐基因导入农作物中，可以使它们在盐碱地中生长，扩大了可耕种土地的范围。
细胞工程也是生物技术在植物育种中的重要手段。
植物组织培养技术使得我们能够从植物的一小块组织或细胞培养出完整的植株。
这不仅可以快速繁殖优良品种，还可以用于脱毒苗的培育。
比如，通过组织培养技术获得无病毒的马铃薯种苗，能够显著提高马铃薯的产量和品质。
细胞融合技术则可以创造出具有新特性的杂种细胞，为培育新的植物品种提供了更多可能性。
分子标记辅助选择是一种基于生物技术的高效育种方法。
分子标记是与特定基因或性状紧密连锁的 DNA 片段。
通过检测这些分子标记，育种者能够在植物生长的早期阶段就筛选出具有所需性状的个体，而不必等到植株成熟后再进行观察和选择。
这大大缩短了育种周期，提高了育种效率。
除了上述方法，单倍体育种技术在植物育种中也具有重要意义。
通过诱导产生单倍体植株，然后进行染色体加倍，可以快速获得纯合的二倍体植株。
这种方法能够显著加快育种进程，尤其是对于那些自交不亲和或杂种优势明显的植物品种。
生物技术在植物育种中的应用带来了许多显著的优势。
首先，它大大提高了育种的效率和准确性。
传统育种方法往往需要经过多代的选择和杂交，耗时费力，而生物技术能够更直接地针对目标性状进行操作，快速获得理想的品种。
其次，生物技术为解决一些全球性的农业问题提供了可能。
例如，应对气候变化导致的干旱、洪涝等极端环境，通过生物技术培育出适应能力更强的植物品种，保障粮食安全。
分子标记技术及其在园林植物遗传育种中的应用 精品
分子标记技术及其在植物遗传育种中的应用近年，随着生物技术的快速发展，分子标记技术在诸多领域得到应用，尤以农业、医药业、畜牧业等行业应用得最多。
分子标记是指以生物大分子的多态性为基础的遗传标记。
分子标记的出现，使植物育种的“间接选择”成为可能，大大提高了遗传分析的准确性和选育种的有效性，因而在遗传育种领域愈来愈受到重视。
在遗传学研究中广泛应用的DNA分子标记已经发展了很多种，一般依其所用的分子生物学技术大致分为两大类：一类是以Southern杂交技术为核心的分子标记(如RFLP)，此类被称为第一代分子标记；以PCR技术为核心的分子标记(如STS、RAPD、AFLP、SSR等)称为第二代分子标记，单核苷酸多态性(SNP)标记称为第三代分子标记，这也是以PCR技术为基础的分子标记技术。
现分别介绍其原理及在植物育种上的应用。
1分子标记在植物育种上的特点分子标记育种(molecular mark-assist selection，MAS)是借助分子标记在DNA水平上对遗传资源或育种材料进行选择，对作物产量，品质和抗性等综合性状进行高效改良，并针对目标性状基困连锁进行优良植株筛选，是现代分子生物学与传统遗传育种相结合的新品种选育方法。
与传统育种相比分子标记的优势是：(1)传统育种通过性状间接筛选目的基因，分子标记则通过直接与目的基因连锁进行筛选，因此，后者比前者准确，特别是在一些表现型与基因型之间对应关系较差时的筛选，(2)传统育种需要在成熟期才能筛选，分子标记筛选则可以不受植物生长发育期的限制，在苗期就可以筛选，而且不影响植株生长，(3)传统方法一次只能标记一个基因，分子标记筛选则可以同时筛选多个目的性状基因，(4)分子标记筛选利用了控制单一性状的多个等位基因，避免了传统育种通过表现型而获得不纯植株的缺陷；(5)分子标记筛选样品用量少，可以进行非破坏性筛选，从而加速育种进程，提高育种效率。
2常用分子标记的技术及其在植物育种上的应用2.1限制性内切酶片段长度多态性(restriction fragment length polymorphism，RFLP，简称限制片段长度多态性)RFLP是以分子杂交技术为基础的标记技术，其原理是碱基的突变、缺失、重排或是一段DNA的重排或插入，导致限制性内切核苷酸酶的酶切位点分布发生改变，得到的切割片段在数量和长度上不同，从而产生多态性。
分子标记在植物遗传育种中的应用
分子标记在植物遗传育种中的应用EM摘要N: 分子标记是继形态标记O细胞标记和生化标记之后发展起来的一种新的较为理想的遗传标记F已被广泛地应用于生命科学研究的各个领域P在植物遗传育种中F分子标记主要用于基因组图谱构建O基因定位O辅助标记选择O种质资源评价O基因克隆O杂种优势预测O杂交育种及跟踪育种过程等方面P文章主要介绍了分子标记在植物遗传育种中的应用原理及分析方法F并对其应用前景进行了展望PM关键词N 分子标记K植物遗传育种K遗传标记优良品种是当今农业经济发展的基础资源F对目标性状#如丰产O优质O抗逆等$的选择是新品种选育过程的中心环节P 传统的育种方法主要是根据植物在田间的表现进行评价和选择P 但由于表型性状不仅取决于遗传组成F也受控于环境条件F有时环境条件的影响可遮盖植株在基因型上的差异F因此仅根据表型进行选择F效果不够理想P特别是对受多基因控制的数量性状的选择F更难做到准确P虽然育种学已建立了一套完整的选择程序F并在农业生产上培育出了许多高产O优质O抗逆的新品种F然而传统的育种方法仍存在周期长O预见性差O工作量大O工作效率低等问题P随着遗传学的发展F人们注意到利用易于鉴别的遗传标记#R6=6398SA0T607$来进行辅助选择F可提高选择效果P遗传标记已逐渐成为植物遗传育种的重要工具P尤其是分子遗传学的发展及分子标记技术的建立F使作物遗传育种进入了一个新阶段P新技术与传统方法相结合F有可能解决目前育种中一些重要环节上的主要难题F从而大大加速育种工作进程P分子标记已在遗传图谱的构建O辅助标记选择O基因克隆等方面显示出了非常诱人的前景P- 应用分子标记构建基因组图谱基因组图谱是遗传研究的重要内容F又是种质资源O育种及基因克隆等许多应用研究的理论依据和基础P因此F基因组图谱已成为当今生命科学的重要研究领域P基因组图谱包括以染色体重组交换为基础的遗传图谱#R6=6398SA+$和以U2? 