molecularmarker分子标记

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等。。。。。。。
分子标记辅助选 择的遗传学基础
标记辅助选择的主要方面是对目标基因的选择,有 人称之为前景选择(foreground selection)。 前景选择的可靠性主要取决于标记与目标基因间连 锁的紧密程度。若只用一个标记对目标基因进行选 择,则标记与目标基因间的连锁必须非常紧密,才
能够达到较高的正确率。
DNA提取 基
用DNA限制性内切酶消化
本 凝胶电泳分离,转移到滤膜上
步 Southern杂交
骤 放射性自显影或酶学检测
RFLP标记的特点
A 无表型效应,不受环境条件和发育阶段的影响。 B 等位基因之间是共显性的,在配制杂交组合时不受
杂交方式的影响。 C 在非等位的RFLP标记之间不存在上位效应,因而互
MM类型的分子标记所代表的目标基 因型及其频率
选择的正确率随 重组率的增加而 迅速下降。重组 值越小,其错选 率越低。
如果要求至少选到 一株目标基因型的 概率为P,则必须选 择具有标记基因型 MM的植株至少为:
n=log(1-P)/log(1-p)
式中p=(1-r)2
对基因组中其他部分(即遗传背景)选择,称为 背景选择(background selections)。背景选 择的对象几乎包括了整个基因组,因此,这里牵 涉到一个全基因组选择的问题,在分离群体中, 由于在上一代形成配子时同源染色体之间会发生 交换,因此每条染色体都可能是由双亲染色体重
F2群体
亲本1 × 亲本2 F1 F2
F2群体的特点
• F2群体构建比较省时,不需很长时间便可得到一个 较大的群体,这是使用F2群体进行遗传作图的最大 优点。
• F2群体中存在杂合基因型,对于显性标记将无法识 别显性纯合基因型和杂合基因型,由于这种基因型 信息简并现象的存在,会降低作图的精度。
• 通过远缘杂交而来的F2分离群体,则远缘杂交亲本 后代向两极疯狂分离,标记比例易偏离3:1。
RAPD引物扩增电泳检测结果
RAPD标记的主要特点:
(1)不需DNA探针,引物设计无须知道序列信息; (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)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。
MAS策略
(一)回交育种 (二)大范围群体内的单目标基因
(SLS-MAS)
(三)MAS聚合育种
受体亲本
× 供体亲本
(不含优质基因)
(含优质基因)
F1 × 受体亲本
BC1
目标基因定位
标记辅助选择
中选BC1 × (含优质基因)
受体亲本
BC2 标记辅助选择
中选BC1
×
(含优质基因)
受体亲本
BC3
标记辅助选择
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:
①分子标记与目标基因紧密连 锁
②标记实用性强,重复性好, 而且能够经济简便地检测大 量个体。
③不同遗传背景选择有效。
遗传图谱的构建与农艺性状基因的标记
遗传作图的原理 其原理是基于染色体的交换与重组。在
分离 群体
抗性 鉴定
分子 标记 辅助 选择
结果 抗 感 杂 杂 杂 感 杂 抗 感 杂 抗 杂 杂 抗 感
作物MAS育种须具备的条件
分子标记与目标基因共分离或紧密连锁,一般要 求两者间的遗传距离小于5cM,最好1cM或更小。 具有在大群体中利用分子标记进行筛选的有效手 段,主要是应用PCR技术。 筛选技术在不同实验室间重复性好,且具有经济、 易操作的特点。 具有实用化程度高并能协助育种家作出抉择的计 算机数据处理软件。
不干扰 D RFLP标记起源于基因组DNA的自身变异,在数量上
几乎不受限制 E DNA需要量大,检测技术繁杂,难以用于大规模的
育种实践中。在植物分子标记辅助育种中需要将RFLP 转换成以PCR为基础的标记。
RAPD标记
