遗传标记在植物遗传育种中的应用
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主要包括染色体的数目与形态结构特征两大方面的内容。 染色体的数目包括染色体的基数、多倍体、非整倍体、 超数染 色体(B染色体,是存在于许多有机体中的额外染色体及染色体断 片)。染色体的形态主要包括染色体的绝对大小和相对大小、着 丝点和次缢痕以及随体的数目和位置等特征。
核型分析：核型分析就是指对核型的各种特征进行定 量和定性的表述。核型分析是分析染色体数目和结构 变异的基本手段之一。它在杂种细胞的染色体研究和 基因定位，单个染色体的识别等方面具有重要意义。
64.0 披针型
较大 有或无
张开
95.3 较大 红色 宽齿长
181.8
粉红色,基部有红斑 小
黄色 较少
(AD)1(无) 粗
少而长
0 5裂 大 绿 少而短 长 披针型
0 宽心脏型
大 有 紧抱
0 大 黄绿 宽有齿
0
乳白色,基部无红斑 较大
乳白色 多
(AD)1×(A2G1) 较粗
多而长
66.4
卵圆裂叶 较大 灰绿
人类染色体核型分析（Q带）
女
男
与形态标记相比，细胞学标记的优点是能进行一 些重要基因的染色体或染色体区域定位。但细胞学标 记材料需要花费较大的人力和较长时间来培育，难度 很大；同时某些物种对染色体变异反应敏感；还有些 变异难以用细胞学方法进行检测。因此到目前为止， 真正应用于作物遗传育种研究中的细胞学标记还很少。
polymerase)
Modifying Thermal Cycling
四、分子标记
以DNA多态性为基础的遗传标记。
分子标记的特点
1.直接以DNA的形式表现，表现稳定。 2.数量多。 3.多态性高。 4.表现为中性，不影响目标性状的表达。 5.许多标记表现为共显性的特点，能区别纯合体和杂合体。 6.成本不太高。
分子标记的类型及原理
1. 以分子杂交为基础的DNA标记技术。限制性片段长度多态性 （Restriction fragment length polymorphisms， RFLP），可 变数目串联重复序列（Variable number of tandem repeats， VNTR），原位杂交（in situ hybridization，ISH） 2. 以PCR为核心的分子标记技术。RAPD、SSR、STS。 3. 新型的分子标记。SNP、Indel等。
Temperature
PCR
100
Melting
94 oC
50
0
Time
3’
5’
5’
3’
Temperature
PCR
100
Melting
94 oC
50
0
Time
3’
5’
Heat
5’
3’
Temperature
PCR
100
Melting
Melting
94 oC
Annealing Extension 94 oC Primers 72 oC
蚕豆的核型分析
2n=12， 染色体长度：大小 臂比：大小
核型分析内容:
1.染色体的数目 2.染色体的形态
核型分析的应用:
1. 植物的分类研究 2. 探讨物种的起源 3. 外源染色体的检测与验证杂种的真实性
（2）带型
特殊的染料、染色方法，使同一染色 体的不同区段呈现不同的染色效果－带型， 各种分带技术C、G、Q、R、N的出现，为 染色体的精确鉴别提供了一条崭新的途径。
part of the template DNA
4. dNTPs
4. dNTPs
5. Taq DNA Polymerase (or 5. Taq DNA Polymerase (or another
another thermally stable thermally stable DNA
DNA polymerase)
2. Template DNA
2. Template DNA
3. 2 Primers that flank the 3. 1 short primer (10 bases)not
fragment of DNA to be
known to anneal to any specific
amplified
Williams et al. (1990) developed Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD) a technique using very short 10 base primers to generate random fragments from template DNAs。
50
50 oC
3’ 5’ 5’
0
5’
5’ 3’
Time
5’
Heat
5’
5’
Heat
5’
Temperature
PCR
100
Melting
Melting 30x
94 oC
Annealing Extension 94 oC Primers 72 oC
50
50 oC
3’ 5’ 5’
0
5’
5’ 3’
Time
原位杂交
Temperatur e
PCR
100
Melting
30x
Melting
94 oC
Extension 94 oC