的核苷酸序列为基础的物理图谱#V4W798A’SA+$P数十年来F许多遗传学家利用形态标记O生化标记和传统的细胞遗传学方法F为构建各种主要作物的遗传图谱进行了大量工作F并取得了一定的进展P但是由于形态标记和生化标记数目少F特殊遗传材料培育困难及细胞学工作量大F因而除极少数作物#如玉米O番茄$外F在分子标记出现之前F大多数作物还没有一个较为完整的遗传连锁图F极大地限制了遗传学理论研究和应用研究的进展P 进入.,年代以来F分子标记的迅速发展F大大促进了遗传连锁图的构建P目前主要农作物O果树O蔬菜等的XCYV7OX?VU7遗传图谱已相继建立M-ZINP利用分子标记构建遗传图谱的理论基础是染色体的交换与重组P 两点测验和三点测验是其基本程序P由于作图群体的不断增大和标记数量的日益扩增F如今的遗传图谱构建已不得不计算机化了P 遗传图谱构建过程主要包括[-$选择和建立适合的作图群体K!$确立遗传连锁群KG$基因排序和遗传距离的确定P具体方法如下MJFHN[以分子标记筛选U2? 序列差异较大而又不影响后代育性的材料作为亲本F用具有多态性的分子标记#双亲在等位区段表现不同的带型$检测该双亲的分离群体#如C!代群体O回交O重组自交系O加倍单倍体等$单株U2?P如是共显性标记F对同亲本V-具有相同带型的个体赋值为-F同亲本V!具有相同带型的个体赋值为GF具有V-和V!带型的杂合个体赋值为!P 如是显性标记F因E M收稿日期N !,,,:--:!"M基金项目N 烟台师范大学博士科研起动经费资助项目#!,,,-!$M作者简介N 王永飞#-"L!\$F男F山西壶关县人F副教授F博士P主要从事植物遗传育种和分子生物学研究P不能区分显带的纯合个体和杂合个体!对有谱带的个体赋值为"#$$%$&或&&%&$’!谱带缺失的赋值为(#&&或$$’)统计各带型的个体数!两点测验是否连锁) 利用*+检验时!那些两点各自独立遗传而两点同时检验时偏离孟德尔比例的位点!说明存在连锁)或从第二个标记开始!检验是否与前一个标记协同分离)因为连锁分析建立在分子标记协同分离的程度上)根据分离资料!用最大似然估计标记位点间的重组率并转换成遗传图距#,-’)最后!同时考虑多个标记基因座位的共分离!即多点分析对标记进行排列!形成线性连锁图谱)生物染色体数目是特定的!标记数较少时!其连锁群可能比染色体数目多)随标记的增加!一些标记会与几个群上的标记连锁!而把它们连成一群) 当标记足够多时!标记连锁群的数目与染色体数目越趋接近!直至相等)标记图谱应是一个饱和的连锁图谱!即在所有染色体上每间隔"./ +.个交换单位或更近就有一个标记!使任何经典基因#包括数量性状基因’都包含在分子标记内)可见!分子标记连锁图本身对植物育种没有用处!只有当它与目标性状结合起来!才能发挥作用)这就必须把分子标记连锁图谱与染色体对应!有几种方法可供选用)如果将分子标记与已知染色体的同工酶标记%形态标记同时作图!根据分子标记与它们的连锁!很容易得到分子标记连锁的对应染色体)利用非整倍体如缺体%单体%三体或易位系%代换系等材料!也将分子标记连锁群与特定染色体对应常用的方法)如初级三体的染色体有(条!是正常+条染色体的"01倍!标记信号强度#如23456自显影强度’在三体上是二体上的"01倍)如水稻已获得全套初级三体!用连锁图谱上的某一分子标记探针同时与"+种三体78$ 杂交!比较"+种三体杂交带的强弱!此标记就位于信号较强的那个三体染色体上)此外!当原位杂交的灵敏度可以达到揭示单拷贝序列的杂交位点时!也可采用原位分子杂交将分子连锁图与染色体对应)此外!近年来利用分子标记在进行染色体物理图谱的构建%物理图谱与遗传图谱的比较%染色体不同部分的遗传重组值的差异等研究方面!也均取得了较大的进展)+ 应用分子标记定位基因基因定位就是将具有某一表型性状的基因定位于分子标记连锁图中!实现分子连锁图与经典连锁图的整合)+0" 质量性状基因的定位质量性状常由单个或几个基因控制!如果实的形状%色泽等)由于这些性状只受单基因控制!所以利用分子标记来定位%识别目标基因!及对具目标性状的植株进行直观的选择相对比较简单) 只要寻找与该目标基因紧密连锁的分子标记即可) 而且连锁的紧密程度越高!结果就越可靠)若已知该性状所属的染色体!则选择该染色体上的分子标记筛选)若该性状所属染色体未知!则从所有染色体上每隔一定距离!均匀抽取分子标记筛选)用这些在相对性状中表现差异的分子标记检测3+或其他作图分离群体单株78$!记载各带型个体数) 按上述作图统计方法!分析标记与目标性状的分离!计算重组值%图距并确定顺序)寻找与目标性状连锁的分子标记的有效方法可通过近等基因系#89&:;6<=9>;,?;>96!8@4’ABC)8@4是指通过多次回交筛选得到的%品系间差异主要在于某一目标性状的品系)由于基因连锁的结果!在回交导入目标性状基因的同时!与目标基因连锁的染色体片段也随之进入回交子代中)这种现象称为D连锁累赘E#4;>F&=9G:&==;>=’)经多代回交后得到的是除目标基因及其邻近区域外!已失去了供体其它基因型的品系!这个品系与轮回亲本就构成了一对近等基因系) 理论上!除了目标基因及邻近区不同外!其他区段应完全一致)近等基因系定位的原理正是鉴别和导入与目标基因连锁的分子标记)如果在近等基因系中检测出多态性!差异就必定在目标基因及邻近区域中) 找到的标记在这个范围内与目标基因连锁) 由于每个标记#如每个探针%引物对或随机引物’至多只分析供体亲本#HII9:9:J&:9>K!H5’%近等基因系和轮回亲本#29,L::9>KJ&:9>K!25’(个样品!与目标基因连锁的分子标记应在H5和8@4间带型一致!而在8@4和25间不同)因而每次可同时进行多个标记的筛选!但近等基因系的建立需多年回交!培育时间太长)在没有近等基因系可利用的情况下!集团分离分析法#ML?F9G69=:9=&>K&>&?N6;6!MO$’也是筛选多态性标记的有效方法APC) 从一对具有表型差异的亲本所产生的任何一种分离群体中!