S104GGAAGTCGCC S105AGTCGTCCCC S106ACGCATCGCA S107CTGCATCGTG S108GAAACACCCC S109TGTAGCTGGG S110CCTACGTCAG S111CTTCCGCAGT S112ACGCGCATGT
简单重复间序列(ISSR)标记
SNP标记
SNP密度高,分布广,平均约每1000对碱基出现 一个SNP。 两个无关个体间约有300万个SNPs。
其它分子标记技术
DAF (DNA amplification fingerprinting,DNA扩增指纹) AP-PCR (arbitrary primer PCR) SCAR (sequence characterized amplified region,序列 特异性扩增区) STS (sequence tagged site,序列标签位点)、 SSCP (single strand confirmation polymorphism,单链 构象多态性)、 CAPS (cleave amplified polymorphic sequence)。
细胞减数分裂时,非同源染色体上的基因 相互独立,自由组合,而位于同源染色体 上的连锁基因在减数分裂前期I非姊妹染色 单体间的交换而发生基因重组,用重组率 来表示基因间的遗传距离。遗传图谱只显 示基因间在染色体上的位置,并不反映 DNA的实际长度。
构建遗传图谱的主要环节: ① 根据遗传材料之间的多态性确定亲本 组合,建立作图群体。 ② 对群体中不同植株的标记进行基因性 分析。 ③ 借助计算机程序构建连锁群
供体
M R
M R
受体
m rBaidu Nhomakorabea
m r
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
利 用
MAS 的 遗 传 基 础
(以
RFLP 为
例)
RR Rr rr
(1-r)2 2r(1-r) r2
中选BC3(含优质基因) 自 交
新育成的优质品种 (受体亲本遗传本背景+优质基因)
目标基因的定位 与标记辅助回交 育种相结合程序图
SLS-MAS
基本原理是在一个随机杂交的混合群体中,首先在一 个很大群体中利用分子标记辅助选择目标性状,尽可 能使选择群体足够大,使中选的植株就目标位点纯合, 而在目标位点以外的其它基因位点上保持有大的遗传 多样性,最好仍呈孟德尔分离,这样,分子标记筛选 后,仍有很大遗传多样性供育种家通过传统育种方法 选择,产生新的品种和杂交种。这种方法对于分子标 记辅助选择质量性状或数量性状均适用。
延长F2使用时间的措施
• 采用无性繁殖,如进行组织培养扩繁、留蔸再生等。 • 使用F2单株的衍生系(F3株系或F4家系),将衍生
系内多个单株混合提取DNA,则能代表原F2单株的 DNA组成。从衍生系中选取单株必须是随机的,且 株数要足够多。
BC1群体
亲本1 × 亲本2 F1 × 亲本1或2 BC1
DH
F1花粉分化 个体 品系
高 中
1:1
RIL
F2个体自交 后代 品系
高 中
1:1
不同作物群体的特点
近等基因系的培育与农艺性状基因的标记

F1
×
BC1F1
×
BCnFn NIL
群体分离分析法与重要农艺性状基因的标记
群体分离分析法(bulked segregant analysis, BSA)是Michelmore等在 莴苣的抗病性研究中提出的, 简称BSA法。 BSA法是从近等基因系分析法演化而来的, 它省去了费时费工的选育 近等基因系过程, 克服了许多作物没有或难以创建相应NIL的限制, 在自交和异交物种中均有广泛的应用前景。 对于尚无连锁图或连锁图饱和程度较低的植物,利用 BSA法也是进行 快速获得与目标基因连锁的分子标记的有效方法。 此法是根据性状在 F2 代的极端表现分成二组, 用这二组提取的 D NA分别混合成 DNA库, 用此两个 DNA库, 筛选出与被测性状 相关的分子标记。 然后, 用此标记在分析群体中进行标记与性状间的共分离分析, 确定 是否连锁及彼此间的遗传距离, 进行基因定位。
AFLP标记
EcoR I / Mse I酶切
EcoRI接头
C
ANN
连接 接头 PCR 预扩增 选择性 PCR
MseI接头
A NNC
