华中农业大学作物遗传育种展业博士资格考试题库整理

博士资格考试试题

1．试述高通量基因型分析的含义及其在遗传研究中的作用。

高通量基因型分析就是使用基因芯片及新一代测序技术发掘序列多态性（主要是SNP标记），目前SNP主要以三种形式存在，转换、颠换、及插入缺失。

在遗传研究中的作用：（1）利用高通量基因型分析来迅速构建高密度的遗传连锁图谱，较常规的基于PCR的标记分析通量更高，更省时省力。在遗传图谱构建中高通量的基因分型方法可以更精准地检测出群体中的重组事件并确定重组断点，最终提高遗传图谱的分辨率，有利于更加精准的定位QTLs。（2）在基于自然群体的全基因组关联分析中，高通量的SNP技术更加能显示其通量高，省时省力的优势，也只有高通量的基因型分析产生的大批量分子标记才能适合全基因组关联分析。（3）更方便构建材料的DNA指纹图谱分析，用于品种的系谱来源研究及纯度分析2.请您简述（1）农作物群体改良的原理（2）自花授粉作物群体改良的方法（3）如何利用现代生物技术手段提高群体改良的效率

农作物群体改良的原理：在一个完全随机交配的群体内，如果没有其他因素（如选择、突变等）干扰时，基因与基因型频率保存恒定，各世代不变，这是基因平衡定律。群体改良即不断的通过人为选择，打破群体基因和基因型的平衡，不断提高改良群体内人类所需基因及基因型的频率。选择和重组是群体进化的主要动力。

自花授粉作物群体改良的关键在于使其异交化，在合成基础群体时导入雄性不育基因，建立异交群体的方法是首先用杂交、回交法把隐形雄性核不育基因导入群体中的每个品系，然后再把回交获得的品系的种子等量混合在隔离区种植。由于只收获雄性不育株的种子，因此高水平的隐性雄性不育特性将继续保留在群体中。每一代选择优良的雄性不育株，以该改良群体作为第二轮改良的基础群体，重复这个过程。

现在生物技术可以采用分子标记辅助选择来提高群体改良的效率，前提是我们通过QTL定位等获取某些性状紧密连锁的分子标记，然后可以用分子标记对基础群体中的每一个株系进行选择，通过分子标记选择具有我们需要的优良等位基因的株系混合作为基础群体进行群体改良。其次在每一代的选择中我们都可以通过分子标记在苗期进行选择，选择具有优良等位基因的单株进行群体改良，缩小群体及减少工作量。最理想的状态是通过对所有性状的分子机制的理解，进行全基因组辅助的分子设计育种，做到定向、高效、精准育种。

3.如何利用生物技术和基因组学研究的成果克服传统育种方法的缺陷

传统育种存在的缺陷：（1）种间农艺性状的转移容易受到种间生殖隔离的限制；

（2）通过杂交进行转移优良基因的时候，容易受到连锁累赘的影响；

（3）优良基因转移成功与否依赖于表型的鉴定，受到环境的影响大转基因育种：转基因技术可针对目标性状精确改良，不仅省时而且可打破物种的界限，充分利用遗传资源

分子标记辅助选择育种：我们通过QTL定位等获取某些性状紧密连锁的分子标记，然后可以用分子标记对基础群体中的每一个株系进行选择，通过分子标记选择具有我们需要的优良等位基因的株系混合作为基础群体进行群体改良。其次在每一代的选择中我们都可以通过分子标记在苗期进行选择，选择具有优良等位基因的单株进行群体改良，缩小群体及减少工作量。最理想的状态是通过对所有性状的分子机制的理解，进行全基因组辅助的分子设计育种，做到定向、高效、精准育种。

分子设计育种：在分子标记辅助育种的基础上，随着近年来大量基因组序列数据、高通量基因型和植物表型鉴定技术的发展，众多重要性状功能基因的发掘，以及对分子标记与目标性状关系的深入了解进一步催生了设计育种的概念，即育种家可以根据需要，在电脑上进行模拟，从而设计出理想基因型的品种。分子设计育种在新基因挖掘、定向引入改良目标性状、创制新种质材料、改造亲本材料、缩短育种年限、提高选择准确度、提高杂种优势利用率等方面具有传统育种方法不可比拟的优越性。