根据目标基因的表型分别选取一定量的植株!构成+个亚群或集团#如抗病群与感病群!其基因型在3+ 中抗病群22%2:!感病群为::Q在MR"中!抗病群为2:!感病群为::Q7S 中!抗病群为22!感病群为::’)将每群植株的78$ 等量混合!形成两个相对性状D基因增刊王永飞等W分子标记在植物遗传育种中的应用原理及现状 VUT池!"#$%$&’’()*因为每个+基因池!是由特定性状或基因组区域相同而其他非连锁区域完全随机的同类个体组成,所以在每个群体内,不管其他性状"基因)如何,在目标基因表型是一致的,而在两群间表型相反*在两类群间表现多态性的分子标记,遗传上与构建该类群所用性状基因座位相连锁* 当用双亲和两+基因池!作-./01分析时,表现多态性的针应是抗病集团与抗病亲本同带,感病集团与感病亲本同带*但在.2选择抗病单株时,因表型上不能区分纯合和杂合抗性单株,有可能选了杂合抗性个体进入+基因池!*此时,抗病集团可能有一条同感病集团的弱出现*当用-3041作分析,如标记与抗病基因处于相引相时,表现多态性的引物应是抗病集团与抗病亲本显相同带型,感病集团与感病亲本为零带型*如标记与抗病基因处于相斥相时,在无杂合抗病个体入选时,抗病集团与抗病亲本为零带型,感病集团与感病亲本显相同带型* 而在有杂合抗病个体入选时,他们均显感病样本带型,无法筛选* 此外,如在两集团中,分别混有性状基因与标记的交换型个体"在表型上难以区分)时,无论哪种筛选方法,两集团间均显相同带型,即使用有差异的探针或引物进行筛选,也鉴别不出来* 在组建集团时,个体越多,交换型个体混入的机会越大,会对探针或引物的筛选带来干扰* 用.5家系或对.2测交,鉴定.2 单株,组建集团时,剔去杂合体,使筛选更为可靠*总的看来,这种方法应用于-3041较-./01更方便,也较常规的-3041更有效6准确*它排除了环境及个体因素的影响,并让研究者把目标集中在植物基因组的特定区域*272 数量性状基因的定位作物许多重要的经济性状是受微效多基因控制的数量性状*89年代以前,数量遗传学家曾用经典的形态学和细胞学标记法来研究与标记相连锁的个别数量性状,试图定位数量性状基因":;<%=>=<=>?$ =@<>=(’A;1,:B/)*但由于这些标记数量太少以及技术上的局限性,极大地限制了对数量性状基因位点的深入研究*4C3 分子标记的建立和发展,使植物:B/作图及其定位方法进展很快,现已在番茄6玉米6水稻6大白菜等29多种作物上绘出D99多个数量性状的:B/图谱EFG*:B/定位法主要有以下几种*2727D 单标记定位法单标记定位法是利用线性回归原理,通过比较各标记基因型的量性状观测值的差异来定位:B/,并估计其效应的法*例如,设某一分子标记座位有两等位基因H 和I,某一数量性状基因座位有两个等位基因: 和J,两位点连锁遗传,交换值为K,两亲本基因型分别为HH::和HH:J,IIJJ*.D为HI:J,.D 形成H:,I:,H&,I&L种配子*雌雄结合产生DM个个体,共F种基NHH::,HHJJ,HI::,HI:J,HIJJ, II::,II:J和IIJJ* 分子标记HH,HI,II通过共显性标记"如-./01检测)加以区别,它们对应的数量性状可以度量*按分子标记将同标记的个体分为一组,可分成5组NHH 组6HI 组和II组*分别令这5组的数量性状平均值为OD,O2和O5,如ODP O2PO5,说明分子标记与:B/独立遗传,此时QP 97R*如5组数量性状平均值不等,OD,O2和O5作S测验,检测差异显著性,就可判断分子标记与:B/是否连锁ED9G* 但用单个标记研究:B/时,受遗传重组影响较大*如:B/与标记相距较远时,易因遗传重组失去连锁* 且两自交系在该位点为纯合基因或两亲本的:B/不同,但对该性状的作用相同时,可能根本检测不到某些实际存在的:B/,往往低估实际:B/数目*此外该法还存在以下不足之处NT不能估计:B/的确切位置UV不能确定标记是和一个还是多个:B/连锁UW:B/效应估计值偏低UX 检测:B/需要较多的个体,其效率较低*27272 区间作图法/<%Y$(和Z’=1=$>%EDDG针对单标记定位法的不足提出了区间作图法"[%=$@?<(I<&&>%\),它利用染色体上D个:B/两侧的各D对标记,建立个体数量性状观察值对双侧标记基因型指示变量的线性回归关系,以分离检验统计量中重组率和:B/效应* 统计原理是对基因组上两邻近分子标记间,按一定遗传距离的片段逐一分析*T按极大似然法计算表型效应的估计值UV 计算存在:B/时出现观察值的概率与无:B/时出现观察值的概率比"]YY@<=>’),用/]4 值"概率比以D9为底的对数)作为衡量:B/存在的尺度*这样检验同时用到了两个标记提供的信息,可将:B/ 与-./01之间重组类型鉴别出来,从而使检验灵敏度大大提高* 由于该方法假定一条染色体上只存在一个效应较大的:B/,而当一条染色体上存在2个或多个效应近似的:B/时,区间作图法难以逐一分辩:B/的效应,致使:B/定位不准确甚至有误*27275 复合区间作图法"^’I&’1>=$>%=$@?<(I<&_&>%\) 为了克服区间作图法的上述缺陷以及能利用多个遗传标记的信息,‘$%\ED2G提出了复合区间作cba 西北农林科技大学学报"自然科学版) 第 2F卷图法!以提高多个连锁"#$的辨别能力及其相应位置和效应估计的准确性%&’()认为!由于染色体的结构是线性的!当不存在连锁干扰和基因互作时! 一个标记基因型值的偏回归系数只受与其相邻区间内的基因的影响!与其它区域内的基因无关%虽然连锁干扰和基因互作可能存在!并且对作图有影响!但这种影响较小% 在此基础上!&’()将多元回归分析引入了区间作图法!实现了同时利用多个遗传标记的信息对基因组的多个区间进行多个"#$的同步检验%该法能减少剩余方法!提高"#$的发现率!