染色體代換系創(chuàng)制PPT課件

1、染色體工程（染色體工程（chromosome engineeringchromosome engineering） 是人們按照一定的設(shè)計(jì)，有計(jì)劃地消減、添加或代換同種或異種染色體，從而是人們按照一定的設(shè)計(jì)，有計(jì)劃地消減、添加或代換同種或異種染色體，從而達(dá)到定向改變遺傳特性和選育新品種的一種技術(shù)。達(dá)到定向改變遺傳特性和選育新品種的一種技術(shù)。第1頁(yè)/共38頁(yè)第2頁(yè)/共38頁(yè)一、一、 染色體片段代換系染色體片段代換系二、二、染色體片段代換的分類(lèi)染色體片段代換的分類(lèi)三、三、染色體片段代換系的創(chuàng)制染色體片段代換系的創(chuàng)制四、四、染色體片段代換系的特點(diǎn)染色體片段代換系的特點(diǎn)五、五、染色體片段代換系的特點(diǎn)染色

2、體片段代換系的特點(diǎn)六、六、染色體片段代換系的特點(diǎn)染色體片段代換系的特點(diǎn)第3頁(yè)/共38頁(yè)一、一、 染色體片段代換系染色體片段代換系第4頁(yè)/共38頁(yè)染色體代換的概念染色體代換的概念 染色體代換包括整條整條染色體代換和染色體片斷片斷的代換。第5頁(yè)/共38頁(yè) 染色體片段代換系(chromosomal segment substitution lines,CSSL)，又稱(chēng)為染色體片段導(dǎo)入系(chromosomal segment introgression lines,CSIL)，是用親本雜交、回交和分子標(biāo)記輔助選擇(marker-assisted selection,MAS) 技術(shù)建立的一系列近等基因

3、系(near-isogenic lines，NIL)。CSSL可以提高對(duì)復(fù)雜農(nóng)藝性狀基因定位的精確性，尤其是具有遺傳效應(yīng)較小的數(shù)量性狀基因位點(diǎn)，并進(jìn)行遺傳效應(yīng)分析。在生產(chǎn)實(shí)踐中，CSSL已應(yīng)用于多種作物中。第6頁(yè)/共38頁(yè) 該群體后代自交不會(huì)發(fā)生性狀分離，可以穩(wěn)定遺傳不會(huì)發(fā)生性狀分離，可以穩(wěn)定遺傳。群體內(nèi)整個(gè)染色體組只存在少數(shù)幾個(gè)甚至一個(gè)代換片段差異少數(shù)幾個(gè)甚至一個(gè)代換片段差異，該群體與其受體親本間在遺傳背景上只有代換片段上的差異，是永久性分離群體，遺傳背景簡(jiǎn)單，可以用來(lái)進(jìn)行多點(diǎn)、多年、多重復(fù)的實(shí)驗(yàn)，QTL定位時(shí)可以消除其它背景的干擾，將QTL定位到很小的片段上，QTL定位的精確度高。所以CS

4、SL群體近年來(lái)被廣泛用于QTL的精細(xì)定位的精細(xì)定位及圖位克隆圖位克隆。第7頁(yè)/共38頁(yè) 染色體單片段代換系大大促進(jìn)了品種間代換系培育及利用品種間代換系進(jìn)行基因研究工作的發(fā)展。采用培育單片段代換系的方法，可以有效地將含有外源染色體片段直接導(dǎo)入直接導(dǎo)入當(dāng)?shù)赝茝V品種，培育新品種或新材料新品種或新材料，廣泛用于遺傳研究或生產(chǎn)。（一）染色體片段代換系的作用（一）染色體片段代換系的作用第8頁(yè)/共38頁(yè)（二）染色體片段代換系的原理（二）染色體片段代換系的原理單片段代換系構(gòu)建的原理：染色體片段代換系一般通過(guò)多代回交多代回交來(lái)建立的。 具體步驟： 1、供體與受體雜交雜交獲得F1； 2、受體作為輪回親本，回交回交

5、獲得BCnF1； 3、自交自交，借助MAS，得到來(lái)自供體的一個(gè)或多個(gè)代換片段的單株BCnF2； 4、借助借助MAS，即可獲得含有目的片段的CSSL。第9頁(yè)/共38頁(yè)受體R供體D F1RBC1F1RBC2F1RBCnF1 CSSL BCnF2 MAS MAS染色體片段代換系構(gòu)建過(guò)程第10頁(yè)/共38頁(yè) 輪回回交的主要目的是重建受體背景，以保持代換染色體不發(fā)生變化，所要求的回交代數(shù)回交代數(shù)是至關(guān)重要的。從理論上來(lái)講，經(jīng)過(guò)幾代回交之后應(yīng)該能夠恢復(fù)純合性，并且含有不同數(shù)量的基因。一般回交5代后，在任何一個(gè)品系中平均都只有50的受體基因可以純合；回交8代后有93的受體基因能夠純合。如果在最后一次回交后進(jìn)行