Annealing 72 oC Primers
50
50 oC
0
3’
Time 3’ 5’
3’
5’
5’
3’
5’
5’ 5’
3’
5’
5’
3’
5’
5’
3’
5’
5’
3’
5’
3’
5’
5’
5’ 3’
一、形态标记
即植物的外部形态特征。主要包括肉眼可见的 外部特征，如：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。
优点：形态标记简单直观、经济方便。 缺点:(1)数量在多数植物中是很有限的。
(2) 表现易受环境影响。 (3)有一些标记与不良性状连锁。 (4)形态标记的获得需要通过诱变、分离纯 合的过程，周期较长。 形态标记在作物遗传育种中的作用是有限的。
通过PCR扩增染色体组 DNA所获得的长度不同的多 态性DNA片段。随机排列的 寡聚脱氧核苷酸单链引物 （ 10个核苷酸）。
History
Shortly after Kary Mullis invented the Polymerase Chain Reaction (PCR) it was realized that short primers would bind to several locations in a genome and thus could produce multiple fragments。
5’ 5’
5’ 5’
5’ 5’
5’ 5’
Temperature
PCR
100
Melting
Melting 30x
94 oC
Annealing Extension 94 oC Primers 72 oC
50
50 oC
3’ 5’ 5’
0
5’
5’ 3’
Fragments of defined length
较多而长 长
披针型
131.0 心脏型
较大 有
张开
53.4 较大
绿 宽齿长
128.0 深粉红色, 基部有红斑
大 黄色 较少
遗传表现
近似[AD]1, A2 偏向G1
A2, G1
[AD]1, A2, G1 近似[AD]1, A2 偏向G1 偏向G1 近似[AD]1, A2 近似[AD]1, A2
G1
近似[AD]1, A2 近似[AD]1, A2 近似[AD]1, G1 偏向G1
三 、生化标记
利用电泳技术对蛋白质、酶等生物大分子进行鉴定。主要 包括同工酶和等位酶标记。 同工酶：具有功能相同而结构和理化性质不同的一类酶。 等位酶：同一基因座上的不同等位基因编码的同工酶。
种子贮藏蛋白的电泳分析已广泛用于作物品种鉴别和种子纯 度鉴定。
生化标记的优点：
1.表现近中性，对植物经济性状一般没有大的不良影响。 2.直接反映了基因产物差异，受环境影响较小。
（亚洲棉×陆地棉 ）杂种F1与其亲本的形态特征比较
器官
粗细
主
茸毛
茎
腺体
(个／cm2)
形状
大小
色泽
叶
茸毛
片
叶柄
托叶
腺体 (个／cm2)
形状
大小
苞
苞外蜜腺
叶
围铃状态
腺体 (个／cm2)
大小
色泽
萼
片
上缘形状
腺体 (个／cm2)
花冠颜色
花
大小
花药颜色
花药数
A2 较粗 少而短
272.5 5裂 较大 深绿 少而短 长 披针型
RAPD fragments can be separated and used as genetic markers or a kind of DNA fingerprint。
Techniques related to RAPD include:
– DNA Amplification Fingerprinting (DAF) - Caetano-Anolles et al. (1991) uses very short (eight nucleotide long) primers。
但目前可使用的生化标记数量还相当有限，且有 些酶的染色方法和电泳技术有一定难度，因此其实际 应用受到一定限制。
生化标记的应用
1.生化标记在品种纯度和真实性鉴定上的应用 2.生化标记在品种的亲缘关系和分类研究上的应用 3.生化标记在杂种优势的预测上的应用 4.生化标记在抗性鉴定上的应用 5.生化标记在品种鉴定上的应用
44.7 心脏型
大 无 紧抱
75.3 小 浅绿 微波状
261.7
黄色,基部有红斑 较大 黄色 较多
G1 细 多而长
90.0 卵圆 小 灰绿 多而长 短 剑状
205.0 剑状 小 有 张开
182.0 较大 浅绿 线状齿长
157.5
浅粉红,基部有红斑 小 白色 少
A2A2G1G1 较粗
多而长
110.0 3-5裂 较大 灰绿 多而长 较短 披针型
Components of a PCR and RAPD
Reactions
PCR
RAPD
1. Buffer (containing Mg++) 1. Buffer (containing Mg++) - usually
high Mg++ concentrations are used
lowering annealing stringency
