植物分子育种资料

分子植物育种：依据分子遗传学，遗传学和植物育种学的理论，利用DNA重组技术和DNA标记技术来改良植物品种的新型学科。分子标记：DNA水平上遗传多态性的直接反映，是直接以DNA多态性为基础的遗传标记。SSR：微卫星或简单序列重复,以2-6个核苷酸为基本单元的简单串联重复序列。InDel：插入缺失标记，指的是两种亲本中在全基因组中的差异，相对另一个亲本而言，其中一个亲本的基因组中有一定数量的核苷酸插入或缺失。根据基因组中插入缺失位点，设计一些扩增这些插入缺失位点的PCR引物，就是InDel。CAPS：先对样品DNA进行专化性扩增，再用限制性内切酶对扩增产物进行酶切检测其多态性，称为CAPS标记。SNP：具有单核苷酸差异引起的遗传多态性特征的DNA区域，可以作为一种DNA标记，即SNP。基因功能标记：根据已克隆的基因序列开发的分子标记，标记和基因共分离，能完全准确地跟踪和识别基因。显性标记：仅能检测显性等位基因，不能够区分纯合和杂合基因型的遗传标记。有RAPD、AFLP、ISSR、STS。共显性标记：同时能检测出显性和隐性等位基因，能够区分纯合和杂合基因型的遗传标记。有RFLP、RAPD、AFLP、SSR、ISSR、SCAR、STS、CAPs。特异引物PCR标记：针对已知序列的DNA区段而设计的，具有特定核苷酸序列，引物长度通常为18-24核苷酸。常用的特异引物PCR标记主要有SSR标记、SCAR标记、STS标记及RGA标记等。随机引物PCR标记：所用引物的核苷酸序列是随机的，其扩增的DNA区段是事先未知的。常用的随机引物PCR标记主要有RAPD、AP-PCR、DAF、ISSR等。基于PCR的分子标记有：1.特异引物PCR标记主要有SSR标记、SCAR标记、STS标记及RGA标记；2.随机引物PCR标记主要有RAPD、AP-PCR、DAF、ISSR。基于限制性酶切和PCR相结合的分子标记有AFLP标记和CAPS标记。RIL群体：杂种后代经过多代自交而产生的一种作图群体。通常从F2代开始，采用单粒传代的方法来建立。DH群体：单倍体经过染色体加倍形成的二倍体称为加倍单倍体或双单倍体(DH)，由它们组成的群体为DH群体。LOD值：假设两座位间存在连锁（r0.5）的概率与假设没有连锁（r=0.5）的概率。这两种概率之比可以用似然比统计量来表示，即L（r）/L（0.5），其中L（）为似然函数。为了计算方便，常将L（r）/L（0.5）取以10为底的对数，称为LOD值。BSA：将高值和低值两组个体的DNA分别混合，形成两个DNA池，然后检验两池间的遗传多态性。RCA：源于BSA的方法，可用于隐性分析。连锁累赘：在回交导入目标基因的同时，与目标基因连锁的染色体片段将随之进入回交后代中，这种现象称为连锁累赘。QTL：控制数量性状的基因在基因组中的位置称为数量性状基因座(QTL)。QTL定位：利用分子标记进行遗传连锁分析，可以检测出QTL的位置和效应，即QTL定位。加性效应：等位基因间与非等位基因间的累加作用引起的效应。QTL的初级定位：QTL定位研究常用的群体有F2、BC、RI和DH，这些群体可称为初级群体。用初级群体进行的QTL定位称为初级定位。前景选择：对目标基因的选择称为前景选择。背景选择：对基因组中除了目标基因之外的其他部分(即遗传背景)的选择，称为背景选择。背景选择的作用：1.加快遗传背景恢复成轮回亲本基因组的速度，以缩短育种年限；2.可以避免或减轻连锁累赘。图示基因型：根据相邻标记可以推测出一个反映全基因组组成状况的连续的基因型，这种连续的基因型能直观地用图形表示出来，称为图示基因型。基因聚合：指将分散在不同品种中的有用基因聚合到同一个基因组中。分子设计育种：利用作物基因组学，蛋白质组学和代谢组学的生物数据，借助生物信息学的方法和手段，对整个基因组控制作物重要农艺性状的基因及基因网络进行分子水平上的设计和操作，进而培育作物新品种的过程。简述植物分子育种的研究内容。1.标记辅助选择育种，通过DNA标记技术来对某些重要农艺性状座位直接进行选择改良，可以考虑到多个生产性状座位；△2.转基因育种，通过基因转移技术将外源基因导入到某种植物的基因组上，从而达到改良重要农艺性状（产量、品质、抗性）或非常规育种性状的目标。3.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。分子标记辅助选择的优点：1.表现稳定，DNA多态性直接,数量多，理论上遍及整个基因组；2.多态性高；3.对目标性状表达无不良影响，与不良性状无必然连锁；4.部分标记遗传方式为共显性，可鉴别基因型纯合与杂合类型；5.成本不是太高，一般实验室建立分子生物学基本设备即可进行。分子标记辅助育种实施的基础：1.与理想农艺性状共分离或紧密连锁的分子标记；2.饱和的分子遗传连锁图。遗传标记的种类有形态标记、细胞学标记、蛋白质标记、DNA标记。如何开发SSR和InDel分子标记？SSR：1.在网站上找到并下载目标序列（BAC/PAC克隆）；2.查找SSR基序（使用SSRHunter）；3.用NCBI上的Blast搜索寻找SSR多态性；4.用primer5.0设计SSR引物；5.检测SSR多态性。InDel：1.在网站上找到并下载目标序列（BAC/PAC克隆）；2.查找InDel基序；3.用NCBI上的Blast搜索寻找InDel多态性；4.