作物分子设计育种
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从基因组序列、EST信息和全长 cDNA序 列中发掘新标记和新基因的工作取得了 一定进展。
二、我国开展分子设计育种的时 机已经成熟
2、开展虚拟分子育种。 我国利用分子数量遗传学和计算机技术研
究 QTL 作图、QTL 与环境之间的关系方 面位于国际同等水平。
二、我国开展分子设计育种的时 机已经成熟
3、拥有建立大型的数据搜集和处理系统 的技术和经验。
国家作物种质资源信息系统已建立多年 , 目前该系统中储存的数据已达数千万项 。
二、我国开展分子设计育种的时 机已经成熟
4、拥有基因作图、比较基因组学研究、 等位基因多样性研究等关键技术。 大多数重要性状基因作图； 开展小麦族内的物种之间、禾本科作物 之间的比较基因组学研究；
二、我国开展分子设计育种的时 机已经成熟
5、与国外相比，存在问题 1) 主要农艺性状基因发掘和功能研 究存在不足； 2) 分子设计育种相关的信息系统不够 完善。 3) 分子设计育种理论研究相对滞后。
三、我国作物分子设计育种的研 究重点
1、重要农艺性状基因/QTL 高效发掘 构建作物的高代回交导入系群体, 并结合
实例
有一包含65 个染色体片段置换系 ( chromosome segment substitution line , CSSL) 的群体,产生这一群体的2 个亲本分别为粳稻 Asominori(背景或轮回亲本) 和籼稻IR24 (供 体或非轮回亲本) 。每个CSSL 包含一个或 几个来自IR24的染色体片段,其余染色体来 自背景亲本Asominori 。所有供体染色体片 段覆盖了IR24 的整个基因组,不同染色体片 段用不同的RFLP 标记表示。
第五章 作物分子设计育种
分子设计育种的概念
1、由来
Peleman 和van der Voort 对“设计育 种”(breeding by design ) 这一名词进行了 商标注册 。
分子设计育种的概念
2、概念
以生物信息学为平台,以基因组学和 蛋白组学的数据库为基础,综合作物育种 学流程中的作物遗传、生理生化和生物 统计等学科的有用信息,根据具体作物的 育种目标和生长环境,先设计最佳方案,然 后开展作物育种试验的分子育种方法。
一、相关基础研究现状及发展趋势
4、基因电子定位与电子延伸得到应用 利用 EST或cDNA全长序列等信息对表达 序列直接进行作图，把不同基因定位在 染色体上； NCBI利用BLAST技术把 EST数据进行了 整理建立了 dbEST数据库；
一、相关基础研究现状及发展趋势
5、转基因技术和标记辅助选择方法Leabharlann Baidu得一 定进展
定向选择,消除复杂的遗传背景对基因 /QTL 定位精度的不良影响,高效发掘种质 资源中重要农艺性状的基因/QTL 。
三、我国作物分子设计育种的研 究重点
2、建立核心种质和骨干亲本的遗传信息 链接
获取亲本携带的基因及其与环境互作的 信息预测不同亲本杂交后代在不同生态 环境下的表现提供信息支撑。
三、我国作物分子设计育种的研 究重点
四、 分子设计育种实例
（一）、步骤 (1) 定位所有相关农艺性状的QTL ; (2) 评价这些位点的等位性变异; (3) 开展设计育种。
四、 分子设计育种实例
（二）、过程 1、 研究育种目标性状的QTL 2、 评价这些位点的等位性变异; 3、 开展设计育种。
1、 研究育种目标性状的QTL
（1）构建作图群体 （2）筛选多态性标记 （3）构建标记连锁图谱 （4）评价数量性状的表现型和QTL分析。
3、建立主要育种性状的 GP模型
GP(Genotype to phenotype)
GP 模型利用发掘的基因信息、核心种质和骨 干亲本的遗传信息链接提供的信息,结合不同作 物的生物学特性及不同生态地区育种目标,对育 种过程中各项指标进行模拟优化,预测不同亲本 杂交后代产生理想基因型和育成优良品种的概 率,大幅度提高育种效率。
主要内容
