分子设计育种案例
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➢ 国家自然科学基金项目 — 2008年，“利用计算机模拟探索抗胞囊线虫大豆品种分子设计育种方法”
。
— 2009年，“基于单片段代换系（SSSL）的水稻分子设计育种技术体系的 建立”。
➢ 2008年，中国科学院启动了“小麦、水稻重要农艺性状的分子设计及新品 种培育推广”重大项目，最终目的是建立和完善多基因组装分子设计育种 的理论和技术体系，实现传统遗传改良向品种分子设计的跨越。
Βιβλιοθήκη Baidu
二、开展分子设计育种的基本条件 1、高密度分子遗传图谱和高效的分子标记检测技术 2、重要基因/QTLs的定位及其功能 a.大规模定位控制目标作物各种性状的重要基因/QTLs，明 确其功能。 b.掌握这些关键基因/QTL的等位变异及其对表型的效应。 c.充分的了解基因间互作(包括基因与基因之间的互作以及 基因与环境的互作等) 3、建立并完善可供分子设计育种利用的遗传信息数据库。 4、构建可用于设计育种的种质资源与育种中间材料。
II. 在基因/QTL 定位和各种遗传研究的基础上,利用已经鉴 定出的各种重要育种性状基因的信息,包括基因在染色 体上的位置、遗传效应、基因之间的互作、基因与背景 亲本和环境之间的互作等，模拟预测各种可能基因型的 表现型，从中选择符合特定育种目标的基因型。
III. 分析达到目标基因型的途径，制定生产品种的育种方案, 利用设计育种方案开展育种工作，培育优良品种。
万建民，2007年。
王健康和万建民，2011年。
四、分子设计育种的研究现状 （一）我国的研究现状
1、水稻遗传研究材料更加丰富多样、重要性状的遗传研究 日趋深入。 ——已创制出类型多样的水稻遗传研究群体, 对大多数育种 性状已开展QTL 定位、基因精细定位和克隆研究。 ——我国已建立了水稻多套染色体片段置换系（导入系） 群体，大量的突变体和近等基因系群体，这些群体可用于 基因的精细定位、克隆和功能验证、基因间的互作、基因 聚合等研究。 ——我国在QTL定位和分子标记辅助育种领域的基础研究 方面力量较强，论文数量位居世界第二，在论文数量排名 前10位机构中，我国的大学和研究机构共占据5个席位。
Δ Oryzabase
http: //www.shigen.nig.ac.jp/rice/oryzabase/
收集水稻各方面的资源信息。水稻基因及其染色体位置、相 关参考文献、各种类型的水稻品种资源、突变体信息, 野生 稻的资源信息数据。
三、分子设计育种的步骤
I. 发掘控制育种性状的基因、明确不同等位基因的表型效 应、明确基因与基因以及基因与环境之间的相互关系。
—与传统育种技术相比，分子设计育种更为精确、更加 高效率，能够实现从“经验育种”到“精确育种”的转 化。
❖ 相关背景
➢ 在我国人口、资源、环境等刚性条件约束下，培育高产、优质、高效作物 新品种是确保我国粮食安全、促进农业可持续发展的重要途径之一。
➢ 作物分子（设计）育种成为国家相关战略规划确定的优先发展方向并得到 了国家科技计划的重点支持。
Δ 国内： 基因设计育种。中国水稻研究所程式华（2004年）。 作物分子设计育种。中国农业科学院作物科学研究所万建民（2006）。
∆ 分子设计育种
— 以生物信息学为平台，以基因组学和蛋白组学等数据 库为基础，综合作物育种学流程中的作物遗传、生理、 生化、栽培、生物统计等所有学科的有用信息，根据具 体作物的育种目标和生长环境，在计算机上设计最佳方 案，然后开展作物育种试验的分子育种方法。
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ 美国国立生物技术信息中心，国际上几个重要分子生物信息网 站之一，含籼稻93- 11 基因组序列数据库。
Δ Gramene
http: //www.gramene.org/
禾本科作物比较基因组学的重要网站。提供水稻、玉米、大 麦、小麦、高粱、拟南芥的序列信息, 特点是重视水稻与其 他作物的比较。该网站搜罗了禾本科各作物的重要遗传标记 连锁图, 提供各种类型的分子标记, 水稻、玉米、小麦种质资 源等位基因SNP 和SSR变异的信息和水稻各种代谢途径图。