– Arbitrary Primed PCR (AP-PCR) - Welsh and McClelland (1990) uses longer primers, but lowers primer annealing stringency to get priming at many sites。
50
50 oC
0
Time
3’
5’
5’
5’
5’
3’
Temperature
PCR
100
Melting
Melting 30x
94 oC
Annealing Extension 94 oC Primers 72 oC
50
50 oC
0
Time
3’
5’
He3’
Temperature
PCR
100
Melting
Melting 30x
94 oC
Annealing Extension 94 oC Primers 72 oC
50
50 oC
0
Time
3’
5’
5’
5’ 5’
5’ 5’
5’
5’
3’
Temperature
PCR
100
Melting
Melting 30x
94 oC
Annealing Extension 94 oC Primers 72 oC
A2, G1
超亲
近似[AD]1, G1
[AD]1,G1互补
A2，G1
超亲型
超亲型 偏向A2 偏向G1
二、细胞学标记
即植物细胞染色体的变异。 1.染色体数目（单体、缺体、三体、四体）
2.染色体结构（缺失、重复、倒位、易位） 核型、带型
（1）核型和核型分析
核型----体细胞染色体在光学显微镜下所有可以测定的表型特 征的总称。
遗传标记在植物遗传育种中的应用
遗传标记（genetic marker）:指可追踪染色体、染色 体某一片段、某个基因座在家系中传递的任何一种遗 传特性。它具有两个基本特征，即可遗传性和可识别 性；因此生物的任何有差异表型的基因突变型均可作 为遗传标记。
遗传标记的类型
1.形态学标记（morphological marker） 2.细胞学标记(cytological marker) 3.生化标记(biochemical marker) 4.分子标记(molecular marker)：DNA标记。
Time
5’
5’
5’ 5’
5’
5’
5’ 5’
DNA Between The Primers Doubles With Each Thermal Cycle
Number
1
2
4 8 16
32
64
0
1
23 4
5
6
Cycles
1.随机扩增多态性DNA （Random Amplification Polymorphism DNA，RAPD）
核型分析：核型分析就是指对核型的各种特征进行定 量和定性的表述。核型分析是分析染色体数目和结构 变异的基本手段之一。它在杂种细胞的染色体研究和 基因定位，单个染色体的识别等方面具有重要意义。
64.0 披针型
较大 有或无
张开
95.3 较大 红色 宽齿长
181.8
粉红色,基部有红斑 小
黄色 较少
(AD)1(无) 粗
少而长
0 5裂 大 绿 少而短 长 披针型
0 宽心脏型
大 有 紧抱
0 大 黄绿 宽有齿
0
乳白色,基部无红斑 较大
乳白色 多
(AD)1×(A2G1) 较粗
多而长
66.4
卵圆裂叶 较大 灰绿
人类染色体核型分析（Q带）
女
男
与形态标记相比，细胞学标记的优点是能进行一 些重要基因的染色体或染色体区域定位。但细胞学标 记材料需要花费较大的人力和较长时间来培育，难度 很大；同时某些物种对染色体变异反应敏感；还有些 变异难以用细胞学方法进行检测。因此到目前为止， 真正应用于作物遗传育种研究中的细胞学标记还很少。
polymerase)
Modifying Thermal Cycling
四、分子标记
以DNA多态性为基础的遗传标记。
分子标记的特点
1.直接以DNA的形式表现，表现稳定。 2.数量多。 3.多态性高。 4.表现为中性，不影响目标性状的表达。 5.许多标记表现为共显性的特点，能区别纯合体和杂合体。 6.成本不太高。
分子标记的类型及原理
1. 以分子杂交为基础的DNA标记技术。限制性片段长度多态性 （Restriction fragment length polymorphisms， RFLP），可 变数目串联重复序列（Variable number of tandem repeats， VNTR），原位杂交（in situ hybridization，ISH） 2. 以PCR为核心的分子标记技术。RAPD、SSR、STS。 3. 新型的分子标记。SNP、Indel等。
Temperature
PCR
100
Melting
94 oC
50
0
Time
3’
5’
5’
3’
Temperature
PCR
100
Melting
94 oC
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Time
3’
5’
Heat
5’
3’
Temperature
PCR
100
Melting
Melting
94 oC
Annealing Extension 94 oC Primers 72 oC
蚕豆的核型分析
2n=12， 染色体长度：大小 臂比：大小