并可降低测验统计量的显著水平%单标记定位虽难以精确标定"#$位置!但其发现能力仍可能是最高的%*种方法的同一性是主要的!方法间变异大多小于方法内变异% 在构建"#$图谱时!应同时使用几种方法!并优先标定共同发现的"#$!并可合并估计"#$的效应%* 分子标记在种质资源研究上的应用种质资源是发展农业生产和开展育种工作的物质基础% 种质资源的研究工作包括搜集+保存+鉴定和利用等一系列工作%分子标记在种质资源的鉴定+保存和利用研究中主要有以下几方面的用途,- 绘制品种.品系/的指纹图谱.01()’2321(41()/56 种质资源的遗传多样性及分类研究57 种质资源的鉴定和选择%*89 绘制品种.品系/的指纹图谱指纹图谱是鉴别品种+品系.含杂交亲本+自交系/的有力工具%它具有迅速.数小时至数天/+准确等优点%在目前市场经济迅速发展的形势下!指纹图谱技术在检测良种质量.真伪+纯度/!防止伪劣种子流入市场!保护我国名+优+特种质及育种品种的知识产权和育种家们的权益等方面!均具有重大意义%指纹图谱技术主要应满足两方面的要求%第一是分辨率高!多态性强5第二是重复性要强!即稳定可靠%作物品种指纹图谱目前主要有两种类型!一类是蛋白质电泳指纹图谱!其中包括同工酶和贮藏蛋白.如谷蛋白+醇溶蛋白/%这类指纹图谱在:;年代以前研究较多!目前仍不失其利用价值%另一类是<=> 指纹图谱!该项技术主要是:;年代之后发展起来的% 当前用来作<=> 指纹图谱的标记主要有?0$@A+小卫星<=>+微卫星<=>+>0$@A及?>@<A等% <=> 指纹的应用主要表现在以下几个面,-品种鉴定和种子纯度鉴定%借助<=> 指纹可精确地进行品种鉴定!尤其适于品种间有遗传差异而品种内一致的分析材料%例如无性繁殖的大多数果树的品种鉴定!即使是关系密切的品种也易借助<=> 指纹将其区别开来B9*C%6 知识产权保护%尽管目前国内尚未有此方面的报道!但D@EF.世界植物品种保护联盟/已将其列为鉴定植物品种真伪的手段!且已得到育种者们的共识!可能在不久的将来!指纹图谱会充分应用于品种产权保护中去%7种质资源的筛选和保存% 指纹技术在筛选和保存种质材料及保证遗传类型多样性等方面可能起重要作用%在资源保存方面!通过指纹图谱进行资源鉴别!可以避免在资源保存中经常发生的重复+混淆!避免同名异物和同物异名等现象%*8G 种质资源的遗传多样性及分类研究分子标记是检测种质资源遗传多样性.H’(’41I J1K’2A14L/的有效工具!目前主要用于以下M方面的研究,- 研究种质资源考察时取样量的大小+取样点的选择56 保护种质资源遗传完整性的最小繁种群体和最小繁种量的确定57 核心种质.NO2’IOPP’IQ41O(/筛选5R种质资源.含亲本材料/的分类%目前有关此类研究已有不少报道!并在某些方面取得了新的进展%*8G89 种质资源遗传多样性的评价种质资源是农作物育种的物质基础!对种质资源的可用性评价又是合理利用种质资源的前提% 经典的种质资源评价主要是依据对表型性状的观察进行的% 对质量性状而言!依据表型性状观察比较容易选到具有目标性状的单株或群体%而作物的许多重要农艺性状是由多基因控制的数量性状!改良数量性状而利用的种质一般不是单株!而往往是群体%描述群体特征常用性状平均数+方差+变异系数等指标作遗传多样性分析%分子标记特别是共显性分子标记!可以揭示整个基因组的变异!并分离出各种等位基因!从而可以计算群体中某位点等位基因数+多态位点比例.多态位点是指具有G个以上等位基因+且每个等位基因频率小于或等于;8::的位点% 测定的全部位点中!多态位点所占的比例称为多态位点比例/+等位基因平均数.等位基因总数与位点数之比/+杂合度X!YX为群体中某位点第X等位基因的频率!W为该位点等位基因目/+平均杂合度.\: 分子标记在追踪育种过程上的应用杂交育种是品种改良的最重要方法之一"杂交育种的过程!从理论上讲!双亲遗传物质的交换与重组是其基础"但在实践中一直缺乏直接了解这一过程的有效手段!因而大大限制了选育品种的效率和对杂交育种的深刻理解" 陈绍江等;%<=用5,738技术对大豆育种过程亲子遗传关系进行了研究" 他们以组合:<<%/中)&的亲本及其育成品系.)#.%为材料进行5,738分析!发现双亲在遗传上有较大差异!母本#父本分别有)(!+条特征带!其在子代能够重组!从而.)#.% 均具有双亲5,738标记的特征?但经多代选择!双亲5,738特征在育成的子代品系中的分布是不均衡的!.)更多地继承了母本:<<%/的绝大部分5,738特征!遗传上更近于母本!.% 则表现出倾向于父本" 这一结果与田间观察结果基本一致!说明利用分子标记追踪育种过程#探讨亲子遗传关系是可行的"& 分子标记在植物遗传育种中的应用前景分子标记为植物遗传育种开创了新的途径"它在基因组图谱构建#基因定位#辅助选择#种质资源评价#基因克隆#杂种优势预测!杂交育种及跟踪育种过程等方面已显示出非常诱人的前景!但要将分子标记广泛而深入地应用到遗传育种的各个领域!还应注意以下几个方面@A 寻找新型的分子标记?B简化分子标记技术!降低成本!实现检测过程的自动化?C改进分析基因组的方法和技术"相信随着分子标记技术的日臻完善!分子标记必将在植物育种中发挥越来越重要的作用";参考文献=; )= 沈法富!刘风珍!于元杰D分子标记在植物遗传育种中的应用;E=D山东农业大学学报!)&&F!%:1)2@:(G&)D;%= 贾继增D分子标记种质资源鉴定和分子标记育种;E=D中国农业科学!)&&+!%&1/2@)G)<D;(= 周奕华!陈正华D分子标记在植物学中的应用及前景;E=D武汉植物学研究!)&&&!)F1)2@F0G:+D;/= F/)D;0= 刘勋甲!尹艳!郑用琏D分子标记在农作物遗传育种中的运用及原理;E=D湖北农业科学!)&&:!1)2@%FG(%D;+= 张德水!陈受宜D34,分子标记#基因作图及其在植物遗传育种上的应用;E=D生物技术通报!)&&:!102@)0G%%D&:(%D;&= 冯宗云!荀琳!何萍!等D34,分子标记与作物量性状改良;E=D 西南农业学报!)&&:!))1增刊2@+FGF%Dmml 西北农林科技大学学报1自然科学版2 第 %&卷。