用primer5.0设计InDel引物；5.检测InDel多态性。分子标记连锁图谱构建的基本步骤：1.选择适合作图的DNA标记；2.选择用于建立作图群体的亲本组合；3.建立作图群体(分离群体）；4.测定作图群体中不同个体或株系的标记基因型；5.对标记基因型数据进行连锁分析，构建标记连锁图。常用的临时性作图群体与永久性作图群体、构建方法与群体特点暂时性分离群体：F2、F3、F4、BC、三交群体等,群体的分离单位是个体、一经自交或近交其遗传组成就会发生变化，无法永久使用。永久性分离群体：RIL、DH、BIL群体等,群体中分离单位是株系，不同株系间存在基因型的差异，而株系内个体间的基因型是相同且纯合的，是自交不分离的。构建方法：1.亲本选配；2.分离群体类型选择；3.确定群体的大小。近等基因系：一组遗传背景相同或相近，只在个别染色体区段上存在差异的株系，称为近等基因系。BSA的基本原理△在作图群体中，依据目标性状表型的相对差异(如抗病与感病)，将个体或株系分成两组，然后分别将两组中的个体或株系的DNA混合，形成相对的DNA池。两DNA池间的差异相当于两近等基因系基因组之间的差异，仅在目标区域上不同，而整个遗传背景是相同的，亦即这是一对近等基因DNA池。因此，在这两个DNA池间表现出多态性的DNA标记，就有可能与目标基因连锁。QTL精细定位的程序：①将目标代换系与受体亲本杂交，建立仅在代换片段上发生基因分离的F2群体(次级群体)；②调查F2群体中各单株的目标(被研)性状值(表现型)；③筛选目标代换系与受体亲本间(在代换片段上)的分子标记；④用筛选出的分子标记测定F2各单株的标记型；⑤联合表现型数据和标记型数据进行分析，估计出目标QTL与标记间的连锁距离。QTL定位的基本步骤：1.检测、筛选亲本并构建遗传群体；2.检测群体的分子标记基因型并构建分子标记连锁图谱；3.应用根据相应的统计模型和方法编写的计算机软件处理分析实验数据，确定分子标记与QTL的连锁关系及QTL在染色体上的区域。提高QTL定位灵敏度和精确度的方法一个QTL的存在是通过它的表型效应体现出来的。一个QTL的效应并不是单独存在的，而是混杂在遗传背景(其他QTL)和环境(误差)的效应之中。遗传背景和环境的效应就象“噪音”，要提高QTL定位的灵敏度和精确度，就必须排除遗传背景和环境效应的影响。其思想是，在一个群体中，选择高、低两种极端表型的个体构成一个子群体，仅对该子群体测定个体的分子标记基因型，用于QTL定位分析，以减少分子标记分析的费用。QTL定位的基本原理（基于标记的分析方法和基于性状的分析方法）1.QTL定位是通过分析整个染色体组的DNA标记和数量性状表型值的关系，将QTL逐一定位到连锁群的相应位置，并估计其遗传效应；2.QTL定位就是采用类似单基因定位的方法将QTL定位在遗传图谱上，确定QTL与遗传标记间的距离(以重组率表示)；3.QTL定位实质是分析分子标记与QTL之间的连锁关系，是基于一个特定模型的遗传假设，是统计学上的一个概念，与数量性状基因有本质区别。QTL定位的遗传模型有均值差检验法、性状－标记回归法、性状－QTL回归法及性状－QTL－标记回归法。如何根据两个相邻标记的基因型来推测出它们之间染色体区段的来源和组成。开展分子设计育种的条件：1.高密度分子遗传图谱和高效的分子标记检测技术；2.对重要基因/QTLs的定位与功能有足够的了解；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.开发并完善进行作物设计育种模拟研究的统计分析方法及相关软件,用于开展作物新品种定向创制的模拟研究；5.掌握可用于设计育种的种质资源与育种中间材料,包括具有目标性状的重要核心种质或骨干亲本及其衍生的重组自交系、等基因系、加倍单倍体群体、染色体片段导人替换系等。作物分子设计育种的步骤：设计育种的核心是建立以分子设计为目标的育种理论和技术体系,通过各种技术的集成与整合,对生物体从基因(分子)到整体(系统)不同层次进行设计和操作,在实验室对育种程序中的各种因素进行模拟、筛选和优化,提出最佳的亲本选配和后代选择策略,实现从传统的“经验育种”到定向、高效的“精确育种”的转化,以大幅度提高育种效率。中国作物分子育种的现状目前我国开展分子设计育种的时机已经成熟，其主要表现有以下4个方面：1.我国已拥有生物信息学的研究力量和技术。另外，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也已取得了一定进展；2.已开展虚拟分子育种。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；3.已拥有建立大型的数据搜集和处理系统的技术和经验；4.已拥有基因作图、比较基因组学研究、等位基因多样性研究等关键技术。与国外同类研究相比,我们的差距主要存在以下3个方面：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。参照文献1图1A模板序列（IR24和Asominori)，试设计一对基于EcoRI酶切位点(GAATTC)的dCAPS标记引物参照文献2图2B模板序列（Allele1和Allele2），试设计一对位点特异性（allele-specific）PCR标记引物