遗传育种学第十七章分子育种
园艺育种学-分子育种
多种几丁质酶已被克隆并转入烟草、番茄中，转基因植株表 现了抗真菌的特性。
B：植物抗毒素是植物产生的对一些不同种类 的病原菌具有毒性的物质，亦称植保素。
目前已鉴定了 200 多种植保素，其中以类黄酮 与类萜类植保素研究最多。从葡萄中分离出的 一种植物抗毒素3,4,5-三羟芪合成酶基因导入烟 草后，转基因植株与对照相比表现出对病原菌 （Botrytis cinerea）更强的抗性。 此外导入植物的核糖体灭活蛋白（ RIP ）抗真 菌性病害也有报道。
2 基因工程的作用
（1） 抗病基因工程：抗病毒、抗细菌及抗真菌 抗病毒：研究发展最快，主要采用向植物导入病毒外壳蛋白 （Coat Protein, CP） 基因。 自从1986年Beachy等将烟草花叶病毒的外壳蛋白基因（TMVCP）导入烟草中，发现转基因植株发病时间明显延迟或病害 的症状明显减轻后，已对多种植物病毒进行了试验，将这些 植物病毒的外壳蛋白基因导入植物以增强其抗病毒能力。如 黄瓜花叶病毒（ CMV ）、马铃薯 X 病毒和 Y 病毒（ PVX 和 PVY ）、大豆花叶病毒（ SMV ）、苜蓿花叶病毒（ AIMV ） 等 20 多种病毒的外壳蛋白基因导入植物后，均得到了类似的 结果，使植物获得了对相应病毒的抗性。在我国，导入TMV 和CMV外壳蛋白基因获得的抗病毒烟草已在进行田间试验， 增产效果明显。
转CMV/CP基 因的番茄
除利用外壳蛋白基因途径外，还有利用转移病毒的反义 RNA、 卫星 RNA 、病毒复制酶基因（ replicase ）和核酶（ ribozyme ） 基因，以及利用植物本身编码的抗病毒基因如核糖体失活蛋 白基因（ribosome inactivating protein，RIP）等也有获得成 功的报道。
1.4 发展现状
《分子育种》课件
基因编辑技术为农作物和动物的遗传改良提供了强有力的工具，可以实现对特定基因的敲除、敲入和敲减等操作，从而达到改良品种和提高生产性能的目的。
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历史回顾
自20世纪50年代以来，分子育种经历了从传统育种到基因工程育种的发展历程，技术手段不断更新和完善。
02
分子育种技术
基因克隆技术是一种通过无性繁殖的方式，将一个DNA片段复制出多个相同片段的技术。
该技术包括限制性内切酶、DNA连接酶和质粒等关键酶和元件，通过限制性内切酶将DNA双链切开，再利用DNA连接酶将切开后的DNA片段与质粒连接，最后将连接产物导入宿主细胞中，实现基因的克隆。
特点
提高育种效率
分子育种能够大幅度缩短育种周期，提高育种效率，加速新品种的培育进程。
优化品种性状
通过精确地定向改良，分子育种能够显著改善品种的性状，提高农作物的产量、品质和抗逆性。
促进农业可持续发展
分子育种有助于培育抗病虫害、抗除草剂等新品种，减少化学农药的使用，降低环境污染，促进农业可持续发展。
提高玉米的抗逆性和产量，减少农药使用，降低生产成本，对保障全球粮食安全具有重要意义。
转基因玉米的争议
关于转基因食品的安全性、对环境和生态的影响等方面存在争议，需要进一步研究和评估。
转基因玉米的研发过程
利用转基因技术将抗虫、抗病、抗旱等外源基因导入玉米细胞，经过组织培养获得转基因植株，再经过多代选育和试验，最终获得具有优良性状的转基因玉米品种。
通过基因工程技术，研发新型疫苗，预防传染病。
疫苗研发
《分子育种》课件
《分子育种》课件一、教学内容本节课的教学内容来自于小学科学五年级下册第五单元第一课时《分子育种》。
本节课的主要内容是让学生了解分子育种的基本概念，掌握分子育种的基本方法，以及了解分子育种在农业生产中的应用。
二、教学目标1. 让学生了解分子育种的基本概念，掌握分子育种的基本方法。
2. 让学生了解分子育种在农业生产中的应用，提高学生的实践能力。
3. 培养学生热爱科学，关注农业生产的情感态度。
三、教学难点与重点重点：让学生了解分子育种的基本概念，掌握分子育种的基本方法。
难点：让学生了解分子育种在农业生产中的应用。
四、教具与学具准备教具：PPT课件、黑板、粉笔。
学具：课本、笔记本、彩笔。
五、教学过程1. 情景引入：教师通过播放一段关于农业生产的视频，引导学生关注农业生产中的科技应用。
2. 讲解分子育种的基本概念：教师通过PPT课件，讲解分子育种的基本概念，让学生了解分子育种的基本原理。
3. 讲解分子育种的基本方法：教师通过PPT课件，讲解分子育种的基本方法，让学生掌握分子育种的基本技巧。
