分子标记

第四章
分子标记技术
4.3 分子标记辅助育种
4.3.1 分子标记辅助选择的遗传基础
1、染色体遗传理论 1903年W. S. Sutton和T. Boveri分别提出了遗传因子位于染色体上的理 论，他们将染色体看作是孟德尔基因的物理载体--染色体遗传理论。 其基本要点如下：(1)体细胞核内的染色体成对存在，其中一条来自雌亲， 一条来自雄亲，成对染色体的两个成员是同源的。(2)每条染色体在个体的生命 周期中均能保持其结构上的恒定性和遗传上的连续性，因而在个体的发育过程 中起着一定的作用。(3)在减数分裂中，同源染色体的两个成员相互配对，随后 又发生分离，走向细胞的两极，从而形成两个单倍体性细胞。
Bradi4g36800 Bradi4g36880 Bradi4g36910 Bradi4g36976 Bradi4g37002 Bradi4g37030 Os09g37100 Os09g37230 Os09g37270 Os09g37495 Os09g37510
1.4
0.6 0.3 0.5 0.3 0.6
为基因连锁。 它们之间的重组是通过一对同源染色体的两个非姊妹染色单体之间的交
换来实现的。
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4.3 分子标记辅助育种
分子标记技术
4.3.1 分子标记辅助选择的遗传基础 3. 图谱制作的统计学原理 两点测验
多点测验
交换干扰与作图函数
第四章
4.3.2分子标记筛选
分子标记技术
质量性状分子标记----抗病、抗虫、株高 数量性状分子标记----产量、品质、抗旱
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4.3.2.2 数量性状分子标记筛选
数量性状基因的初级定位其他方法 •均值差检验法 •性状-标记回归法 •性状-QTL回归法 •性状-QTL-标记回归法
•基于性状-标记回归的区间定位
•QTL定位的计算机软件 •QTL定位的可靠性 •提高QTL定位灵敏度和精确度的方法
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XAWCO08 XAWES01 XAWCO09 XAWCO10 PmAS846 XAWCO11 XAWCO12
XAWCO13 XAWSS01 XAWSS02 XAWCO14 XAWSS03 XAWCO15 XAWCO16
Bradi4g37230 Bradi4g37267 Os09g37949 Bradi4g37560
间的连锁关系，其基本原理仍然是对个体进行分组，但这种分组是不完
全的。 根据个体分组依据的不同，现有的QTL定位方法可以分成两大类。 一类是以标记基因型为依据进行分组的，称为基于标记的分析法 （marker-based analysis）；另一类是以数量性状表型为依据进行分组 的，称为基于性状的分析法（trait-based analysis）。
重要因素: 包括亲本的选配、分离群体类型的选择及群体大小的确定等 A 亲本的选配: 亲本间的DNA多态性 尽量选用纯度高的材料 要考虑杂交后代的可育性 B 分离群体类型的选择 C 群体大小的确定 F2=2BC1 F2>RI>BC1和DH
F2代群体
BC1群体 RI群体 DH群体 IF2群体
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2. DNA标记分离数据
kb / cM
0.2 2.4 4.8 27.0 250.0 500.0 300.0 1,800.0 1,000.0 1,000.0
3）当两亲本出现多条带的差异
时，应通过共分离分析鉴别这些带是 属于同一座位还是分别属于不同座位
果 蝇 水 稻 小 鼠 人 类 玉 米
构建DNA标记图谱的计算机软件
第四章
Bradi4g37680 Bradi4g37770 Bradi4g37800 Bradi4g37900 Bradi4g37960 Bradi4g38010 Bradi4g38090 Bradi4g38170 Bradi4g38210
Os09g38520 Os09g38620 Os09g38700 Os09g38755 Os09g38910 Os09g38980
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4.3.2.3 分子图谱的构建
作图群体 (F2,BC,DH,RIL等)