4.关联分析的原理，常见问题及解决方法，在作物育种中的应用。

关联分析的原理：关联分析以连锁不平衡为基础鉴定某一群体内性状与遗传标记或候选基因间的关系。连锁不平衡是不同基因座位上等位基因的非随机组合。当位于某一座位的特定等位基因与同一条染色体另一座位的某一等位基因同时出现的几率大于群体中因随机分布而使两个等

位基因同时出现的几率时，就称这两个座位处于LD状态。

关联分析的基本步骤：群体选择→估算群体结构→性状考察→多态性检测→统计分析

影响关联分析的因素

（1）标记数量，在全基因组扫描中,用标记对目标性状表型变异有贡献的所有座位进行扫描,需要大量分子标记。解决办法：1利用LD 程度高的群体进行全基因组关联分析, 可减少使用的标记数量。2连锁分析和关联分析相结合，根据连锁分析的结果，选择效应值比较大的QTL位点，利用更多的标记对自然群体进行LD 分析，对目标位点进行精细定位，然后根据已知基因组的信息选择适当的候选基因进行关联分析。

（2）群体结构，指的是一个群体内存在多个亚群。亚群的混合使整个群体的LD强度增强,

可能导致不连锁的多态性基因位点与性状的关联,从而得出假阳性结果。解决办法：利用大量的不连锁、随机分别的SSR或RFLP标记对群体进行分析，再用统计方法消除群体结构和假阳性（3）LD 衰减距离，LD 衰减距离越小，用更多的分子标记分析

关联分析的应用：

（1）关联分析进行功能基因的验证，对那些很难通过遗传转化验证基因功能的基因位点，（2）关联分析进行功能标记的开发，从而用于标记辅助选择。开发过程：在多个材料中对目标性状进行调查，对目标基因进行序列分析，结合性状和基因序列信息进行基于连锁不平衡的关联分析，开发最优等位基因的功能标记

（3）关联分析进行数量性状的研究，全基因组关联分析可定位到更多的QTLs，候选基因关联分析可用于寻找最优的等位基因型

关联分析优点：（与连锁分析相比）

（1）花费的时间少,一般以现有的自然群体为材料，无需构建专门的作图群体。

（2）广度大，可以同时检测同一座位的多个等位基因。

（3）精度高，可达到单基因的水平

5.列举一种生物技术在抗病和抗逆育种中的应用。

转基因技术在植物抗病及抗逆育种中的应用非常有效且很广泛。以下主要以抗病和抗虫育种为例。转基因可以有效利用该物种中克隆得到的抗病和抗虫基因，也可以是该物种不存在的而在其他物种中存在的抗病基因。

我们通过图位克隆或者反向遗传学得到了某物种的抗病基因，可以直接将其通过转基因转移到主栽的感病品种中，特定的转移某一个基因，不存在回交育种过程中的连锁累赘，不改变该主栽品种的其他优良性状。比如目前利用做多的来自苏云金芽孢杆菌中的Bt蛋白，目前在棉花水稻抗虫育种中都得到了较好的利用，在我国转Bt基因抗虫棉成功的防治了棉铃虫等鳞翅目害虫，水稻中也得到了转Bt基因水稻，具有较好的抗虫性，在2009年获得安全证书。

6．简述一种基于转录本分析植物基因表达的技术及其原理和应用

目前较常用的为RNA-seq技术即转录组测序技术，就是把mRNA，smallRNA和NONcoding RNA用高通量测序技术把它们的序列测出来，以反映出它们的表达水平。

原理：提取总RNA，将所需的RNA纯化出来并进行片段化，随后反转录成cDNA，并在cDNA片段两端加上测序接头和引物，获得cDNA文库，用第二代测序技术进行高通量测序。如果有参考基因组，将测序后得到的reads直接与参考基因组比对，最终计算得每个基因的RPKM值；如果没有参考基因组，先组装转录组，然后再与组装的转录组比对得到每个转录子的RPKM值（RPKM即每百万reads中比对到平均1Kb的基因（转录子）上的read

个数）此值的大小即为基因（转录子）的表达丰度。