6、一次自交，那么回交5代后受體基因的平均純合率可達(dá)75，回交8代后可達(dá)96.5。第11頁(yè)/共38頁(yè)二、染色體片段代換的分類(lèi)二、染色體片段代換的分類(lèi)第12頁(yè)/共38頁(yè) 染色體代換可分為多片段代換多片段代換和單片段代換兩種單片段代換兩種。 染色體單片段代換染色體單片段代換即代換的染色體片段如果只有一個(gè)來(lái)自供體親本的片段。 多片段代換多片段代換即有幾個(gè)來(lái)自供體親本的片段。稱(chēng)為單片段代換系。第13頁(yè)/共38頁(yè) 只含一個(gè)代換片段的代換系，只有代換片段與輪只含一個(gè)代換片段的代換系，只有代換片段與輪回親本不同，其它遺傳背景與輪回親本完全一致，對(duì)代回親本不同，其它遺傳背景與輪回親本完全一致，對(duì)代換區(qū)段中的換區(qū)段

7、中的QTL進(jìn)行分析時(shí)遺傳背景干擾很小，有利于進(jìn)行分析時(shí)遺傳背景干擾很小，有利于QTL的分析，是理想的代換系。的分析，是理想的代換系。第14頁(yè)/共38頁(yè)三、染色體片段代換系的創(chuàng)三、染色體片段代換系的創(chuàng)制制第15頁(yè)/共38頁(yè)步驟：1、供試材料的選擇；2、試驗(yàn)方法；3、實(shí)驗(yàn)成果的選擇；4、實(shí)驗(yàn)成果的鑒定。第16頁(yè)/共38頁(yè)（一）供體材料的選擇 應(yīng)盡可能地選擇性狀表現(xiàn)差異大和親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的材料。第17頁(yè)/共38頁(yè)（二）試驗(yàn)方法（二）試驗(yàn)方法分為兩類(lèi)： 1、常規(guī)方法：缺體回交法 2、生物技術(shù)方法：組織培養(yǎng)法第18頁(yè)/共38頁(yè) 以日本晴和廣陸矮的雜交F1繼續(xù)和日本晴回交，直BC4F1。利用分布于整個(gè)基因組

8、的分子標(biāo)記BC3F2群體和BC4F1群體中，開(kāi)始進(jìn)行單株檢測(cè)，篩選目的染色體片段代換系，然后雜交或自交，借助分子標(biāo)記手段對(duì)導(dǎo)人片段進(jìn)行追蹤，直至檢測(cè)到較為理想的染色體片段代換系(如圖1)。第19頁(yè)/共38頁(yè)利用鄭58 自交系和墨西哥類(lèi)玉米進(jìn)行一次遠(yuǎn)緣雜交后，以鄭58 自交系為輪回親本進(jìn)行回交，以高代回交群體BC7F1、BC8F1和BC9F1為材料針對(duì)第10 染色體進(jìn)行SSR 分子標(biāo)記跟蹤輔助選擇(MAS)，構(gòu)建以鄭58 為遺傳背景的染色體單片段代換系群體。第20頁(yè)/共38頁(yè)（三）實(shí)驗(yàn)成果的選擇（三）實(shí)驗(yàn)成果的選擇 最終選擇與輪回親本性狀差異較大輪回親本性狀差異較大的單株單株，進(jìn)行分子標(biāo)記檢測(cè)，

9、對(duì)染色體代換系進(jìn)行整合，選擇所需要的代換系。第21頁(yè)/共38頁(yè)（四）染色體片段代換系的鑒定（四）染色體片段代換系的鑒定 染色體單片段代換系的構(gòu)建，最好是基于已有的遺傳圖譜的基礎(chǔ)上進(jìn)行，以PCR為基礎(chǔ)的分子標(biāo)記，作為鑒定標(biāo)記。 首先遺傳圖譜選擇均勻分布并且標(biāo)記之間的距離510cm之間SSR標(biāo)記，用SSR標(biāo)記篩選親本間的多態(tài)性，然后進(jìn)行親本間的雜交和回交，一般在回交2代開(kāi)始代換片段的篩選，利用多態(tài)性標(biāo)記追蹤代換片段并進(jìn)行選擇，最終獲得僅含單個(gè)供體親本片段的代換系。第22頁(yè)/共38頁(yè)四、染色體片段代換系的特四、染色體片段代換系的特點(diǎn)點(diǎn)第23頁(yè)/共38頁(yè)1、單一性單一性。CSSL 僅有一個(gè)或幾個(gè)一個(gè)或