4. 案例分析：教师通过PPT课件，展示一些分子育种在农业生产中的应用案例，让学生了解分子育种的实际应用。
5. 随堂练习：教师通过PPT课件，给出一些关于分子育种的问题，让学生进行随堂练习，巩固所学知识。
6. 作业布置：教师通过PPT课件，布置一些关于分子育种的作业，让学生课后巩固所学知识。
六、板书设计板书设计如下：分子育种基本概念→ 基本方法→ 应用案例七、作业设计1. 题目：请简述分子育种的基本概念。
答案：分子育种是指通过分子生物学技术，对生物体的基因进行改造，以达到改良生物品种的目的。
2. 题目：请列举两种分子育种的方法。
答案：基因重组、基因编辑。
3. 题目：请举例说明分子育种在农业生产中的应用。
答案：转基因抗虫棉、转基因抗病水稻。
八、课后反思及拓展延伸课后反思：本节课通过讲解分子育种的基本概念、基本方法和应用案例，让学生了解了分子育种的相关知识。
《分子育种》PPT课件
利用分子育种手段保护濒危畜禽 品种资源，维护生物多样性。
通过分子设计育种技术创制具有 自主知识产权的畜禽新品种，提
升我国畜牧业的国际竞争力。
06
分子育种面临的挑战与展望
分子育种面临的技术挑战
基因组编辑技术的精确性和效率
尽管CRISPR-Cas9等基因组编辑技术为分子育种带来了革 命性突破，但其精确性和效率仍需进一步提高，以减少脱 靶效应和基因表达的不可预测性。
结合传统育种和分子育种技术，创制 出适应未来农业发展的多功能作物新 品种。
利用合成生物学手段，设计并构建人 工生物系统，实现作物的多功能化。
05
分子育种在畜牧业中的应用
提高畜禽生产性能
通过基因编辑技术，精准改良 影响畜禽生长、繁殖等性状的 关键基因，提高生产性能。
利用分子标记辅助选择，快速 筛选具有优良生产性能的畜禽 品种。
《分子育种》PPT课 件
目录
• 引言 • 分子育种的基本原理 • 分子育种的技术方法 • 分子育种在作物改良中的应用 • 分子育种在畜牧业中的应用 • 分子育种面临的挑战与展望
01
引言
分子育种的背景与意义
背景
随着生物技术的飞速发展，分子 育种应运而生，为作物遗传改良 提供了新途径。
意义
分子育种可实现基因水平的精准 改良，提高作物产量、品质和抗 逆性，对保障粮食安全具有重要 意义。
基因编辑技术可能带来生物安全风险和伦理问题，需要进行严格的安全
评估和伦理审查。
03
分子育种的技术方法
分子标记技术
基于DNA的分子标记
利用DNA序列多态性进行标记，如RFLP、SSR等。
基于RNA的分子标记
利用RNA表达水平多态性进行标记，如SNP、EST等。
分子育种与常规育种的关系
分子育种与常规育种的关系选择育种对象是育种成功的第一步，通常我们选择优良的基因型作为育种材料。
传统的育种方法主要依靠基因型的变异和突变来进行选育，这种方法需要时间长、成本高，效率低。
分子育种则是利用分子遗传学、生物化学等方面的知识，通过基因组学、转录组学、蛋白质组学等技术手段，快速、准确地筛选和鉴定优良基因型或基因分子标记，加以选择和培育。
因此，分子育种是常规育种方法的有力补充。
分子育种与常规育种相比有着显著的优势。
首先，分子育种可以更加准确地把握育种的方向和目标，避免盲目选育，提高选育效率。
其次，分子育种可以通过任意数量的数量基因组数据分析，确定重要的基因及其关联性，可以实现基因型和表型的信息无缝连接，提高了育种效果。
此外，分子育种也具有可以更好的控制育种质量，耐病性和抗逆性等方面的优势。
这使育种成为更为可持续、稳健和可靠。
分子育种虽然具有很多优势，但仍然存在一些局限性。
一个显著的缺点是分子标记的开发周期很长，需要较高的技术门槛和荧光剂等高质量的试剂，育种成本也会相应增加。
此外，与常规育种方法相比，需要更大的基础设施和资源支持，如计算机与大数据分析能力和实验室技术支持等。
而且在一些育种目标仍然存在不确定性，比如环境因素、植物自身特性以及市场需求等。
所以，特定情况下分子育种也需要同常规育种方法进行结合，以达到更好的育种效果。
综上所述，分子育种与常规育种之间相辅相成，齐头并进。
分子育种未来将会为农业发展提供有力支撑，为实现粮食安全和全面发展提供源源不断的动力。
我们需要把握育种的最新技术，善于用常规育种和分子育种相结合的方式，为农业科技发展做出更大的贡献。
分子育种
3、AFLP
基本原理：AFLP标记是选择性扩增基因组DNA酶切片段所
产生的扩增产物的多态性，其实质也是显示限制性内切酶酶 切片段的长度多态性，只不过这种多态性是以扩增片段的长 度不同被检测出来。
AFLP标记的特点有：（1）由于AFLP分析可以采用的限
