第十七章 分子标记辅助选择育种

目录

第一节分子标记的类型和作用原理

第二节重要农艺性状基因连锁标记的筛选技术

第三节作物分子标记辅助育种

第一节

分子标记的类型和作用原理

遗传标记是指可以明确反映遗传多态性的生物特征。

在经典遗传学中，遗传多态性是指等位基因的变异。

在现代遗传学中，遗传多态性是指基因组中任何座位上的相对差异。

在遗传学研究中，遗传标记主要应用于连锁分析、基因定位、遗传作图及基因转移等。

在作物育种中，通常将与育种目标性状紧密连锁的遗传标记用来对目标性状进行追踪选择。

在现代分子育种研究中，遗传标记主要用来进行基因定位和辅助选择。

1、形态标记

形态标记是指那些能够明确显示遗传多态性的外观性状。如、株高、穗型、粒色等的相对差异。

形态标记数量少，可鉴别标记基因有限，难以建立饱和的遗传图谱。

有些形态标记受环境的影响，使之在育种的应用中受到限制。

2、细胞学标记

细胞学标记是指能够明确显示遗传多态性的细胞学特征。如染色体的结构特征和数量特征。

核型：染色体的长度、着丝粒位置、随体有无。

可以反映染色体的缺失、重复、倒位、易位。

染色体结构特征

带型：染色体经特殊染色显带后，带的颜色深浅、宽窄

和位置顺序,可以反映染色体上常染色质和异染

色质的分布差异。

染色体数量特征—是指细胞中染色体数目的多少。染色体数量上的

遗传多态性包括整倍体和非整倍体变异。

细胞学标记

优点：克服了形态标记易受环境影响的缺点。

缺点：

（1）培养这种标记材料需花费大量的人力物力；

（2）有些物种对对染色体结构和数目变异的耐受性差，难以获得相应的标记材料； （3）这种标记常常伴有对生物有害的表型效应；

（4）观察鉴定比较困难。

3、蛋白质标记

用作遗传标记的蛋白质分为酶蛋白质和非酶蛋白质两种。

非酶蛋白质：用种子储藏蛋白质经一维或二维聚丙烯酰胺凝胶电泳，根据显示的蛋白质谱带或点，确定其分子结构和组成的差异。

酶蛋白质：利用非变性淀粉凝胶或聚丙烯酰胺凝胶电泳及特异性染色检测，根据电泳谱带的不同来显示酶蛋白在遗传上的多态性。

蛋白质标记的不足之处：

（1）每一种同工酶标记都需特殊的显色方法和技术；

（2）某些酶的活性具有发育和组织特异性；

（3）标记的数量有限。

4 、 DNA标记

DNA分子标记是DNA水平上遗传多态性的直接反映。

DNA水平的遗传多态性表现为核苷酸系列的任何差异，包括单个核苷酸的变异。

二、分子标记的类型及作用原理

三大类：

（1）基于DNA－DNA杂交的DNA标记

利用限制性内切酶酶解及凝胶电泳分离不同生物体的DNA分子，然后用经标记的特异DNA探针与之进行杂交，通过放射性自显影或非同位素显色技术来揭示DNA的多态性。

（2）基于PCR的DNA标记

根据所用引物的特点分为随机引物PCR标记和特异引物PCR标记。（3）基于单核苷酸多态性的DNA标记

何谓PCR？

聚合酶链反应

(Polymerase Chain Reaction)简称PCR

是一项在短时间内大量扩增特定的ＤＮＡ片段的分子生物学技术。

PCR原理

类似于DNA的体内复制。首先待扩增DNA模板加热变性解链，随之将反应混合物冷却至某一温度，这一温度可使引物与它的靶序列发生退火，再将温度升高使退火引物在DNA聚合酶作用下得以延伸。•这种热变性-复性-延伸的过程就是一个PCR循环，PCR就是在合适条件下的这种循环的不断重复。

三个基本步骤:

(1) 变性(Denature):目的双链DNA片段在94℃下

解链;

(2) 退火(Anneal):两种寡核苷酸引物在适当温度

(50℃左右)下与模板上的目的序列通过氢键配对;

(3) 延伸(Extension):在Taq DNA聚合酶合成DNA的最适

温度下,以目的DNA为模板进行合成.

由这三个基本步骤组成一轮循环,理论上每一轮循环将使目的DNA扩增一倍,这些经合成产生的DNA又可作为下一轮循环的模板,所以经25-35轮循环就可使DNA扩增

达倍。

PCR反应中的主要成份

1. 引物

2. 4种三磷酸脱氧核苷酸(dNTP)

3. Mg2+

4. 模板DNA

5. Taq DNA聚合酶

6. 反应缓冲液

遗传性疾病的基因诊断

在临床医学上，ＰＣＲ被用于鉴别遗传疾病和快速检测病毒、病菌感染。

法医学

个人识别、亲子鉴定

1985年，英国遗传学家Jeffreys采用DNA

指纹图谱进行个人识别和亲子鉴定。

•

有时犯罪物证量很少，不足以用来进行DNA指纹分析，PCR有效解决这些问题。对于犯罪现场中遗留的少量生物物证，如一根毛发、一滴血等都可用于分析，在法医学上认证罪犯、亲子鉴定以及人的性别鉴定中PCR技术被普遍采用。

植物遗传育种

构建遗传图谱、分离目的基因、基因定位

分子标记辅助育种

了解不同品种间的亲缘关系、系统进化

畜牧

畜禽病诊断:猪伪狂犬病毒、猪口蹄疫病毒、猪瘟病毒、牛白血病毒、牛病毒、性腹泻病毒、免疫缺陷病毒等检测

性别鉴定：牛、绵羊Y染色体上特异DNA片段

构建基因图谱

检测基因整合与表达：转基因鱼

植物保护

病原微生物的基因型鉴定