植物学中的分子标记技术及其在新品种选育中的应用
植物学中的分子标记技术及其在新品种选育中的应用一、引言植物育种是种子工业的重要部分，通过选择优良的品种来改善植物物种的性状，以适应不断变化的环境和市场需求。
然而，这一过程需要长期的精心筛选和育种设计，通常需要十年甚至更长时间。
为了加速育种进程，利用分子标记技术进行新品种选育已经成为了一种可行的选择。
二、分子标记技术1.基础知识分子标记是指可以在植物的DNA序列上特异地识别出某些区域，从而在需要的地方插入一个标记的技术。
分子标记可以嵌入到复杂的DNA序列中，成为一个容易检测的标记。
分子标记根据其类型和位置可以分为多种形式，如：电泳分子标记、PCR分子标记、核酸序列标记、序列标记和SNP标记等。
2.技术应用分子标记技术被广泛应用于新品种选育过程中。
其主要应用包括：(1)繁殖上的选择：利用特定的分子标记可以判定材料的遗传状况，优选选择优良材料进行选育；(2)品种鉴定：通过检测植物的老化性状，核酸序列和基因芯片，判定其真伪和物种类型；(3)人工杂交及杂种后代筛选：通过分子标记技术，可以快速鉴定新型杂交品种的基因亲缘关系，为繁殖和选择奠定基础。
三、分子标记技术在植物新品种选育中的应用1.杂交育种的应用杂交育种是培育植物新品种的一种主要方法。
通常，杂交育种需要配对双亲进行杂交，从而创建与父本之间具有特定遗传特征的后代。
不过，这个过程很容易出现不良杂种后代，使得选育时间被推迟或者失败。
分子标记技术可以解决这个问题。
在选育过程中，利用分子标记技术可以快速筛选出优良的后代，加速育种进程。
2.温室培育的应用温室培育是培育新品种的另一种主要方法。
温室环境的控制使得植物的生长环境更加稳定，可以加速植物的生长速度和增加产出。
然而，受限于环境因素，植物的生长速度还是比较慢的。
分子标记技术可以在温室环境中提高植物的生长速度和质量。
通过检测植物DNA上的分子标记，可以在温室环境下快速筛选出具有高产量和适应性的新品种，为新品种育种提供基础素材。
植物遗传学的进展及其在育种中的应用
植物遗传学的进展及其在育种中的应用植物遗传学是研究植物遗传变异及其遗传规律的学科。
随着科学技术的不断进步，植物遗传学在育种中的应用也取得了可观的进展。
本文将探讨植物遗传学的发展以及它在育种中的应用。
一、植物遗传学的发展植物遗传学是对植物基因组、基因传递和基因表达的研究。
随着分子生物学、生物信息学和基因工程等领域的迅速发展，植物遗传学在过去几十年里取得了重大的突破。
1.1 分子标记技术的应用。
分子标记技术是植物遗传学中一项重要的技术手段，主要包括随机扩增多态性DNA (RAPD)、限制性片段长度多态性(RFLP)、序列相关的序列标记(SSR)和单核苷酸多态性(SNP)等。
这些分子标记技术使得科学家能够准确、快速地进行遗传信息的分析和遗传图谱的构建，有助于揭示植物基因的组成和功能。
1.2 基因编辑技术的突破。
CRISPR-Cas9 基因编辑技术的发展为植物遗传学研究带来了革命性的突破。
通过利用 CRISPR-Cas9 系统，研究人员可以精确地修饰植物基因组中的目标基因，实现高效的基因突变和基因功能研究。
这一技术的应用为植物育种提供了新的途径和手段。
1.3 基因组学的发展。
随着基因组测序技术的迅猛发展，植物遗传学研究进入了基因组时代。
很多植物基因组的测序工作已经完成，这为研究植物种质资源、基因家族和基因功能等提供了便利。
同时，全基因组关联分析(GWAS)等方法的应用也加速了植物遗传学的发展。
二、植物遗传学在育种中的应用植物遗传学在育种中的应用已经取得了显著的进展。
通过遗传改良，培育出具有优良经济性状的新品种，提高了农作物的产量和质量，为农业发展做出了巨大贡献。
2.1 高产优质品种的培育。
利用遗传学的手段，通过选择或者育种创新，培育高产、抗病虫害及逆境胁迫的新品种，可以为解决粮食安全和农业可持续发展提供重要支撑。
比如，通过综合利用遗传标记、遗传制图和分子标记辅助选择等技术手段，可以加快选育速度，提高育种效率。
DNA技术在植物遗传育种中的应用
DNA技术在植物遗传育种中的应用引言随着科技的发展，分子生物学和生物技术得到了长足的进展。
其中，DNA技术在植物遗传育种中的应用逐渐受到重视。
DNA技术具有高效、准确、快速、经济等优点，可以用于基因检测、基因工程、遗传改良、鉴定品种、研究亲缘关系等方面。
本文将介绍DNA技术在植物遗传育种中的应用及其意义。
一、基因检测DNA技术可以用于基因检测，即检测植物中特定基因的存在与否。
通过PCR技术扩增目标基因，并进行电泳分离，可以快速准确地检测出目标基因的存在情况。
这为育种工作提供了便利和保障。
比如，在玉米中，一种被称作“重要度1”(vgt1)基因能够控制玉米的开花时间，确定该基因在玉米杂交中的遗传方式可有效提升农作物的产量和质量，而通过PCR技术检测vgt1基因可确定杂交后代是homozygous还是heterozygous，为玉米后代的种子保存和选育提供指导。
二、基因工程DNA技术为植物基因工程技术提供了重要的支持。
通过对植物基因进行改良和转化，可以实现对植物生长、开花、果实质量、抗性、抗病性、耐盐碱性等性状的调控和增强。
将外源基因引入植物细胞中，然后通过愈伤组织诱导、转化、筛选、培育等技术，将转化后的细胞培养成相应的基因工程植物。
曾经推出的一种基因工程枸杞果树，改良其营养成分和产量水平，如果成功应用到生产实践中，将会大大推动枸杞行业的发展，提高丰产、高效、高质枸杞种植的质量。
三、遗传改良DNA技术可通过基因分型和遗传分析等方法，实现对植物品种间遗传信息的分析、评估和改良。