制性内切酶及选择性碱基种类、数目很多，所以该技术所产 生的标记数目是无限多的；（2）典型的AFLP分析，每次反 应产物的谱带在50-100条之间，所以一次分析可以同时检测 到多个座位，且多态性极高；（3）表现共显性，呈典型孟德 尔式遗传；（4）分辩率高，结果可靠；（5）目前该技术受 专利保护，用于分析的试剂盒昂贵，实验条件要求较高。 。
现代育种新技术之
分子育种
（molecular breeding）
主要内容
第一节 分子育种的概念和方法
第二节 分子遗传标记
第三节 QTL的鉴别与定位 第四节 标记辅助选择
第五节 展 望
第一节
分子育种的概念和方法
分子育种的概念
指DNA分子标记辅助育种(简称DNA标记 辅助育种)。DNA标记辅助育种(DNA marker-assisted breeding）是一种利用 DNA 水平上的(非蛋白质水平上的)分子 标记(或称DNA标记)对生物群体进行遗 传改良的技术。
RFLP、DNA指纹技术（DNA Fingerprinting）、原位杂交 （in situ hybridization）等；
第二类是以PCR为核心的分子标记技术，包括RAPD、
简单序列重复标记SSR或简单序列长度多态性（Simple sequence length polymorphism, 简称SSLP标记）、扩展片段 长度多态性标记AFLP、序标位STS、序列特征化扩增区域 SCAR等；
育种学名词解释
1．园林植物育种学：是研究培育植物优新品种的原理和技术的科学。
2．分子育种：分子育种是运用分子生物学的先进技术，将目的基因或DNA片段通过载体或直接导入受体细胞，使遗传物质重新组合，经细胞复制增殖，新的基因在受体细胞中表达，最后从转化细胞中筛选有价值的新类型构成工程植株，从而创造新品种的一种定向育种新技术。
3．种质：种质是指决定生物遗传性状，并将其遗传信息从亲代传给子代的遗传物质的总称。
4．种质资源：种质资源又称遗传资源、基因资源，是指在引种、选择育种工作中用来作为选择、培育或改造对象的那些植物。
5．品种：品种是经过人类长期驯化、栽培和选择后形成的具有一定经济价值，能够满足人类某种需要的生产资料；是适应一定地区的自然和生产条件下栽培的园林植物群体生态类型。
6．简单引种：引进来的种或品种，有的表现很好，可以直接利用（简单引种）7．引种：引种驯化简称引种，是将一种植物从现有的分布区域或栽培区域人为地迁移到其他地区种植的过程；也就是从外地引进本地尚未栽培的新的植物种类、类型和品种。
8．驯化引种：表现不好，常常有不服水土的现象，需要采用一些技术措施，使其改变遗传性，慢慢适应新环境的过程，这就叫做驯化（驯化引种）。
9．单株选择法：把从原始群体中选出的优良单株的种子分别收获、保存、繁殖的方法。
10．混合选择法：从一个原始混杂群体或品种中，按照某些观赏特性和经济性状选出彼此相似的优良个体，然后，把它们的种子或种植材料混合收取、混合保存、混合繁殖，然后与标准品种比较、鉴定，从而选育出新品种的方法。
11．芽变：一种体细胞突变，即植物芽的分生组织细胞自然发生遗传物质变异，当芽萌发成枝条时，在性状上的表现与原来类型不同的现象。
12．芽变选种：将具有特殊优良性状变异的枝条进行选择、鉴定，从而培养出新品种的方法。
13．杂交：基因型不同的配子间结合产生杂种的过程。
14．杂交育种：是指通过两个遗传性不同的个体之间进行有性杂交获得杂种，继而选择、培育以创造新品种的方法。
家禽遗传学和分子育种
家禽遗传学和分子育种家禽是人类的重要农产品之一，其为人们提供了有价值的蛋类和肉类，是人们膳食中不可或缺的食品之一。
要在家禽养殖中取得更好的效果，就需要了解家禽的遗传和育种。
本文将重点介绍家禽遗传学和分子育种的相关知识。
家禽遗传学家禽遗传学是研究家禽的遗传结构和生物学性状的学科。
家禽的性状包括生长速度、产蛋率、体重、肉质、蛋壳颜色和鸡冠等。
家禽性状的遗传方式与人类有些不同，家禽的遗传学有它自己的特点。
1. 线粒体DNA在家禽遗传学中，线粒体DNA是一个重要的研究领域之一。
线粒体DNA是母系遗传，指的是只有从母亲遗传给子女，而父亲不会传给子女的遗传物质。
因此，通过分析线粒体DNA可以准确地追踪亲缘关系，也可以推断一些户外环境下的克隆现象的产生原因。
2. 基因型和表型基因型是指一个个体的基因组成，它是由父母遗传给子女的。
表型是指个体的整个表现，可能受到基因型和环境因素的影响。
家禽的表型性状常常是由多个基因共同影响的。
在进行家禽育种时，要根据表型选择优良基因型，提高家禽的遗传优势。
分子育种分子育种是利用分子生物学手段对家禽进行改良育种的一种方法。