核型分析内容:
1.染色体的数目 2.染色体的形态
核型分析的应用:
1. 植物的分类研究 2. 探讨物种的起源 3. 外源染色体的检测与验证杂种的真实性
（2）带型
特殊的染料、染色方法，使同一染色 体的不同区段呈现不同的染色效果－带型， 各种分带技术C、G、Q、R、N的出现，为 染色体的精确鉴别提供了一条崭新的途径。
part of the template DNA
4. dNTPs
4. dNTPs
5. Taq DNA Polymerase (or 5. Taq DNA Polymerase (or another
another thermally stable thermally stable DNA
DNA polymerase)
2. Template DNA
2. Template DNA
3. 2 Primers that flank the 3. 1 short primer (10 bases)not
fragment of DNA to be
known to anneal to any specific
amplified
Williams et al. (1990) developed Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD) a technique using very short 10 base primers to generate random fragments from template DNAs。
50
50 oC
3’ 5’ 5’
0
5’
5’ 3’
Time
5’
Heat
5’
5’
Heat
5’
Temperature
PCR
100
Melting
Melting 30x
94 oC
Annealing Extension 94 oC Primers 72 oC
50
50 oC
3’ 5’ 5’
0
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5’ 3’
Time
原位杂交
Temperatur e
PCR
100
Melting
30x
Melting
94 oC
Extension 94 oC
Annealing 72 oC Primers
50
50 oC
0
3’
Time 3’ 5’
3’
5’
5’
3’
5’
5’ 5’
3’
5’
5’
3’
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5’
3’
5’
5’
3’
5’
3’
5’
5’
5’ 3’
一、形态标记
即植物的外部形态特征。主要包括肉眼可见的 外部特征，如：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。
优点：形态标记简单直观、经济方便。 缺点:(1)数量在多数植物中是很有限的。
(2) 表现易受环境影响。 (3)有一些标记与不良性状连锁。 (4)形态标记的获得需要通过诱变、分离纯 合的过程，周期较长。 形态标记在作物遗传育种中的作用是有限的。
通过PCR扩增染色体组 DNA所获得的长度不同的多 态性DNA片段。随机排列的 寡聚脱氧核苷酸单链引物 （ 10个核苷酸）。
History
Shortly after Kary Mullis invented the Polymerase Chain Reaction (PCR) it was realized that short primers would bind to several locations in a genome and thus could produce multiple fragments。
5’ 5’
5’ 5’
5’ 5’
5’ 5’
Temperature
PCR
100
Melting
Melting 30x
94 oC
Annealing Extension 94 oC Primers 72 oC
50
50 oC
3’ 5’ 5’
0
5’
5’ 3’
Fragments of defined length
较多而长 长
披针型
131.0 心脏型
较大 有
张开
53.4 较大
绿 宽齿长
128.0 深粉红色, 基部有红斑
大 黄色 较少
遗传表现
近似[AD]1, A2 偏向G1
A2, G1
[AD]1, A2, G1 近似[AD]1, A2 偏向G1 偏向G1 近似[AD]1, A2 近似[AD]1, A2
G1
近似[AD]1, A2 近似[AD]1, A2 近似[AD]1, G1 偏向G1
三 、生化标记
利用电泳技术对蛋白质、酶等生物大分子进行鉴定。主要 包括同工酶和等位酶标记。 同工酶：具有功能相同而结构和理化性质不同的一类酶。 等位酶：同一基因座上的不同等位基因编码的同工酶。
种子贮藏蛋白的电泳分析已广泛用于作物品种鉴别和种子纯 度鉴定。
生化标记的优点：
1.表现近中性，对植物经济性状一般没有大的不良影响。 2.直接反映了基因产物差异，受环境影响较小。