➢ 2008年，973计划在农业领域设立了作物分子设计项目“主要作物高产、 优质品种设计和选育的基础研究”。
— 研究主要作物（小麦、玉米、大豆等）高产和优质性状的遗传机理，鉴定 出具有重要实用价值的分子靶点；通过常规和分子育种手段的结合，创制 在产量、品质等目标性状上表现突出的育种材料；建立多基因组装育种的 理论和方法体系。
❖水稻生物信息库
Δ RGP （Rice Genome Research Program） http: //rgp.dna.affrc.go.jp/ 日本的水稻基因组计划的网址, 是整个国际水稻基因组测序计
划的重要网站之一。 该网站目前主要是免费发布粳稻“日本晴 ”全基因组、EST 序列的测序信息。 Δ NCBI（National Center for Biotechnology Information）
第八章 分子设计育种
一、概念的提出：
Δ 国外： 设计育种(breeding by design)，Peleman 和van der Vort (2003)。 在基因定位的基础上, 构建近等基因系, 利用分子标记聚合有利等位基因, 实现育种目标。 基因组学辅助育种(genomics- assisted breeding)，Varshney ( 2005)。 在获得全基因组序列的基础上，根据事先进行的虚拟基因组设计方案， 通过一系列的育种手段和过程，培育聚集大量有利基因、基因组组配合 理、基因互作网络协调、基因组结构最为优化的优良品种。
➢ 2006年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年） 》将动植物品种与药物分子设计技术确定为前沿技术。
➢ 2007年，我国863计划现代农业技术领域启动了“动植物品种分子设计” 专题。
—以主要植物（水稻、小麦、玉米、大豆、棉花等）、动物（猪、牛、鸡等 ）为研究对象。
—重点研究：重要性状的分子构成解析；转基因技术；优异性状多基因聚合 ；品种分子设计的信息系统；品种分子设计工程；品种分子设计的技术体 系与验证。
。
— 2009年，“基于单片段代换系（SSSL）的水稻分子设计育种技术体系的 建立”。
➢ 2008年，中国科学院启动了“小麦、水稻重要农艺性状的分子设计及新品 种培育推广”重大项目，最终目的是建立和完善多基因组装分子设计育种 的理论和技术体系，实现传统遗传改良向品种分子设计的跨越。
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二、开展分子设计育种的基本条件 1、高密度分子遗传图谱和高效的分子标记检测技术 2、重要基因/QTLs的定位及其功能 a.大规模定位控制目标作物各种性状的重要基因/QTLs，明 确其功能。 b.掌握这些关键基因/QTL的等位变异及其对表型的效应。 c.充分的了解基因间互作(包括基因与基因之间的互作以及 基因与环境的互作等) 3、建立并完善可供分子设计育种利用的遗传信息数据库。 4、构建可用于设计育种的种质资源与育种中间材料。
II. 在基因/QTL 定位和各种遗传研究的基础上,利用已经鉴 定出的各种重要育种性状基因的信息,包括基因在染色 体上的位置、遗传效应、基因之间的互作、基因与背景 亲本和环境之间的互作等，模拟预测各种可能基因型的 表现型，从中选择符合特定育种目标的基因型。
III. 分析达到目标基因型的途径，制定生产品种的育种方案, 利用设计育种方案开展育种工作，培育优良品种。
万建民，2007年。
王健康和万建民，2011年。
四、分子设计育种的研究现状 （一）我国的研究现状
1、水稻遗传研究材料更加丰富多样、重要性状的遗传研究 日趋深入。 ——已创制出类型多样的水稻遗传研究群体, 对大多数育种 性状已开展QTL 定位、基因精细定位和克隆研究。 ——我国已建立了水稻多套染色体片段置换系（导入系） 群体，大量的突变体和近等基因系群体，这些群体可用于 基因的精细定位、克隆和功能验证、基因间的互作、基因 聚合等研究。 ——我国在QTL定位和分子标记辅助育种领域的基础研究 方面力量较强，论文数量位居世界第二，在论文数量排名 前10位机构中，我国的大学和研究机构共占据5个席位。