一、相关基础研究现状及发展趋势 二、我国开展分子设计育种的时机已经
成熟 三、我国作物分子设计育种的研究重点
一、相关基础研究现状及发展趋势
1、 生物信息学遗传信息数据库中的数据 呈“爆炸式”增长
（1）基因组学 3 大核酸序列数据库EMBL 数据库, NCBI的
GenBank数据库，DDBJ 数据库。 （2）蛋白组学
根据粒长的观测值,可以通过分析不同标 记基因型间粒长的差异显著性来判断哪 些片段上携带有影响粒长的QTL 。存在 QTL 的可能性常用LOD 值的大小来衡量 (图1-A) ,
实践中,可根据不同研究目的选择LOD 临界值
去判定QTL 的存在,如果研究目的在于QTL 的 克隆和功能分析,则判定QTL 存在时应选择较 高的LOD临界值,如3.0 或更高,以避免假阳性; 如果目的在于预测基因型,则假阳性不会对结 果造成较大的负面影响,此时可选择较低的 LOD 临界值,如1.0 ,以保证效应较小的QTL 也 能鉴定出来。在上面的实例中,当采用0.83 的 临界值时(对应于显著性水平0.05) ,我们一共 鉴定出13 个控制粒长的QTL ,8 个控制粒宽的 QTL ,同时也鉴定出一些上位性QTL 。
转基因技术仅限于利用主基因改良单一 目标性状；
分子标记辅助选择并不比传统的选择方 法在对主基因控制的性状方面有明显优 势;对多基因控制的重要农艺性状 ,由于 现有的 QTL 定位成果很难直接用于指导 分子标记辅助选择。
二、我国开展分子设计育种的时 机已经成熟
1、拥有生物信息学的研究力量和技术。 首次对水稻全基因组测序并对水稻第4 染色体精细测序；
一、相关基础研究现状及发展趋势
2、分子标记技术发展日新月异
第一代分子标记，基于Southern杂交， RFLP;
第二代分子标记，基于PCR杂交， SSR;
第三代分子标记，基于基因序列， cDNA序列的SSR和SNP
一、相关基础研究现状及发展趋势
3、基因和 QTL 定位研究广泛深入 数量性状的基因位点(QTL)定位; 植物 QTL 定位方法：区间作图，复合区 间作图和基于混合线性模型的复合区间 作图； 等位基因变异的检测与表型性状的深入鉴 定。
二、我国开展分子设计育种的时 机已经成熟
2、开展虚拟分子育种。 我国利用分子数量遗传学和计算机技术研
究 QTL 作图、QTL 与环境之间的关系方 面位于国际同等水平。
二、我国开展分子设计育种的时 机已经成熟
3、拥有建立大型的数据搜集和处理系统 的技术和经验。
国家作物种质资源信息系统已建立多年 , 目前该系统中储存的数据已达数千万项 。
二、我国开展分子设计育种的时 机已经成熟
4、拥有基因作图、比较基因组学研究、 等位基因多样性研究等关键技术。 大多数重要性状基因作图； 开展小麦族内的物种之间、禾本科作物 之间的比较基因组学研究；
二、我国开展分子设计育种的时 机已经成熟
5、与国外相比，存在问题 1) 主要农艺性状基因发掘和功能研 究存在不足； 2) 分子设计育种相关的信息系统不够 完善。 3) 分子设计育种理论研究相对滞后。
三、我国作物分子设计育种的研 究重点
1、重要农艺性状基因/QTL 高效发掘 构建作物的高代回交导入系群体, 并结合
实例
有一包含65 个染色体片段置换系 ( chromosome segment substitution line , CSSL) 的群体,产生这一群体的2 个亲本分别为粳稻 Asominori(背景或轮回亲本) 和籼稻IR24 (供 体或非轮回亲本) 。每个CSSL 包含一个或 几个来自IR24的染色体片段,其余染色体来 自背景亲本Asominori 。所有供体染色体片 段覆盖了IR24 的整个基因组,不同染色体片 段用不同的RFLP 标记表示。
第五章 作物分子设计育种
分子设计育种的概念
1、由来
Peleman 和van der Voort 对“设计育 种”(breeding by design ) 这一名词进行了 商标注册 。
分子设计育种的概念
2、概念