聚丙烯凝胶 电泳和硝酸 银染色检测
AFLP标记PAGE电泳结果
AFLP标记的主要特点:
(1)由于AFLP分析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)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。
(简单重复序列) SSR标记
SSR标记的主要特点:
(1)数量丰富,广泛分布于整个基因 (2)具有较多的等位性变异; (3)共显性标记,可鉴别出杂合子和纯合子; (4)实验重复性好,结果可靠; (5)由于创建新的标记时需知道重复序列两端 的序列信息,因此其开发有一定困难,费用也 较高。
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
RFLP标记
植物基因组DNA上的 碱基替换、插入、缺失 或重复等,造成某种限 制性内切酶酶切位点的 增加或丧失,从而产生 限制性片断长度多态 性。
用于分子标记的遗传作图可分为两类:
暂时性分离群体:包括F2、F3、F4、BC、三交群体等,这类 群体中分离单位是个体,一经自交或近交其遗传组成就会发 生变化,无法永久使用,由于每个单株所提供的DNA有限, 且只能使用一代,限制了该群体的作图能力;
永久性分离群体:包括RIL、DH等,这类群体中分离单位为 株系,不同株系之间存在基因型的差异,而株系内个体之间 的基因型是相同且纯合的,自交后不会发生分离,因此可通 过自交或近交繁殖后代,而不会改变群体的遗传组成,可以 永久使用。
分子标记及辅助育种技术
分子标记的类型:
第一类是以分子杂交为核心的分子标记技术,包 括RFLP、DNA指纹技术等; 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、序标位STS、 序列特征化扩增区域SCAR等; 第三类是一些新型的分子标记,如:SNP标记、 表达序列标签EST标记等。
F1 花药培养等途径
双单倍体(DH)群体
DH群体的特点
DH植株是纯合的,自交后即产生纯系,因此DH群体 能够稳定繁殖,长期使用。
DH群体的遗传结构直接反映了F1配子中基因的分离 和重组,因此DH群体与BC1群体一样其作图效率是最 高的。
构建DH群体需精湛的花培技术和染色体加倍技术, 同时所提供的信息量也明显低于F2群体。
新组装的杂合体。
分子标记的优越性
1.克服性状表现型鉴定的困难 2.允许早期选择 3.控制单一性状的多个(等位)基因的利用 4.允许同时选择多个性状 5.可进行性状非破坏性评价和选择 6.从育种进程考虑,可加快育种进程,提高
育种效率
开展分子标记辅助选 择应具备的主要条件
A:与目标基因紧密连锁的分子 标记 B: 简便快捷的标记检测方法
植物的花培能力跟基因型关系较大,因而花培过程 会对不同基因型的花粉产生选择效应,从而破坏DH 群体的遗传结构,造成严重的偏分离现象,影响到 遗传作图的准确性。
群体 形成 性状研究 对象 准确度
必要的群 体规模 分离比例
F2
F1自交后代
个体
低 大
1:2:3或3:1
BC1
F1回交后代
个体
低 大
1:1
BC1群体的特点
BC1群体中每一分离的基因座只有两种基因型,它 直接反映了F1代配子的分离比例,因而BC1群体的 作图效率是最高的。
由于该群体的配子类型较少,统计及作图分析较 为简单,但提供的信息量少于F2群体,且可供作图 的材料有限,不能多代使用。
对于一些人工杂交比较困难的植物,BC1群体不太 适合用来作图,一是难以建立较大的BC1群体,二 是容易出现假杂种,造成作图的误差。
RIL群体
亲本1 × 亲本2
F1 F2
多代自交一粒传 F6或F7
RIL的特点
• RIL群体一旦建立,就可以代代繁衍保 存,有利于不同实验室的协同研究,而 且作图的准确度更高。
• 异花授粉植物由于存在自交衰退和不结 实现象,构建RIL群体比较困难。
• 建立RIL群体相当费时。
DH群体
亲本1 × 亲本2
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