利用分子育种，可以快速地鉴别质量优良品系的关键位点，以及患病与否的位点。
同时，可以开发出更加精准的遗传标记，根据这些标记进行家禽的有针对性育种。
以下是常见的分子育种技术：1. SNP技术SNP即单核苷酸多态性，即在基因组中出现的一种单一核苷酸变异。
SNP技术是一种检测基因变异的有效手段，用于研究家禽的疾病抵抗性、品种鉴定和生产性能等方面。
现在，SNP技术已广泛应用于家禽育种领域。
2. 基因编辑技术基因编辑技术是一种利用基因编辑酶对基因进行修饰或删除的技术。
通过基因编辑技术，可以创造出特殊的基因型，改变某些基因的功能。
这对于家禽育种是很有意义的，因为通过检测和修饰关键基因，可以提高家禽的产量和肉质。
3. 转基因技术转基因技术是一种将外源基因引入到家禽的基因组中的技术。
(整理)育种学名词解释
1．园林植物育种学：是研究培育植物优新品种的原理和技术的科学。
2．分子育种：分子育种是运用分子生物学的先进技术，将目的基因或DNA片段通过载体或直接导入受体细胞，使遗传物质重新组合，经细胞复制增殖，新的基因在受体细胞中表达，最后从转化细胞中筛选有价值的新类型构成工程植株，从而创造新品种的一种定向育种新技术。
3．种质：种质是指决定生物遗传性状，并将其遗传信息从亲代传给子代的遗传物质的总称。
4．种质资源：种质资源又称遗传资源、基因资源，是指在引种、选择育种工作中用来作为选择、培育或改造对象的那些植物。
5．品种：品种是经过人类长期驯化、栽培和选择后形成的具有一定经济价值，能够满足人类某种需要的生产资料；是适应一定地区的自然和生产条件下栽培的园林植物群体生态类型。
6．简单引种：引进来的种或品种，有的表现很好，可以直接利用（简单引种）7．引种：引种驯化简称引种，是将一种植物从现有的分布区域或栽培区域人为地迁移到其他地区种植的过程；也就是从外地引进本地尚未栽培的新的植物种类、类型和品种。
8．驯化引种：表现不好，常常有不服水土的现象，需要采用一些技术措施，使其改变遗传性，慢慢适应新环境的过程，这就叫做驯化（驯化引种）。
9．单株选择法：把从原始群体中选出的优良单株的种子分别收获、保存、繁殖的方法。
10．混合选择法：从一个原始混杂群体或品种中，按照某些观赏特性和经济性状选出彼此相似的优良个体，然后，把它们的种子或种植材料混合收取、混合保存、混合繁殖，然后与标准品种比较、鉴定，从而选育出新品种的方法。
11．芽变：一种体细胞突变，即植物芽的分生组织细胞自然发生遗传物质变异，当芽萌发成枝条时，在性状上的表现与原来类型不同的现象。
12．芽变选种：将具有特殊优良性状变异的枝条进行选择、鉴定，从而培养出新品种的方法。
13．杂交：基因型不同的配子间结合产生杂种的过程。
14．杂交育种：是指通过两个遗传性不同的个体之间进行有性杂交获得杂种，继而选择、培育以创造新品种的方法。
分子育种
DNA 标记辅助保种 (marker-assisted conservation)
就是利用与目标基因有紧密连锁的DNA 标记,对目标基因在保种过程中的分离和 重组进行跟踪,通过有意识地选留而加以 保护,使之不因遗传漂变而丢失。 DNA 标记辅助保种的方法主要有跟踪保 存目标基因法和控制近交程度。
第二节
2、RAPD
基本原理：用一个（有时用两个）随机引物（一般8-10个
碱基）非定点地扩增基因组DNA，然后用凝胶电泳分开扩增 片段。
RAPD标记的特点有：（1）不需DNA探针，设计引物也
无须知道序列信息；（2）显性遗传（极少数共显性），不能 鉴别杂合子和纯合子；（3）技术简便，不涉及分子杂交和放 射性自显影等技术；（4）DNA样品需要量少，引物价格便 宜，成本较低；（5）实验重复性较差，结果可靠性较低。
水牛
CSSM033 CSSM038 CSSM043 CSSM047 CSSM036 CSSM019 CSRM060 CSSM029 CSSM041 CSSM057 BRN CSSM032 CSSM008 CSSM045 CSSM022 CSSM046 CSSM013 ETH003 CSSM061 BMC1013 DRB3 CSSM062 CSSME070 ETH121 ILSTS033 ILSTS005 ILSTS030 ILSTS008 RM099 HMH1R
细胞遗传标记
细胞学标记即植物细胞染色体的变异。
包括染色体核型（染色体数目、结构、随体有无、着 丝粒位置等）和带型（C带、N带、G带等）的变化。 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。
分子育种的原理与应用