遗传标记数据
Baidu Nhomakorabea
数量性状数据
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分子标记技术
4.3.2.3 分子图谱的构建
2. DNA标记分离数据的数学处理 分离数据的收集与数字化
注意：1）应避免利用没有把握的数据
2）应注意亲本基因型，对亲本 基因型的赋值(如P1型为1，P2型为2) 在所有的标记座位上必须统一
图。比较作图的分子基础就是物种间DNA序列尤其是编码序
列的保守性。通过比较作图可揭示不同物种基因组或基因组 区域同线性或共线性的存在，从而了解不同物种基因组结构 的相似性及基因组进化的历程。
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分子标记技术
4.3.2.3 分子图谱的构建
XAWCO01 XAWET01 XAWET02 XAWCO02 XAWCO03 XAWET03 XAWCO04 XAWCO05 XAWCO06 XAWCO07
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4.3.2.2 数量性状分子标记筛选
基于性状的分析法( trait-based analysis )
在DH群体中，与QTL连锁 的遗传标记的两种基因型 的分离比例在高值组和低 值组中都会偏离1 : 1的孟 德尔分离规律，其电泳带 型在高值组DNA和低值组 DNA间也会表现出差异, 且 分别与高值亲本和低值亲 本相似
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4.3.2.2 数量性状分子标记筛选
大多数重要的农艺性状和经济性状如产量、品质、生育期、抗逆性等都是 数量性状。与质量性状不同，数量性状受多基因控制，遗传基础复杂，且易受环
境影响，表现为连续变异，表现型与基因型之间没有明确的对应关系。
控制数量性状的基因在基因组中的位置称为数量性状基因座(QTL)。利用分 子标记进行遗传连锁分析，可以检测出QTL，即QTL定位（QTL mapping）。借
a. 基于性状表现型的BSA法 b. 基于标记基因型的BSA法
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2. 分离体分组混合分析法
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4.3.2.1 质量性状分子标记筛选
基于性状表现型的BSA法 基本思想是：在作图群 体中，依据目标性状表 型的相对差异（如抗病 与感病），将个体或株 系分成两组，然后分别 将两组中的个体或株系 的DNA混合，形成相对 的DNA池。
助与QTL连锁的分子标记，就能够在育种中对有关的QTL的遗传动态进行跟踪，
从而大大增强人们对数量性状的遗传操纵能力，提高育种中对数量性状优良基因 型选择的准确性和预见性。因此，QTL定位是一项十分重要的基础研究工作。
第四章
QTL定位的基本原理和方法
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4.3.2.2 数量性状分子标记筛选
孟德尔遗传学分析非等位基因间连锁关系的基本方法是，首先根 据个体表现型进行分组，然后根据各组间的比例，检验非等位基因间是 否存在连锁，并估计重组率。QTL定位实质上就是分析分子标记与QTL之
数量性状基因的精细定位 单个QTL的精细定位
全基因组QTL的精细定位
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4.3.2.3 分子图谱的构建
每个分子标记反映相应染色体座位上的遗传多态性。为有效利用分子标记提供 的遗传信息，希望知道不同标记在染色体上的相对位置或排列情况，也就是要构 建分子标记的遗传连锁图谱。 利用DNA标记构建遗传连锁图谱在原理上与传统遗传图谱的构建是一样的。其 基本步骤包括：
遗传图距与物理距离对应关系的估计
物 种
嗜菌体T4 大肠杆菌 酵 母 真 菌 线 虫
基因组大小（kb）
1.6×102 4.2×103 2.0×104 2.7×104 8.0×104 1.4×105 4.5×105 3.0×106 3.3×106 2.5×106
遗传图距（cM）
800 1,750 4,200 1,000 320 280 1,500 1,700 3,300 2,500