（亚洲棉×陆地棉 ）杂种F1与其亲本的形态特征比较
器官
粗细
主
茸毛
茎
腺体
(个／cm2)
形状
大小
色泽
叶
茸毛
片
叶柄
托叶
腺体 (个／cm2)
形状
大小
苞
苞外蜜腺
叶
围铃状态
腺体 (个／cm2)
大小
色泽
萼
片
上缘形状
腺体 (个／cm2)
花冠颜色
花
大小
花药颜色
花药数
A2 较粗 少而短
272.5 5裂 较大 深绿 少而短 长 披针型
RAPD fragments can be separated and used as genetic markers or a kind of DNA fingerprint。
Techniques related to RAPD include:
– DNA Amplification Fingerprinting (DAF) - Caetano-Anolles et al. (1991) uses very short (eight nucleotide long) primers。
但目前可使用的生化标记数量还相当有限，且有 些酶的染色方法和电泳技术有一定难度，因此其实际 应用受到一定限制。
生化标记的应用
1.生化标记在品种纯度和真实性鉴定上的应用 2.生化标记在品种的亲缘关系和分类研究上的应用 3.生化标记在杂种优势的预测上的应用 4.生化标记在抗性鉴定上的应用 5.生化标记在品种鉴定上的应用
44.7 心脏型
大 无 紧抱
75.3 小 浅绿 微波状
261.7
黄色,基部有红斑 较大 黄色 较多
G1 细 多而长
90.0 卵圆 小 灰绿 多而长 短 剑状
205.0 剑状 小 有 张开
182.0 较大 浅绿 线状齿长
157.5
浅粉红,基部有红斑 小 白色 少
A2A2G1G1 较粗
多而长
110.0 3-5裂 较大 灰绿 多而长 较短 披针型
Components of a PCR and RAPD
Reactions
PCR
RAPD
1. Buffer (containing Mg++) 1. Buffer (containing Mg++) - usually
high Mg++ concentrations are used
lowering annealing stringency
– Arbitrary Primed PCR (AP-PCR) - Welsh and McClelland (1990) uses longer primers, but lowers primer annealing stringency to get priming at many sites。
50
50 oC
0
Time
3’
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Temperature
PCR
100
Melting
Melting 30x
94 oC
Annealing Extension 94 oC Primers 72 oC
50
50 oC
0
Time
3’
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He3’
Temperature
PCR
100
Melting
Melting 30x
94 oC
Annealing Extension 94 oC Primers 72 oC
50
50 oC
0
Time
3’
5’
5’
5’ 5’
5’ 5’
5’
5’
3’
Temperature
PCR
100
Melting
Melting 30x
94 oC
Annealing Extension 94 oC Primers 72 oC
A2, G1
超亲
近似[AD]1, G1
[AD]1,G1互补
A2，G1
超亲型
超亲型 偏向A2 偏向G1
二、细胞学标记
即植物细胞染色体的变异。 1.染色体数目（单体、缺体、三体、四体）
2.染色体结构（缺失、重复、倒位、易位） 核型、带型
（1）核型和核型分析
核型----体细胞染色体在光学显微镜下所有可以测定的表型特 征的总称。
遗传标记在植物遗传育种中的应用
遗传标记（genetic marker）:指可追踪染色体、染色 体某一片段、某个基因座在家系中传递的任何一种遗 传特性。它具有两个基本特征，即可遗传性和可识别 性；因此生物的任何有差异表型的基因突变型均可作 为遗传标记。
遗传标记的类型
1.形态学标记（morphological marker） 2.细胞学标记(cytological marker) 3.生化标记(biochemical marker) 4.分子标记(molecular marker)：DNA标记。
Time
5’
5’
5’ 5’
5’
5’
5’ 5’
DNA Between The Primers Doubles With Each Thermal Cycle
Number
1
2
4 8 16
32
64
0
1
23 4
5
6
Cycles
1.随机扩增多态性DNA （Random Amplification Polymorphism DNA，RAPD）