通常采用分子标记技术，即在基因组DNA中寻找具有多态性的DNA片段，作为标记。
根据标记的遗传规律，可以计算出品种间遗传距离，同时预测品种间的亲缘关系和遗传特性，进而选育更优秀的品种。
例如，利用RAPD分析技术，对葫芦瓜种质资源进行了遗传变异的评估，确定了优良的品种，通过杂交育种，获得了一批重要的改良品种，为葫芦瓜的生产提供了新材料。
分子生物学在植物育种中的应用
分子生物学在植物育种中的应用随着科学技术的进步，分子生物学在各个领域都得到了广泛的应用，植物育种也不例外。
分子生物学的研究方法和技术为植物育种带来了革命性的变化，使育种工作者能够更加高效地选育、改良植物，提高作物的产量、品质和抗逆性。
本文将介绍分子生物学在植物育种中的应用，并探讨其在植物育种领域的前景。
一、基因工程技术基因工程技术是分子生物学在植物育种中的一项重要应用。
通过基因工程技术，育种者可以直接将所需基因导入到植物细胞中，实现对植物遗传性状的改变。
这样一来，育种者就可以在短时间内通过转基因技术获得具有目标性状的植物，例如抗虫、抗病、耐盐碱等特性。
此外，基因工程技术还可以通过增加或减少植物中的特定基因表达来调节植物的生理代谢过程，提高植物的产量和品质。
二、分子标记辅助选择分子标记辅助选择是在植物育种中常用的一种技术，它利用分子标记与目标性状之间的关联性，实现对植物品种的筛选和选择。
分子标记可以是DNA序列的特定部分，如限制性片段长度多态性（RFLP）、随机扩增多态性DNA（RAPD）、单一碱基多态性（SNP）等。
通过检测分子标记与目标性状之间的关联性，育种者可以选择具有目标性状的植物，提高选育效率。
此外，分子标记辅助选择还可以帮助育种者进行杂交育种和重组育种，设计育种方案，提高育种效果。
三、基因组学和转录组学研究基因组学和转录组学研究是分子生物学在植物育种中的前沿领域。
通过对植物基因组的研究，可以揭示植物基因的组成、结构和调控机制，帮助育种者了解植物的遗传特性和育种潜力。
转录组学研究则可以揭示植物基因表达的模式和调控网络，帮助育种者理解植物的生长发育过程和应对外界环境变化的机制。
基因组学和转录组学的研究结果可以为育种者提供重要的理论依据和实验指导，促进植物育种的科学化和精细化。
四、CRISPR/Cas9技术CRISPR/Cas9技术是近年来兴起的一种基因编辑技术，在植物育种中具有巨大的潜力。
如何利用遗传标记技术进行植物品种鉴定和选育
如何利用遗传标记技术进行植物品种鉴定和选育遗传标记技术在植物品种鉴定和选育中的应用人工选择和培育植物品种是提高农作物产量和质量的重要手段之一，而遗传标记技术则为植物品种鉴定和选育提供了一种更为准确和高效的方法。
本文将介绍遗传标记技术的原理、常见的鉴定和选育方法，并探讨其在农业生产中的应用前景。
一、遗传标记技术的原理遗传标记技术是一种基于遗传物质中特定DNA序列的变异来进行鉴定和选择的方法。
其原理基于不同个体间的遗传差异，通过检测DNA中的特定位点，从而确定个体之间的遗传关系，并进一步对个体进行鉴定和选育。
遗传标记可分为分子标记和形态标记两种类型，分子标记以DNA序列上的遗传变异为依据，形态标记则以植物个体的形态特征为依据。
本文主要介绍基于分子标记的遗传标记技术。
二、植物品种鉴定中的遗传标记技术1. RAPD分子标记技术RAPD（Random Amplified Polymorphic DNA）是一种常用的分子标记技术，它通过PCR扩增特定位点上的DNA片段，从而区分不同个体之间的遗传差异。
该技术简便易行，无需事先了解待分析物种的基因组信息，因此在植物品种鉴定中得到广泛应用。
2. SSR分子标记技术SSR（Simple Sequence Repeat）是一种以重复单元为基础的分子标记技术，它通过PCR扩增具有特定重复序列的DNA片段，从而实现对植物品种进行鉴定。
相比于RAPD技术，SSR技术具有更高的位点稳定性和遗传信息丰富性，因此在植物品种鉴定和亲本筛选中被广泛应用。
三、植物品种选育中的遗传标记技术1. QTL定位QTL（Quantitative Trait Locus）即数量性状基因座，是影响植物数量性状的基因所在的特定位点。
通过遗传标记技术，可以对数量性状与遗传标记之间的关系进行研究，进而定位QTL，从而为植物品种的选育提供依据。
QTL定位技术在提高农作物产量、抗病虫害性等方面具有重要应用价值。
分子标记辅助选择在植物育种中的应用与前景
3 问题 3. 1 分子 标记辅助选择应注意的一些实际问题 (1)对辅助选择的性状的选择 : 应选常规育种比较费时费力 又十分重 要的目的 性状, 如, 难以 鉴定和检测 的性状、鉴定成本 很高的性状、在生长发育 后期才出现或才能检测的性状。
(2)加快基因作图的步伐: 对重要基因的分子标记作图是分 子标记辅助选择的关键之一, 因此, 要应用合适的分子标记对更 多的重要基因( 包括 QT L) 进行标记和定位。
( 上接第 350 页) 基因( QT L) 定位, 技术难度还很大, 使得科 学家 们不得不把大量的经费及精力投入在基 因定位和分子标记鉴定 等环节上, 无暇顾及分子选择过程。
( 3) 分子标记辅助选择技术体系还有待于进一步完善。对于 单个或少 数几个基 因的分子标 记辅助选 择, 现有 的分子标 记辅 助选择技术体系是有效的。但由于大多数重要性 状是多基因控 制的数量性状, 要同时选择许多基因, 现有的分子 标记辅助选择 技术体系则还难以做到。
— 352 —
bet ween elit e inbred lines and responses in hybrids. Pr oc. 46th Annual Cor nand Sor ghum Industr y Resear ch Conf. , America n Seed Tr ade Association, 1991, 46: 104- 113.