10、幾個(gè)來(lái)自供體的染色體代換片段，其余與受體一致與受體一致；2、穩(wěn)定性穩(wěn)定性。CSSL 是永久的分離群體，方便多環(huán)境條件下、多年的重復(fù)試驗(yàn)，有有利于消除環(huán)境誤差，便于更精準(zhǔn)地定位利于消除環(huán)境誤差，便于更精準(zhǔn)地定位QTL；3、可分割性可分割性。CSSL 可將復(fù)雜復(fù)雜的數(shù)量性狀轉(zhuǎn)化成單一單一的孟德?tīng)栠z傳因子，提高分析QTL 的效率，利于快速精細(xì)定位QTL。第24頁(yè)/共38頁(yè)（一）染色體片段代換系的優(yōu)點(diǎn)（一）染色體片段代換系的優(yōu)點(diǎn) 1、染色體片段代換系具有很強(qiáng)的、染色體片段代換系具有很強(qiáng)的QTL鑒別能力。鑒別能力。 染色體片段代換系群體是通過(guò)連續(xù)回交而得到的，并且每個(gè)家系只含有一個(gè)一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)或少數(shù)幾

11、個(gè)導(dǎo)入片段，所以它與初級(jí)群體相比，基因組遺傳組成比較單一，而且目標(biāo)片段比較小，目標(biāo)性狀只有一個(gè)位點(diǎn)在分離，所以不存在上位性互作的影響，所以是進(jìn)行主效和微效進(jìn)行主效和微效QTL定位的良好材料定位的良好材料。第25頁(yè)/共38頁(yè) 2、染色體片段代換系適合、染色體片段代換系適合QTL的精細(xì)的精細(xì)定位。定位。 由于染色體片段代換系是通過(guò)連續(xù)回交多代而構(gòu)成的高級(jí)群體，所以對(duì)于每個(gè)單片段來(lái)說(shuō)，每回交一次，導(dǎo)入片段就會(huì)被分割成較小的片段，這樣其所攜帶有的QTL的代換片段就會(huì)很小而且也很精確。這是初級(jí)群體所不可比擬的。第26頁(yè)/共38頁(yè) 3、利用染色體片段代換系進(jìn)行、利用染色體片段代換系進(jìn)行QTL定位，定位，方

12、法比較簡(jiǎn)單而且定位位置精確。方法比較簡(jiǎn)單而且定位位置精確。 每個(gè)染色體片段代換系的表型變異可能就是一個(gè)導(dǎo)入片段而造成的，所以我們不需要復(fù)雜的遺傳統(tǒng)計(jì)方法，而只是進(jìn)行簡(jiǎn)單的T測(cè)驗(yàn)就可以進(jìn)行QTL分析。第27頁(yè)/共38頁(yè) 4、數(shù)量性狀往往是由多個(gè)基因所控制，而染色體片段代換系將這些QTL解析為多個(gè)染色體片段，而每個(gè)小的染色體片段只攜帶有一個(gè)QTL，所以它可以將數(shù)量性狀的多個(gè)位點(diǎn)分解為多個(gè)單一的孟德?tīng)栆蜃?，從而使?shù)量性狀研究當(dāng)作質(zhì)量性狀來(lái)研究乃至一些重要農(nóng)藝性狀QTL的克隆。第28頁(yè)/共38頁(yè)（二）染色體片段代換系的缺點(diǎn)（二）染色體片段代換系的缺點(diǎn)1、在構(gòu)建過(guò)程中，由于需要連續(xù)回交和基因型鑒定，所以

13、需要花費(fèi)大量的時(shí)間大量的時(shí)間、精力精力和財(cái)力財(cái)力；2、代換系中只含有一個(gè)或少數(shù)導(dǎo)入片段，所以它不能研究基因之間的上位性互作上位性互作。第29頁(yè)/共38頁(yè)五、五、CSSL在作物在作物QTL 定位中的應(yīng)用定位中的應(yīng)用第30頁(yè)/共38頁(yè)（一）（一）CSSL最早在番茄中應(yīng)用最早在番茄中應(yīng)用 CSSL 最早應(yīng)用在番茄中，Eshed 等以栽培番茄Lycopersicon esculentum cv.M82 為受體，以野生番茄L. pennellii LA716 為供體，通過(guò)MAS 方法，建立了一套120 個(gè)CSSL，對(duì)受體基因組覆蓋率為100%。從此，國(guó)內(nèi)外研究者相繼在各種作物中應(yīng)用CSSL。目前，已應(yīng)用