Δ Oryzabase
http: //www.shigen.nig.ac.jp/rice/oryzabase/
收集水稻各方面的资源信息。水稻基因及其染色体位置、相 关参考文献、各种类型的水稻品种资源、突变体信息, 野生 稻的资源信息数据。
三、分子设计育种的步骤
I. 发掘控制育种性状的基因、明确不同等位基因的表型效 应、明确基因与基因以及基因与环境之间的相互关系。
—与传统育种技术相比，分子设计育种更为精确、更加 高效率，能够实现从“经验育种”到“精确育种”的转 化。
❖ 相关背景
➢ 在我国人口、资源、环境等刚性条件约束下，培育高产、优质、高效作物 新品种是确保我国粮食安全、促进农业可持续发展的重要途径之一。
➢ 作物分子（设计）育种成为国家相关战略规划确定的优先发展方向并得到 了国家科技计划的重点支持。
Δ 国内： 基因设计育种。中国水稻研究所程式华（2004年）。 作物分子设计育种。中国农业科学院作物科学研究所万建民（2006）。
∆ 分子设计育种
— 以生物信息学为平台，以基因组学和蛋白组学等数据 库为基础，综合作物育种学流程中的作物遗传、生理、 生化、栽培、生物统计等所有学科的有用信息，根据具 体作物的育种目标和生长环境，在计算机上设计最佳方 案，然后开展作物育种试验的分子育种方法。
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ 美国国立生物技术信息中心，国际上几个重要分子生物信息网 站之一，含籼稻93- 11 基因组序列数据库。
Δ Gramene
http: //www.gramene.org/
禾本科作物比较基因组学的重要网站。提供水稻、玉米、大 麦、小麦、高粱、拟南芥的序列信息, 特点是重视水稻与其 他作物的比较。该网站搜罗了禾本科各作物的重要遗传标记 连锁图, 提供各种类型的分子标记, 水稻、玉米、小麦种质资 源等位基因SNP 和SSR变异的信息和水稻各种代谢途径图。
➢ 2008年，973计划在农业领域设立了作物分子设计项目“主要作物高产、 优质品种设计和选育的基础研究”。
— 研究主要作物（小麦、玉米、大豆等）高产和优质性状的遗传机理，鉴定 出具有重要实用价值的分子靶点；通过常规和分子育种手段的结合，创制 在产量、品质等目标性状上表现突出的育种材料；建立多基因组装育种的 理论和方法体系。
❖水稻生物信息库
Δ RGP （Rice Genome Research Program） http: //rgp.dna.affrc.go.jp/ 日本的水稻基因组计划的网址, 是整个国际水稻基因组测序计
划的重要网站之一。 该网站目前主要是免费发布粳稻“日本晴 ”全基因组、EST 序列的测序信息。 Δ NCBI（National Center for Biotechnology Information）
第八章 分子设计育种
一、概念的提出：
Δ 国外： 设计育种(breeding by design)，Peleman 和van der Vort (2003)。 在基因定位的基础上, 构建近等基因系, 利用分子标记聚合有利等位基因, 实现育种目标。 基因组学辅助育种(genomics- assisted breeding)，Varshney ( 2005)。 在获得全基因组序列的基础上，根据事先进行的虚拟基因组设计方案， 通过一系列的育种手段和过程，培育聚集大量有利基因、基因组组配合 理、基因互作网络协调、基因组结构最为优化的优良品种。
➢ 2006年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年） 》将动植物品种与药物分子设计技术确定为前沿技术。
➢ 2007年，我国863计划现代农业技术领域启动了“动植物品种分子设计” 专题。
—以主要植物（水稻、小麦、玉米、大豆、棉花等）、动物（猪、牛、鸡等 ）为研究对象。
—重点研究：重要性状的分子构成解析；转基因技术；优异性状多基因聚合 ；品种分子设计的信息系统；品种分子设计工程；品种分子设计的技术体 系与验证。