第十章_分子标记辅助育种

1.0
Prob.(QQ/AA) = Prob(QQ and AA) = (1-r)2/4 = (1-r)2
Prob.(QQ/AA) = Prob(AA)
1/4
Marker Assisted Selection (MAS)
Marker
AA Aa aa
QQ (1-r)2 r(1-r)
r2
P(Qj/Mi) Qq
• 分了标记在与育种有关的种质资源研究：
– 绘制品种的指纹图谱 – 种质资源的遗传多样性及分类研究 – 种质资源的创新与鉴定 – 绘制目标性状基因连锁标记 – 选择育种亲本等
二、分子标记与亲本选配
玉米 • Melchinger等人(1990)应用81个多态型探针分析
了近20个包括新、老品种和配合力表现不同的玉 米自交系 – 亲本遗传差异与杂种表现的相关性随研究材料
2r(1-r) (1-r)2+r2
2r(1-r)
qq r2 r(1-r) (1-r)2
感病亲本 抗病亲本
} Rxo1
亲本 DNA（标记）带型 r marker
杂种F1 标记带型 F2群体标记类型
chr 6s
RR (1-r)2 Rr 2r(1-r) rr r2
目标基因选择的正确率
• 选择正确率随重组率的增加而迅速下降。或者说 重组值越小，其错选率越低
图 1M7-4ASM聚AS合聚合3个3 个抗抗稻稻瘟瘟病病基因基的因计划的计划
r(1-r)/4 + r(1-r)/4
r2/4
1/4
Aa r(1-r)/4 + r(1- (1-r)2/4 + r2/4 + r2/4 + (1- r(1-r)/4 + r(1- 1/2
r)/4
r)2/4
r)/4
aa r2/4
r(1-r)/4 + r(1-r)/4
(1-r)2/4
1/4
1/4
1/2
1/4
2. 降低分子标记辅助选择的成本
• 微量提取法提取DNA，不需液氮处理的DNA提取 技术，在提取过程中不利用特殊化学药品，降低 提取缓冲液成本
• 减少PCR反应体积 • 利用多重PCR方法 • 在琼脂糖或聚丙烯酰胺凝胶上多重上样 • 相斥相分子标记
第三节 应用MAS育种的研究实例
一、分子标记与资源评价
• 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的植株的最少数 目为
n = log (1-P)/log(1-p)， p = (1-r)2
• 重组率高达0.3，只 需选择7株具有基因 型M/M的植株
• 标记与目标基因间无 连锁，重组率为0.5， 则至少需选择16株
• 两侧标记作目标基因选择 • 双标记选择的正确率确实比单标记选择高得多
r(1-r)/4 r(1-r)/4 (1-r)2/4
r/2 Aq r(1-r)/4 r/2 aQ r(1-r)/4 (1-r)/2 aq (1-r)2/4
r2/4 r2/4 r(1-r)/4
r2/4 r2/4 r(1-r)/4
r(1-r)/4 r(1-r)/4 (1-r)2/4
QQ
Qq
qq
AA (1-r)2/4
的不同而有差异 – 同一杂种优势群中的自交系间杂种优势表现与
亲本的遗传距离存在较高的相关性 – 在不同杂种优势群的自交系间杂交组合的遗传
距离与杂种优势则不相关
杂 种 优 势
基因型杂合性
三、MAS增强作物抗病性
将IRBB21中抗病基因Xa21导 入到优良恢复系明恢63
（MAS 筛选 Xa21 一侧具有交换的阳性单株） （MAS 筛选 Xa21 另一侧具有交换的阳性单株） （MAS 选择背景同明恢 63 的单株） （选 Xa21 纯合，背景与明恢 63 完全一致的单选择 (foreground selection)
Ar
marker
Q
putative gene
B
marker
r为A 与 Q 之间的重组率
Conditional Probability
(1-r)/2 AQ r/2 Aq r/2 aQ (1-r)/2aq
(1-r)/2 AQ (1-r)2/4
12个白叶枯病菌系混合接种鉴定品种/组合抗性