14、于多種作物中。 參考文獻(xiàn)：ESHED Y, ZAMIR D. A genomic library of Lycopersicon pennelliiin L.esculentum: a tool for fine mapping of genesJ. Euphytica,1994,79(3):175-179.第31頁(yè)/共38頁(yè)（二）在水稻（二）在水稻QTL 研究中的應(yīng)用研究中的應(yīng)用 在水稻上已建立了多個(gè)CSSL。王軍等以粳稻日本晴為供體、秈稻廣陸矮4 號(hào)為受體，構(gòu)建的CSSL 含175 個(gè)株系，利用其中119 個(gè)CSSL，得到與水稻芒性相關(guān)QTL 15 個(gè)、粒形相關(guān)QTL 39 個(gè)（含粒長(zhǎng)19

15、 個(gè)、粒寬14 個(gè)、粒厚6 個(gè)），覆蓋了水稻全基因組的82.6%。 參考文獻(xiàn)：王軍,朱金燕,周勇,等.基于染色體單片段代換系的水稻芒性QTL 定位J. 華北農(nóng)學(xué)報(bào),2013,28(3):7-11.第32頁(yè)/共38頁(yè)（三）在小麥（三）在小麥Q(jìng)TL QTL 研究中的應(yīng)用研究中的應(yīng)用 吳文雄以小麥SHW-L1 與川麥32(SW8188)為試驗(yàn)材料，選育成一套重組自交系群體作為供體，以育成品種川麥32（SW8188）為受體，在BC1F8 的基礎(chǔ)上經(jīng)回交一代至BC2F8，共680 分材料，初步構(gòu)建出一套能覆蓋D 染色體基因組90%左右的CSSL。共鑒定出37 個(gè)QTL，其中與株高有關(guān)1個(gè)、與穗長(zhǎng)有關(guān)14

16、 個(gè)、與穗節(jié)長(zhǎng)有關(guān)10 個(gè)、與小穗數(shù)有關(guān)2 個(gè)、與總分蘗有關(guān)5 個(gè)、與無(wú)效分蘗有關(guān)5個(gè)。參考文獻(xiàn)：吳文雄.小麥D 染色體單片段導(dǎo)入系的創(chuàng)制及相關(guān)農(nóng)藝性狀QTL 定位研究D. 雅安:四川農(nóng)業(yè)大學(xué), 2013.第33頁(yè)/共38頁(yè)（四）在玉米（四）在玉米QTL 研究中的應(yīng)用研究中的應(yīng)用 彭倩等以玉米lx9801 為受體、以昌7-2 為供體，構(gòu)建了184 個(gè)CSSL，之后與自交系T7296 測(cè)交，組配了184 個(gè)CSSLsT7296 的測(cè)交群體。在5%顯著水平上共檢測(cè)出與產(chǎn)量相關(guān)的雜種優(yōu)勢(shì)位點(diǎn)64 個(gè)、與穗部性狀相關(guān)的優(yōu)勢(shì)位點(diǎn)4 個(gè)。 參考文獻(xiàn)：彭倩,薛亞?wèn)|,張向歌,等.利用單片段代換系測(cè)交群體定位玉米產(chǎn)量相關(guān)性狀的雜種優(yōu)勢(shì)位點(diǎn)J. 作物學(xué)報(bào),2016,42(4):482-491.第34頁(yè)/共38頁(yè)（五）在棉花（五）在棉花QTL 研究中的應(yīng)用研究中的應(yīng)用 王云鵬等以陸地棉中棉所8 號(hào)（CCRI8）為受體、海島棉Piam90-53為供體，培育了由182 個(gè)株系構(gòu)成的CSSL，覆蓋了陸地棉96.2%的基因組。結(jié)果表明，纖維長(zhǎng)度高于輪回親本的有52 株，纖維強(qiáng)度超過(guò)輪回親本的有109株。 參考文獻(xiàn)：王云鵬,王省芬,李志坤,等.陸地棉背景的Pima 棉染色體片段置換系創(chuàng)制J. 植物遺傳資源學(xué)報(bào),2016,17(1):114-119.第35頁(yè)/共38