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4.3 分子标记辅助育种
4.3.1 分子标记辅助选择的遗传基础
2、基因重组和连锁理论
• • • • 连锁图谱构建的理论基础是染色体的交换与重组。 在细胞减数分裂时，非同源染色体上的基因相互独立、自由组合，同源
染色体上的基因产生交换与重组，交换的频率随基因间距离的增加而增大。 位于同一染色体上的基因在遗传过程中一般倾向于维系在一起，而表现
第四章
分子标记技术
4.3.2.2 数量性状分子标记筛选
基于标记的分析法（marker-based analysis）；
DH群体中某QTL的基因 型QQ和qq在连锁标记基 因型MM和mm中的频率 分布（分离比例）. r为标 记与QTL间的重组率. 仅 当r = 0.5（亦即标记与 QTL间没有连锁）时, QQ 和qq在MM和mm中的频 率分布才相同
近等基因系分析法应用实例
Young和Tanksley (1989)通过连续回交，将番茄抗烟草花叶
病毒病抗病基因Tm-2，转移到不同的栽培品种中，从而得
到了一系列不同轮回亲本的NIL。这些NIL所拥有的包含Tm2片段的长度在4~51cM之间。利用这些NIL，他们找到了与
Tm-2相距不到0.5cM的DNA标记。
性状进行标记辅助选择，另一个是为了对质量性状基因进行图位克隆。 1. 近等基因系分析法 2. 分离体分组混合分析法，简称BSA法
第四章
1. 近等基因系分析法
分子标记技术
4.3.2.1 质量性状分子标记筛选
近 等 基 因 系 的 培 育
第四章
1. 近等基因系分析法
分子标记技术
4.3.2.1 质量性状分子标记筛选
•选择适合作图的DNA标记；
•根据遗传材料之间的DNA多态性，选择用于建立作图群体的亲本组合； •建立具有大量DNA标记处于分离状态的分离群体或衍生系； •测定作图群体中不同个体或株系的标记基因型； •对标记基因型数据进行连锁分析，构建标记连锁图。
第四章
1. 作图群体的建立
分子标记技术
4.3.2.3 分子图谱的构建
第四章
2. 分离体分组混合分析法
分子标记技术
4.3.2.1 质量性状分子标记筛选
BSA法是从近等基因系分析法演化而来的，它克服了许多作物没
有或难以创建相应的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。
近等基因系分析法的基本原理
利用NIL寻找质量性状基因的分子标 记的基本策略是比较轮回亲本、NIL及供
体亲本三者的标记基因型，当NIL与供体
亲本具有相同的标记基因型，但与轮回亲 本的标记基因型不同时，则该标记就可能 与目标基因连锁.
第四章
1. 近等基因系分析法
分子标记技术
4.3.2.1 质量性状分子标记筛选
第四章
分子标记技术
农学院植物科学系 张 宏
第四章
4.1 分子标记概述
分子标记技术
了解分子标记技术的类型、基本原理、方法，初步掌握分子标 记在植物辅助选择育种实践中的应用。
4.2 分子标记种类及其原理 一、以限制性内切酶技术为基础的分子标记 二、以PCR技术为基础的分子标记 三、分子标记的相互转化 4.3 分子标记辅助育种 一、分子标记辅助选择的遗传基础 二、分子标记的筛选 三、质量性状的分子标记辅助选择 四、数量性状的分子标记辅助选择 五、分子标记辅助选择的育种策略
分子标记技术
4.3.2.3 分子图谱的构建
3. DNA标记连锁图谱的完善
DNA标记连锁群的染色体定位 饱和DNA标记连锁图的制作 DNA标记连锁图与经典遗传连锁图的整合
第四章
分子标记技术
4.3.2.3 分子图谱的构建
4. 比较作图（Comparative Mapping） 利用一种物种的DNA标记对另一物种进行遗传或物理作
为精细定位某个QTL，必须使用含有该目标QTL的染色 体片段代换系或近等基因系（简称为目标代换系）与受 体亲本进行杂交，建立次级实验群体。一个理想的染色 体片段代换系应该是，除了目标QTL所在的染色体片段 完整地来自供体亲本之外，基因组的其余部分全部与受 体亲本相同。
4.3.2.2 数量性状分子标记筛选
第四章
分子标记技术
4.3.2.1 质量性状分子标记筛选
在分离群体中表现为不连续性变异能够明确分组的性状称为质量性状。
质量性状通常受一个或少数几个主基因控制，不易受环境的影响。 寻找与质量性状基因紧密连锁的DNA标记，或者说对质量性状进行分子
标记（molecular tagging），主要有两个目的，一个是为了在育种中对质量