( 1) 基因定位研究与育种程序 相脱节。绝大多数的研究者只 把工作目标 确定在鉴定 和定位重 要的基因上, 在设 计研究方案 时, 选材上往往只考虑基 因定位的便利而不考虑育种的需要, 因 此, 在完成目标基因的定 位时, 并不能直接应用于育种。
(2)基因定位和分子 标记分 析在实 用性和 成本方面 还有待 进一步改进。对于质量性状的基因定位, 技术上是成熟的, 但仍 是个耗资费力的过程。对于数量性状的( 下转第 352 页)
分子生物学技术在育种中的应用
分子生物学技术在育种中的应用随着人类对农业生产的要求越来越高，育种技术也逐步得到了广泛应用。
分子生物学技术作为一种新兴的技术手段，已经成功地应用于育种领域，如品种评价、基因克隆、基因工程等。
这篇文章就会从分子生物学技术在育种中的应用、育种中的分子标记技术、基因工程在育种中的应用等来进行探讨。
一、分子生物学技术在育种中的应用分子生物学技术包含了基因分析、基因克隆、基因工程等多个方面。
它们在育种中的应用非常广泛，以基因分析和基因克隆在育种中的应用为例，它们在不同的领域中都有着广泛的应用。
基因分析是利用现代分子生物学技术，研究生物体中的基因信息，包括基因组分析、表达分析和功能分析。
它可以揭示物种遗传信息、生命过程和相互作用的细节，对于育种人员挖掘新的优良基因，提高育种的效率和成功率等方面都有着非常重要的作用。
利用基因分析技术可以对目标基因进行鉴定，从而在重点育种过程中减少时间和费用的浪费，提高育种的准确性和效率。
另外，分子生物学技术还可以通过分析生物体的基因表达情况，了解基因的功能、调控机制和代谢途径等，为深入挖掘品种的优异性提供了技术支持。
二、育种中的分子标记技术育种中的分子标记技术是利用人工合成的DNA（脱氧核糖核酸）序列，对物种内部的个体、族群和种群进行鉴别定位、分类检测和遗传分析的一种新技术。
它不仅可以帮助育种人员更好地选择和筛选适宜育种的样本，还可以了解育种的遗传结构和遗传多样性，启发育种人员从多方面和多角度考虑优化方案，优化生产模式，以达到更优的育种结果和更高的产量。
分子标记技术的种类非常多，但最常用的包含简单重复序列、RFLP（限制性片段长度多态性）和SSR（简单序列重复）等。
其中，RFLP技术的操作繁琐，数据处理困难，而SSR标记技术在样本量不多时更为适用，其次是AFLP（扩增性片段长度多态性）技术，常用于检测物种整体DNA亲缘关系模式。
分子标记技术的应用对于育种有着非常重要的意义。
一方面，可以使用分子标记技术对育种中产生的新品种进行评价和筛选；另一方面，利用分子标记技术可以有效实施父本和母本的配合性能控制以及新品种组合的选定，从而大大提高育种效率和成功率。
分子标记辅助选择在植物育种中的应用与前景
3 问题 3. 1 分子 标记辅助选择应注意的一些实际问题 (1)对辅助选择的性状的选择 : 应选常规育种比较费时费力 又十分重 要的目的 性状, 如, 难以 鉴定和检测 的性状、鉴定成本 很高的性状、在生长发育 后期才出现或才能检测的性状。
(2)加快基因作图的步伐: 对重要基因的分子标记作图是分 子标记辅助选择的关键之一, 因此, 要应用合适的分子标记对更 多的重要基因( 包括 QT L) 进行标记和定位。
(3)基因作图和辅助选择策略 的选择: 在育种群体内定位目 的基因, 使基因作图 和辅助选择 同步进行。T anksley & Nelson ( 1996) 提出 了高回交世 代 QTL 分析( 一种把 QT L 分析 和育种 结合起来的方法) [ 5] 。这种方法尤其适合于把外源基因从不适应 的种质中转移到优良品种中, 在西红柿上得到多次应用[6～8] 。
4. 3 使用自动化批处理命令 自动化批处理命令可以对文件夹或 子文件夹中的所有图像 文件进行播放动作。主要用于对多个图像文件进行相同操作, 从 而简化繁重的重复性工作。 首先将需要 处理 的图 像文 件放 至同 一文 件夹 ( 源文 件夹) 中, 并新建一个文件夹( 目标文件夹) 用于存放目标文件。打开动 作 调板, 选 择相应 的动 作; 执行菜 单“文件/ 自动/ 批处 理… ”命 令, 打 开“批处 理”对话框, 将 “源”设置 为“文件 夹”, 并单 击“选 取”浏览选取 源文 件夹; 再将 “目的”设 置为 “文 件夹 ”, 单 击“选 取 ”浏览选 取目标文 件夹; 单击 “好 ”按 钮, Photoshop 即 可自 动 完成批处理工作。
临汾职业技术学院 万 丽
[ 摘 要] 植物分子育种包括分子标记辅助 选择( MAS) 和 利用基因工程育种。选择是指在一个群体中选择符合需要的 基因型, 它是育种中最重要的环节之一。传统育种是从表现型推断基因型。表现型选择对寡基因控制的质量性状较为 有效, 而对多基因控制的数量性状则效率不高。随着基因相关研究的深入, 分子标记辅助选择技术为实现对基因型的 直接选择提供了可能。本文阐述了 MAS 的应用研究, 讨论了 MAS 存在的问题、发展前景和展望。 [ 关键词] 分子标记辅助选择( MAS) 分子标350 页) 基因( QT L) 定位, 技术难度还很大, 使得科 学家 们不得不把大量的经费及精力投入在基 因定位和分子标记鉴定 等环节上, 无暇顾及分子选择过程。
分子标记及其在植物遗传育种中的应用优秀课件
同位素或非放射标记（如地高辛等）的探针杂交
胶片放射自显影，显示酶切片段大小
酶切—电泳—印迹
酶切：3-5ug DNA，以10U内切酶酶切5小时 电泳：0.6-0.8%琼脂糖胶70V电泳16小时 染色：EtBr染色20分钟 变性：0.25M HCl 20分钟，抽真空，水冼 印迹：加入0.4N NaOH，进行Southern 印迹 冲洗：以2×SSC 冼胶，风干
机排列的寡核苷酸序列，非定点地扩 增基因组DNA，然后电泳分开扩增片 段。
Polymerase Chain Reaction-PCR
Target DNA sequence
5'
GCTCGC
3'
CGAGCG
denature @ 95˚ C
AGTACT 3' TCATGA 5'