以生物信息学为平台,以基因组学和 蛋白组学的数据库为基础,综合作物育种 学流程中的作物遗传、生理生化和生物 统计等学科的有用信息,根据具体作物的 育种目标和生长环境,先设计最佳方案,然 后开展作物育种试验的分子育种方法。
一、相关基础研究现状及发展趋势
4、基因电子定位与电子延伸得到应用 利用 EST或cDNA全长序列等信息对表达 序列直接进行作图，把不同基因定位在 染色体上； NCBI利用BLAST技术把 EST数据进行了 整理建立了 dbEST数据库；
一、相关基础研究现状及发展趋势
5、转基因技术和标记辅助选择方法Leabharlann Baidu得一 定进展
定向选择,消除复杂的遗传背景对基因 /QTL 定位精度的不良影响,高效发掘种质 资源中重要农艺性状的基因/QTL 。
三、我国作物分子设计育种的研 究重点
2、建立核心种质和骨干亲本的遗传信息 链接
获取亲本携带的基因及其与环境互作的 信息预测不同亲本杂交后代在不同生态 环境下的表现提供信息支撑。
三、我国作物分子设计育种的研 究重点
四、 分子设计育种实例
（一）、步骤 (1) 定位所有相关农艺性状的QTL ; (2) 评价这些位点的等位性变异; (3) 开展设计育种。
四、 分子设计育种实例
（二）、过程 1、 研究育种目标性状的QTL 2、 评价这些位点的等位性变异; 3、 开展设计育种。
1、 研究育种目标性状的QTL
（1）构建作图群体 （2）筛选多态性标记 （3）构建标记连锁图谱 （4）评价数量性状的表现型和QTL分析。
3、建立主要育种性状的 GP模型
GP(Genotype to phenotype)
GP 模型利用发掘的基因信息、核心种质和骨 干亲本的遗传信息链接提供的信息,结合不同作 物的生物学特性及不同生态地区育种目标,对育 种过程中各项指标进行模拟优化,预测不同亲本 杂交后代产生理想基因型和育成优良品种的概 率,大幅度提高育种效率。
主要内容
一、相关基础研究现状及发展趋势 二、我国开展分子设计育种的时机已经
成熟 三、我国作物分子设计育种的研究重点
一、相关基础研究现状及发展趋势
1、 生物信息学遗传信息数据库中的数据 呈“爆炸式”增长
（1）基因组学 3 大核酸序列数据库EMBL 数据库, NCBI的
GenBank数据库，DDBJ 数据库。 （2）蛋白组学
根据粒长的观测值,可以通过分析不同标 记基因型间粒长的差异显著性来判断哪 些片段上携带有影响粒长的QTL 。存在 QTL 的可能性常用LOD 值的大小来衡量 (图1-A) ,
实践中,可根据不同研究目的选择LOD 临界值
去判定QTL 的存在,如果研究目的在于QTL 的 克隆和功能分析,则判定QTL 存在时应选择较 高的LOD临界值,如3.0 或更高,以避免假阳性; 如果目的在于预测基因型,则假阳性不会对结 果造成较大的负面影响,此时可选择较低的 LOD 临界值,如1.0 ,以保证效应较小的QTL 也 能鉴定出来。在上面的实例中,当采用0.83 的 临界值时(对应于显著性水平0.05) ,我们一共 鉴定出13 个控制粒长的QTL ,8 个控制粒宽的 QTL ,同时也鉴定出一些上位性QTL 。
转基因技术仅限于利用主基因改良单一 目标性状；
分子标记辅助选择并不比传统的选择方 法在对主基因控制的性状方面有明显优 势;对多基因控制的重要农艺性状 ,由于 现有的 QTL 定位成果很难直接用于指导 分子标记辅助选择。
二、我国开展分子设计育种的时 机已经成熟
1、拥有生物信息学的研究力量和技术。 首次对水稻全基因组测序并对水稻第4 染色体精细测序；
一、相关基础研究现状及发展趋势
2、分子标记技术发展日新月异
第一代分子标记，基于Southern杂交， RFLP;
第二代分子标记，基于PCR杂交， SSR;
第三代分子标记，基于基因序列， cDNA序列的SSR和SNP
一、相关基础研究现状及发展趋势
3、基因和 QTL 定位研究广泛深入 数量性状的基因位点(QTL)定位; 植物 QTL 定位方法：区间作图，复合区 间作图和基于混合线性模型的复合区间 作图； 等位基因变异的检测与表型性状的深入鉴 定。