分子育种的原理与应用一、引言分子育种是利用分子生物学技术在遗传层面上对作物进行改良的一种育种方法。
通过分析和利用作物的基因组信息，可以快速精准地筛选出具有优良性状的杂交组合，提高作物的产量、抗病虫害能力和适应性等，为粮食安全和农业可持续发展做出重要贡献。
二、分子育种的原理分子育种的原理是基于作物的基因组信息进行分析和筛选，主要包括以下几个步骤：1.基因组测序：使用高通量测序技术对作物的基因组进行测序，获取作物基因组的完整序列信息。
2.基因组比较：将测序得到的作物基因组序列与已知基因组序列进行比较，寻找差异及变异的位点。
这些位点可能与作物的优良性状相关。
3.分子标记开发：在基因组比较中发现的差异位点可以作为分子标记进行标记开发。
这些分子标记可以作为遗传标记，用于引导育种工作。
4.标记辅助选择：利用已开发的分子标记对作物进行筛选。
通过分子标记的检测，可以快速鉴定作物具有优良性状的个体，并进行后续育种工作。
5.基因功能解析：通过基因组比较和分子标记的筛选，找到与作物优良性状相关的基因。
进一步研究这些基因的功能，可以揭示作物的形态、生理等方面的变化机制。
三、分子育种的应用分子育种在实际应用中已经取得了一系列的成功，并在农作物改良中起到了重要作用。
以下为分子育种在不同作物的应用情况：1. 水稻•利用分子育种技术，可以提高水稻的产量和抗病虫害能力。
通过筛选出抗病虫害的基因，并进行基因转移，可以培育出对病虫害具有抗性的水稻品种。
•分子育种还可以对水稻的性状进行改良，如提高稻谷的品质、耐旱性、耐寒性等。
通过分析水稻基因组信息，找到与这些性状相关的基因，可以利用分子标记进行筛选和选择。
2. 小麦•分子育种技术可以加速小麦的育种进程。
通过分子标记的筛选，可以提高杂交组合的育种成功率。
同时，利用分子标记进行选育，可以提高小麦的抗逆性、耐病性等性状。
3. 蔬菜•分子育种技术广泛应用于蔬菜的育种中。
通过筛选具有抗病虫害能力的基因，在蔬菜中进行基因转移，可以培育出抗病虫害的蔬菜品种。
分子育种知识点总结
分子育种知识点总结分子育种是利用分子生物学和生物技术手段来辅助传统育种方法，提高植物和动物的遗传育种效率的一种育种方法。
它利用分子标记和遗传图谱技术来加速育种过程，为育种者提供更多的选择和决策依据。
分子育种技术包括遗传标记辅助选择、基因定位、基因克隆和应用、基因组学、蛋白质组学、转基因和细胞工程等。
本文将对分子育种的相关知识点进行总结。
1. 遗传标记辅助选择遗传标记是指位点特异、遗传稳定的DNA片段，可被检测和分离，并可用于进行种群和个体间的遗传关系与遗传地图构建。
遗传标记辅助选择是根据遗传标记与目标性状之间的关系，通过分子标记技术进行筛选和分选，选育目标基因型的材料的育种方法。
2. 基因定位基因定位是指将一个特定的基因定位到染色体上的位置。
通过基因定位，可以找到携带特定性状的染色体区域，为进一步克隆和应用相关基因提供重要的依据。
3. 基因克隆和应用基因克隆是指通过分子生物学技术将一段特定的DNA片段从一个生物体中分离出来并在另一个生物体或在体外进行繁殖的过程。
通过基因克隆技术，可以将特定的基因转移到其他物种中，以改良其性状。
4. 基因组学和蛋白质组学基因组学是研究生物体基因组的组成、结构和功能的科学。
基因组学在分子育种中的应用，可对植物和动物的基因组进行全面的分析和研究，为育种材料的选择和育种目标的确定提供重要的信息。
蛋白质组学是研究蛋白质组的组成、结构和功能的科学。
在分子育种中，蛋白质组学可以帮助鉴定植物和动物的蛋白质组，了解其在特定性状表达上的作用，并为育种材料的选择和性状改良提供重要的依据。
5. 转基因和细胞工程转基因是指通过基因工程技术，在一个生物体中引入来自其他物种的外源基因，并使之在宿主物种的基因组中稳定表达。
转基因技术在植物和动物育种中的应用，可以通过引入特定基因来改良其性状，提高产量、抗病性、抗逆性等。
细胞工程是通过细胞培养、植物体细胞的真核基因转移和使植物体重新分化生成新的器官、新的植株，对植物进行改良。
分子育种复习
名词解释：1、作物分子育种：直接从分子水平上改变某作物品种基因组成而创造可稳定遗传变异来进行新品种培育的过程，称为作物分子育种2、功能标记：是基于生物功能已知的可引起表型变异的基因内部序列多态性位点开发的分子标记3、基因组：一个物种单倍体细胞所含有的整套染色体，物种全部信息的总和，包括核基因组和细胞器基因组4：基因组学：研究基因组结构，功能和进化的科学5：染色体工程：按照人们预定目标，采用一定的方法和步骤，通过染色体操纵改变生物染色体组成并进而改变其遗传性的过程6：分子设计育种：利用作物基因组学，蛋白质组学和代谢组学的生物数据，借助生物信息学的方法和手段，对整个基因组学控制作物重要农艺性状的基因及基因网络进行分子水平上的设计和操作，进而培育作物新品种的过程。