5'
GCTCGC
3'
CGGCATCGGCCG
随着分带、细胞原位杂交等研究技术的发展， 可在染色体水平揭示更多遗传变异。
❖ 特点：直观、快速而经济，但变异十分有限， 当染色体数目形态相似时难以分辨。
生化标记——贮藏蛋白和同工酶
贮藏蛋白 • 同工酶 ❖ 特点：经济、方便、成本较低 ❖ 结构基因表达产物，对非结构基因无能
为力；所检测位点只是基因组一部分； 数量有限，有时受发育时期和环境影响。
—放射自显影
将洗脱好的杂交膜置于增感屏上, 于暗室 中将 X-光片放于杂交膜上， 再放上另一 张增感屏，装人暗袋，并用夹板夹好。置70℃超低温冰箱中曝光10天左右。 使用磷屏仪，操作更方便。
RFLP探针
来源：cDNA探针与基因组DNA（gDNA）探 针
cDNA探针:保守性较强，探针检测的多态性频 率较低。
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。
植物的生命密码DNA的结构与功能
植物的生命密码DNA的结构与功能DNA（脱氧核糖核酸）是构成植物细胞的生命密码，它的结构和功能在植物的生态系统中起着重要的作用。
本文将探讨DNA的结构与功能以及其在植物中的应用。
一、DNA的结构DNA是由四种碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和鸟嘌呤）组成的双螺旋结构，这种结构被称为DNA双螺旋结构。
DNA双螺旋结构由两条互补的链组成，通过碱基间的氢键连接在一起。
这两条链呈反向对称排列，并且通过碱基配对规则（腺嘌呤与胞嘧啶之间形成两个氢键，鸟嘌呤与鸟嘌呤之间形成三个氢键）稳定地结合在一起。
这种结构具有高度的稳定性和可重复性。
二、DNA的功能1. 遗传信息的传递DNA是植物细胞中存储遗传信息的分子。
在细胞分裂过程中，DNA通过复制能够准确地传递遗传信息给下一代细胞。
每一条DNA 链都可以作为模板合成两条新的DNA链，确保遗传信息的准确复制和传递。
这种DNA复制的过程是生命传承的基础，保证了植物种群的遗传稳定性。
2. 蛋白质的合成DNA中的基因包含了指导蛋白质合成的信息。
在转录过程中，DNA的信息通过转录酶转录为信使RNA（mRNA），然后mRNA通过翻译过程转化为蛋白质。
蛋白质是植物体内各种功能和生理过程的执行者，包括植物的生长发育、光合作用以及抗逆性等。
因此，DNA 在植物体内起着指导蛋白质合成的重要作用。
3. 进化和遗传多样性DNA的结构和功能决定了植物的遗传多样性。
在自然选择和突变等机制的作用下，DNA的改变会引起植物个体或种群的遗传变异。
这些遗传变异通过基因重组和基因流动等方式传递给后代，进一步促进了进化过程和生物多样性的形成。
三、DNA在植物中的应用1. 基因工程基因工程技术利用DNA的结构与功能来改变植物的遗传性状。
通过DNA重组技术，科学家可以将具有特定功能的基因导入植物中，使植物获得新的性状或增加特定的抗性。
例如，转基因作物具有抗虫、抗病和耐逆等特性，极大地提高了农作物的产量和品质。
2. DNA指纹鉴定DNA指纹鉴定是通过分析DNA序列的差异来确定个体身份或亲缘关系的技术。
分子标记及其在植物遗传育种中的应用
Step1 Step2 Step3 Step4 Step5 Step6
95℃ 2分钟 95℃ 15秒 36℃ 30秒 72℃ 45秒 GOTO Step2 46循环
72℃ 5分钟
主要特点
• 无需杂交，设计引物也无须知道序列信息； • DNA需要量少，引物便宜，成本较低； • 技术简便，操作方便、快速，不涉及分子杂
如SSR、STS等
植物遗传研究中常用的分子标记
RFLP — Restriction Fragment Length Polymorphism
RAPD—Random Amplified Polymorphic DNAs (DAF, AP-PCR)
SSR —Simple Sequence Repeat AFLP —Amplified Fragment Length
交和放射性自显影等技术。 • 不同物种间引物通用； ❖ 缺点：大多显性遗传，不能鉴别杂合和纯合
子；实验重复性较差，结果可靠性较低。
DAF (DNA amplification fingerprinting)：
与RAPD不同的是: 引物浓度更高，引物长度更短（一般5－8
个碱基），且往往用聚丙烯酰胺凝胶电泳， 通常会产生非常复杂的带型，谱带信息比 RAPDs大得多。 （Caetano-Anolles等，1990）
分子标记及其在植物 遗传育种中的应用
生化标记——贮藏蛋白和同工酶
贮藏蛋白 • 同工酶 ❖ 特点：经济、方便、成本较低 ❖ 结构基因表达产物，对非结构基因无能
为力；所检测位点只是基因组一部分； 数量有限，有时受发育时期和环境影响。
分子标记
本质是以核苷酸序列作为标记，一般特点： （1）不受季节、环境、基因表达与否的限制； （2）多态性高，存在着丰富的等位变异； （3）数量丰富，多态性遍及整个基因组； （4）表现为“中性”，不影响目标性状的表达，
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dna分子标记技术及其在植物育种中的应用
DNA分子标记技术是一项挖掘植物DNA组的分子先导技术，它大
大提高了植物育种的效率。
该技术可以快速辨别特定品种的遗传信息，为植物育种和改良提供精确有效的工具。
DNA分子标记技术是由扩增子链式反应（PCR）和后续诸多分析技术（如电泳分析、杂交分析、SNP分析等）构成的。
PCR 可以用来检测和分析特定 DNA 的序列，它可以将一个极小的 DNA 方面成期，从而
使植物育种避免复杂和费时的繁殖过程。
这种技术还可以跨区域筛选
具有抗逆性的基因，从而获得超高产的品种，提高植物适应恶劣环境
的能力。
借助DNA分子标记技术，植物育种者可以快速准确的筛选目标遗
传特性，优化作物基因池，缩短作物改良的周期，从而实现作物质量
和产量的提升，满足社会逐渐增长的作物需求。