MH63(Xa21)
MH63(CK)
四、分子标记辅助抗性基因聚合 （gene pyramiding）
3个抗病基因（Pi1，Piz-5，Pita）在水稻染色体上的定位
C101LAC×C101A51 （Pi1） （Piz-5）
C101LAC×C101PKT （Pi1） （Pita）
形态标记辅助选择的缺点
• 数量有限 • 一些形态标记常与不良性状连锁 • 多基因控制的重要农艺性状受到环境影响较大 • 表型测量难度较大或误差较大 • 特定的表现时期
效率较低
• 借助分子标记对目标性状的基因型进行选择
• 对重要农艺性状基因进行定位和追踪，对目 标性状进行有效遗传操纵
• 利用分子标记分析与目的基因紧密连锁的基 因型，辅助回交选择，减轻连锁累赘，聚合 有利基因，加快育种进程，提高选择效率
C101A51×C101PKT （Piz-5） （Pita）
F1（自交） F2（两侧分子标记鉴定）
F1（自交） F2（两侧分子标记鉴定）
F1（自交） F2（两侧分子标记鉴定）
Pi1 ，Piz-5 纯合植株
× Pi1 ，Pita 纯合植株
Piz-5，Pita纯合植株
F1（自交）
分子标记选择具有 Pi1 ，Piz-5 和 Pita 基因的 F2 单株纯合植株
第一节 分子标记辅助选择
• 利用易于鉴定的遗传标记来辅助选择来提高选择效 率和降低育种盲目性
• 常规育种过程中基本上应用形态学标记，把与目标 基因连锁的、易于识别的性状作为标记，对目标性 状进行相关选择
– 大麦中抗秆锈病的基因与抗散黑穗病的基因紧密 连锁
– 水稻中紫叶标记基因与恢复基因共分离 • 对质量性状一般是有效的 • 主效基因与数量性状连锁的辅助选择数量性状策略
1. 分子标记辅助选择的限制因素
• 很大程度决定于标记与目的基因或QTL之间的连 锁程度 – 连锁不紧密时(r=0.2)、QTL两侧两个遗传标记 较一个遗传标记的遗传进度要大38％
• 主要受性状QTL的检测能力、精确性或准确性的 影响
• 作图所用的群体大小以及性状遗传力 – QTL数目、效应大小 – 一般来说遗传力越高，则MAS效率降低 – 遗传力低的性状，QTL的检测能力和定位准确 性会降低
2、背景选择 (background selection)
• 背景选择的对象几乎包括了整个基因组 • 高密度的分子标记连锁图
图示基因型
当一个个体中覆盖全基因组的所有标记的基因 型都已知时，就可以推测出各个标记座位上等 位基因的可能来源(指来自哪个亲本)，进而可 以推测出该个体中所有染色体的组成, 即全基 因组组成状况的连续的基因型
第十章 分子标记辅助选择 Marker-assisted selection
作物育种基础与环节
• 作物育种的成效取决于三个方面 – 发现和创造育种上有利的遗传变异 – 采用合理先进的育种手段方法，将优良基因重 组在一起 – 应用准确有效的选择鉴定技术，筛选出优良的 重组类型
The central dogma of plant breeding
Graphical genotyping F2 individual
二、分子标记辅助选择的优势
• 克服性状鉴定的困难 –隐性等位基因 –表现型鉴定难 –需要特别环境鉴定
• 允许早期选择，多性状/基因选择 • 显著地减轻连锁累赘的程度 • 加快育种进程，提高育种效率
–免除了测交或后代测验 –早世代选择，减少群体规模 • 全基因组选择
传统回交育种 F1 回交1 回交2 回交3 回交20 回交100
标记辅助选择回交育种
F1
回交1 回交2
三、分子标记辅助选择应具备的主要条件
• 与目标基因紧密连锁的分子标记 – 共分离或紧密连锁的(一般应小于5cM)
• 简便快捷的标记检测方法 – 检测方法要简单、快速、准确、成本低廉 – 检测过程（包括DNA的提取、分子标记的检测、 数据分析等）最好能自动化 – 应有很高的可重复性，且经济实用 – 一套能准确进行多数据处理的计算机分析软件 – 以PCR为基础的标记