7：染色体转导：将同特定基因表达有关的染色体或染色体片段转入受体细胞，使该基因得以表达并能在细胞分裂中一代又一代的传递下去。
填空和简答：1、育种的三个阶段：常规育种阶段，生物技术渐渗阶段，分子育种阶段2、育种经历的三个历程：艺术，精确，设计3、分子育种的研究内容：分子标记和基因作图，基因克隆定位，载体构建与基因重组，遗传转化与调控，生物信息学与功能基因组学，分子设计育种4、分子育种的进展：生物基因资源（美国日本和澳大利亚等发达国家拥有全球70%以上的水稻基因专利，90%以上的玉米基因专利，80%以上的小麦基因专利，75%以上的棉花基因专利。
我国目前获得的基因专利总数不足美国的10%）、生物种业（孟山都、杜邦等5大跨国公司利用其基因专利和品种，控制着国际种业市场的70%份额，并试图控制全球的转基因种业市场）5、我国分子育种现状：关键技术有待突破，分子设计育种理论尚未建立，现有品种尚不能满足市场需求，国际竞争力弱6：分子标记在染色体上的分布：内含子，外显子，重复区域，5'UTR，3'UTR。
7：SRAP 标记（相关序列扩增多态性）：原理：利用独特的引物设计对ORFs进行扩增，上游引物长17bp，对外显子进行特异扩增，下游引物长18bp,对内含子区域，启动子区域进行特异扩增。
作物分子育种
一、作物分子育种作物育种基本任务：1.在研究和掌握作物形状遗传变异规律的基础上，发掘研究和利用作物种植资源；2.选育优良品种或杂种以及新作物；3.繁殖生产用种。
作物分子育种：即在经典遗传学和分子生物学等理论指导下，将现代生物技术手段整合于传统育种方法中，实现表现型和基因型选择的有机结合，培育优良新品种。
分子标记育种：又称为分子标记辅助选择，是利用与目标基因紧密连锁的分子标记，在杂交后代中准确鉴别不同个体基因型，从而进行辅助选择育种。
特点：能有效结合基因型与表现型鉴定，显著提高选择的准确性。
转基因育种：利用基因重组DNA技术，将功能明确的基因通过遗传转化手段导入受体品种的基因组，并使其表达期望形状的育种方法。
特点：能打破基因不同物种交流障碍，克服传统育种的困难问题。
分子设计育种（刚起步）：目的——通过各种技术的集成与整合，在育种家的田间试验之前，对育种程序中的各种因素进行模拟、筛选和优化，确立目标基因型，提出最佳亲本选配和后代选择策略，提高育种试验可见性。
我国作物分子育种中存在的问题：1.基因资源挖掘力度有待加强；2.实用分子标记和具重要育种价值的基因十分贫乏；3.作物分子育种技术尚待突破；4.通过分子育种培育的突破性品种不多，产业化程度不高；5.作物分子育种的组织体系和实施机制需要创新。
作物分子育种意义：1.发展作物分子育种是保障国家安全的重大需求；2.全面实现作物分子育种相关技术突破；3.加速作物分子育种研发和产业化。
常规育种和分子育种比较：1.常规育种表现型选择时，会受时空因素影响，而分子育种不会；2.常规育种来源广，育种亲本贫乏；分子育种基因来源广，基因资源丰富。
3.常规育种基因局限于种内，少数局限于亚种间；分子育种基因交流不受物种限制。
4.常规育种目标性状有不明确性；分子育种目的基因功能已知，目标性状明确。
5.最明显特征：常规育种选择时间长；分子育种选择时间短，可调控基因及其产物的功能、表达。
分子育种的方法
分子育种的方法“分子育种”是指借助分子生物学技术精确地改变植物种质及其表型特性，从而改良作物性状的一种育种途径。
随着近代生物技术技术的发展，分子育种的方法逐渐成为育种领域的重要组成部分，在今日的种质改良实践中，分子育种的方法占据着重要的地位。
分子育种的方法包括基因工程技术、遗传工程技术和分子标记辅助选择技术，它们可以有效地改变植物种质，实现种质品质的改良，特别是基因工程技术和遗传工程技术，能够准确有效地修改植物基因，从而改变植物形态、生理生化特性，使植物获得生长、繁殖等优良品质，从而改变植物的表型特征，实现育种目标。
在基因工程中，人们可以通过基因重组等技术，将外源基因插入植物体内，从而使植物体具有新的遗传特性，如抗病能力、抗药性、耐旱等。
例如，可以将农作物的抗病有效基因插入玉米、高粱等作物，使之具有抗病能力；利用抗药有效基因，人们可以把多种药敏环境保护基因插入到作物体内，使其具有抗药性及抗病能力。
此外，还可以将外源基因插入到植物体内，以改变植物的生理生化特性，如改善作物的耐贫肥性，使其在贫瘠土壤中茁壮生长。
遗传工程技术被广泛应用于当今的分子育种实践中，它利用合成的遗传物质改变植物的种质，使植物的性状获得改良。
通过遗传工程技术，可以利用移位及替代等技术改变植物的遗传物质，从而改变植物的形态、生理生化特性，使植物获得优良性状。
如一些番茄品种，可以通过遗传工程技术，将抗旱性基因插入番茄体内，使番茄抗旱性得到增强；另外，还可以利用遗传工程技术，将抗病和抗虫的有效基因插入作物体内，使其具有抗病虫能力。
分子标记辅助选择技术则能够用于准确地筛选出具有良好性状的种质，从而实现种质品质的改良。
通过对植物的遗传标度进行分子标记，可以准确地判断植物的潜在性状，如抗病能力、抗旱能力等，并且可以在品种混合时，确定出具有良好性状的种质，从而有效地改善植物种质品质。
随着分子生物学技术的发展，分子育种的方法也以日新月异的速度向前发展，能够有效地通过改变植物的种质并准确筛选良好种质系，使植物获得优良性状，从而改良作物性状，实现育种目标。
分子育种的实验报告
一、实验目的1. 掌握分子育种的基本原理和方法；2. 学习利用分子标记辅助选择和转基因技术进行育种实验；3. 了解分子育种在农业生产中的应用。
二、实验原理分子育种是利用分子生物学、遗传学、生物化学等学科的知识和技术，对生物体进行遗传改良的一种方法。
分子育种主要分为分子标记辅助选择育种和转基因育种。
1. 分子标记辅助选择育种：利用分子标记技术，如SNP、SSR等，对育种材料进行基因型鉴定，从而筛选出具有优良性状的个体，实现育种目标。
2. 转基因育种：将外源基因导入目标生物体，使其获得新的性状，如抗病性、抗虫性、高产等。
三、实验材料1. 育种材料：玉米、大豆、小麦等作物种子；2. 分子标记：SNP、SSR等；3. 转基因工具：质粒、载体、基因枪等；4. 实验试剂：DNA提取试剂盒、PCR试剂盒、限制性内切酶、DNA连接酶等。
四、实验步骤1. 分子标记辅助选择育种（1）DNA提取：采用CTAB法提取玉米、大豆、小麦等作物的基因组DNA。
（2）PCR扩增：根据分子标记基因序列设计引物，进行PCR扩增。
（3）基因分型：采用琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物，进行基因分型。
（4）筛选优良性状个体：根据分子标记基因型，筛选具有优良性状的个体。
2. 转基因育种（1）基因克隆：从基因库中获取目标基因，将其克隆到载体上。
（2）转化：采用基因枪法将载体质粒导入目标生物体细胞。
（3）筛选转化细胞：采用抗生素筛选法，筛选出含有目的基因的转化细胞。
（4）植株再生：将转化细胞培养成愈伤组织，再分化成植株。
（5）分子鉴定：采用PCR、 Southern blot等方法对转化植株进行分子鉴定。
五、实验结果与分析1. 分子标记辅助选择育种（1）DNA提取：成功提取玉米、大豆、小麦等作物的基因组DNA。
（2）PCR扩增：成功扩增出目标基因片段。
（3）基因分型：根据分子标记基因型，筛选出具有优良性状的个体。
2. 转基因育种（1）基因克隆：成功克隆目标基因。
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LB
RB
E
Ti Plasmid
Vir 区
Con 区
Ori 区
T-DNA的结构与功 能∶
左边界 核心区 右边界
LLBB RRB
B
Vir 区操纵子的基因结构与功能
• Vir区是一段长度为35KB操纵 子
• 包含六个基因： VirA、VirB 、 VirC 、 VirD 、 VirE 、 VirG。
植物遗传转化的载体系统
表型分析鉴定
鉴定步骤： 筛选鉴定（利用质粒上的选择标记） 报告基因鉴定（利用质粒上的报告基因）
2.2.1 外源DNA导入植物细胞的方法
• 载体介导的转化方法： 致癌农杆菌介导的Ti质粒载体转化法 病毒介导的基因转移
• DNA直接导入法： 化学法：PEG诱导的基因转化 电激法介导 显微注射
• 媒体介导法 脂质体介导 超声波介导 基因枪介导
致癌农杆菌介导的Ti质粒载体转化法
含有Ti质粒的致癌农杆菌与一些植物的细 胞接触后，Ti质粒的一部分（T-DNA）可以 导入植物细胞，整和到植物基因组DNA随其 复制。根据这一特性可构建一系列Ti质粒载 体， 与含目的片段的DNA片段重组，导入 致癌农杆菌，再采用叶盘法、原生质体培养 法、细胞培养法，通过致癌农杆菌介导进入 植物细胞。
②氯霉素乙酰基转移酶（Chloraphenicol acetyltransferase, CAT）基因
③潮霉素磷酸转移酶（Hygromycin phosphotransferase, Hpt）基因
④β – 葡萄糖酸苷酶 （β – Glucuronidase, GUS）基因
⑤荧光素酶（Luceferase, Luc）基因 ⑥抗除草剂（Basta, Bar）基因
电激法介导：
利用高压脉冲
＋
作用，在原生质体
－
上形成可逆的瞬间
＋
－
通道，从而促进外
＋
－
源DNA的摄取。
＋
－
＋
－
＋
－
＋
－
2.2.2 转基因操作的受体系统
高频再生体系的建立： • 愈伤组织再生系统 • 直接分化再生系统 • 原生质体再生系统 • 胚状体再生系统 • 生殖细胞再生系统
抗生素敏感实验： 抑制细菌生长 杀死非转化细胞
2.1 DNA重组技术 将外源DNA片段与载体分子连接，形
成重组DNA分子，再将重组子导入寄主细 胞内。这一技术体系称为DNA重组技术。
DNA 重 组 技 术
2.1.1 目的基因的分离（或合成）
➢ 常用的几种目的基因： ➢ 基因工程的工具酶:
限制性内切酶（restriction endonuclease) DNA连接酶（ligase) 末端修饰酶
• Ti质粒
根瘤农杆菌染色体外的遗传物质，为 共价闭合环状的DNA分子。
• Ti质粒的功能 为农杆菌提供附着于植物细胞壁的能力； 参与寄主细胞合成激素的能力； 诱发植物产生冠瘿瘤； 赋予寄主分解冠瘿碱的能力； 决定寄主范围。
• Ti质粒的结构 T-DNA区 Vir 区 Con 区 Ori 区
T-DNA 区
PEG诱导的基因转化
聚乙二醇（PEG）、多聚鸟苷酸、磷 酸钙在高PH值条件下诱导原生质体扑获 DNA分子。
步骤： 共保温； 稀释PEG； 非选择培养； 选择培养。
优点： 转化顺利，对细胞伤害小； 避免嵌合体的生成； 易于选择； 便于进行理论研究； 受体广泛。
脂质体介导：
用化学物质将 DNA包裹成球体， 通过植物原生质体的 吞噬作用，把DNA 导入细胞。
一元载体（顺势载体） 双元载体（反式载体）
农杆菌介导的转化质粒的构建
目的基因
报告基因，选择标记基因
Ampr P
G1
T
LB
P
G2
T NOS
RB
Vir区
农杆菌导入方法
• 共培养法 • 叶盘转化法 • 整株感染法 • 原生质体共培养法
基因枪介导的转基因操作：
基本原理 操作步骤 优点 影响转化效率的因素
2.1.2 基因工程的载体系统
质粒载体 噬菌体载体 病毒载体
质粒图谱及质粒构建
启动子 外源基因 终止子 启动子 报告基因 终止子
目的片段
（标记基因） 选择标记
载体
植物基因工程的报告基因：
• 定义: • 特点:
在选择培养基上生长 报告基因与目的基因嵌和表达 研究调控区
报告基因的种类:
①新霉素磷酸转移酶（ Neomycine phosphotransferase – II, NPT II)基因
基因工程的基本概念
转化（Transformation)：是指将外源 DNA导入受体细胞的过程。 复制子（Replicon)：具有一个复制起点 (ori) 的DNA分子称为一个复制子。 载体（Vector）：能与外源DNA连接并实 现转化的复制子。 重组子（Recombinant）：连接了外源 DNA分子的复制子。
操作步骤： 预培养 转基因操作 转基因植株筛选和培养 转基因植株的鉴定 田间释放
影响转化效率的因素： 金属微粒 DNA沉淀辅助剂 DNA纯度和浓度 微弹速度 植物材料
基因枪法的优点： 无宿主限制； 靶受体类型广泛； 可控度高； 操作简便。
问题： 转化效率低； 嵌合体多； 稳定性差，瞬时表达； 外源基因沉默； 整合机理不详。
第十七章 分子育种
1. 分子育种的概念与程序
1.1 概念 按照人们的愿望，进行严密的设计，通
过体外 DNA重组技术 和 DNA转移技术， 有目的地改造生物种性，使现有物种在短时 间内趣于完善，以创造出新的生物类型的技 术体系 ，亦即基因工程。
1.2 植物基因工程
植物基因工程是近20年来随着DNA重 组技术、植物遗传转化技术及植物组织培 养技术而发展起来的现代生物技术。
1.3 基因工程的基本步骤 目的基因的获取 基因载体的选择与构建 目的基因与载体的拼接
重组子导入受体分子
重组的目的基因
①观赏性:开花、花色、花型、花径相关基因。 ②抗逆性:抗虫、抗旱、耐盐碱、抗寒相关基因 ③切花寿命 ④花期调控
2. 基本技术及原理
农杆菌敏感实验：
2.3 转化细胞的培养和转基因植株的再生
• 恢复生长 • 筛选培养 • 植株再生
2.4 转基因植物的鉴定
遗传鉴定
直接鉴定DNA分子是否整 合到基因组上。 1）扩增目的片段； 2）杂交信号鉴定。 （Southern 杂交）
表达鉴定
利用报告基因 Northern 杂交 Western 杂交