分子標記輔助育種課件

第十章分子標記輔助選擇

Marker-assistedselection.第十章分子標記輔助選擇

Marker-assisteds1作物育種基礎(chǔ)與環(huán)節(jié)作物育種的成效取決于三個方面發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造育種上有利的遺傳變異采用合理先進的育種手段方法，將優(yōu)良基因重組在一起應(yīng)用準確有效的選擇鑒定技術(shù)，篩選出優(yōu)良的重組類型Thecentraldogmaofplantbreeding.作物育種基礎(chǔ)與環(huán)節(jié)作物育種的成效取決于三個方面Thecen2第一節(jié)分子標記輔助選擇利用易于鑒定的遺傳標記來輔助選擇來提高選擇效率和降低育種盲目性常規(guī)育種過程中基本上應(yīng)用形態(tài)學標記，把與目標基因連鎖的、易于識別的性狀作為標記，對目標性狀進行相關(guān)選擇大麥中抗稈銹病的基因與抗散黑穗病的基因緊密連鎖水稻中紫葉標記基因與恢復基因共分離對質(zhì)量性狀一般是有效的主效基因與數(shù)量性狀連鎖的輔助選擇數(shù)量性狀策略.第一節(jié)分子標記輔助選擇利用易于鑒定的遺傳標記來輔助選擇來提3形態(tài)標記輔助選擇的缺點數(shù)量有限一些形態(tài)標記常與不良性狀連鎖多基因控制的重要農(nóng)藝性狀受到環(huán)境影響較大表型測量難度較大或誤差較大特定的表現(xiàn)時期效率較低.形態(tài)標記輔助選擇的缺點數(shù)量有限.4借助分子標記對目標性狀的基因型進行選擇對重要農(nóng)藝性狀基因進行定位和追蹤，對目標性狀進行有效遺傳操縱利用分子標記分析與目的基因緊密連鎖的基因型，輔助回交選擇，減輕連鎖累贅，聚合有利基因，加快育種進程，提高選擇效率.借助分子標記對目標性狀的基因型進行選擇.5ABQmarkerputativegenemarkerrr為A與Q之間的重組率一、分子標記輔助選擇的遺傳基礎(chǔ)1、前景選擇(foregroundselection)

.ABQmarkerputativegenemarkerrr6ConditionalProbability(1-r)/2AQr/2Aqr/2aQ(1-r)/2aq(1-r)/2AQ(1-r)2/4r(1-r)/4r(1-r)/4(1-r)2/4r/2Aqr(1-r)/4r2/4r2/4r(1-r)/4r/2aQr(1-r)/4r2/4r2/4r(1-r)/4(1-r)/2aq(1-r)2/4r(1-r)/4r(1-r)/4(1-r)2/4.ConditionalProbability(1-r)/27QQQqqqAA(1-r)2/4r(1-r)/4+r(1-r)/4r2/41/4Aar(1-r)/4+r(1-r)/4(1-r)2/4+r2/4+r2/4+(1-r)2/4r(1-r)/4+r(1-r)/41/2aar2/4r(1-r)/4+r(1-r)/4(1-r)2/41/41/41/21/41.0Prob.(QQ/AA)=Prob(QQandAA)=(1-r)2/4=(1-r)2

Prob.(QQ/AA)=

Prob(AA)

1/4.QQQqqqAA(1-r)2/4r(1-r)/4+r(18MarkerAssistedSelection(MAS)MarkerP(Qj/Mi)QQQqqqAA(1-r)22r(1-r)r2Aar(1-r)(1-r)2+r2r(1-r)aar22r(1-r)(1-r)2.MarkerAssistedSelection(MAS9感病親本抗病親本親本DNA（標記）帶型Rxo1chr6smarker}r雜種F1標記帶型F2群體標記類型RRRrrr(1-r)22r(1-r)r2.感病親本抗病親本親本DNA（標記）帶型Rxo1chr610目標基因選擇的正確率選擇正確率隨重組率的增加而迅速下降。或者說重組值越小，其錯選率越低如果要求至少選到一株目標基因型的概率為P，則必須選擇具有標記基因型MM的植株的最少數(shù)目為n=log(1-P)/log(1-p)，p=(1-r)2

.目標基因選擇的正確率選擇正確率隨重組率的增加而迅速下降?；?1重組率高達0.3，只需選擇7株具有基因型M/M的植株標記與目標基因間無連鎖，重組率為0.5，則至少需選擇16株.重組率高達0.3，只需選擇7株具有基因型M/M的植株.12兩側(cè)標記作目標基因選擇雙標記選擇的正確率確實比單標記選擇高得多.兩側(cè)標記作目標基因選擇.132、背景選擇(backgroundselection)背景選擇的對象幾乎包括了整個基因組高密度的分子標記連鎖圖.2、背景選擇(backgroundselection)14圖示基因型 當一個個體中覆蓋全基因組的所有標記的基因型都已知時，就可以推測出各個標記座位上等位基因的可能來源(指來自哪個親本)，進而可以推測出該個體中所有染色體的組成,即全基因組組成狀況的連續(xù)的基因型.圖示基因型 當一個個體中覆蓋全基因組的所有標記的基因型都已15..16..17..18..19..20GraphicalgenotypingF2individual.GraphicalgenotypingF2indivi21二、分子標記輔助選擇的優(yōu)勢克服性狀鑒定的困難隱性等位基因表現(xiàn)型鑒定難需要特別環(huán)境鑒定允許早期選擇，多性狀/基因選擇顯著地減輕連鎖累贅的程度加快育種進程，提高育種效率免除了測交或后代測驗早世代選擇，減少群體規(guī)模全基因組選擇.二、分子標記輔助選擇的優(yōu)勢克服性狀鑒定的困難.22傳統(tǒng)回交育種標記輔助選擇回交育種F1回交1回交2回交3回交20回交100F1回交1回交2.傳統(tǒng)回交育種標記輔助選擇回交育種F1回交1回交2回交3回交223..24三、分子標記輔助選擇應(yīng)具備的主要條件與目標基因緊密連鎖的分子標記共分離或緊密連鎖的(一般應(yīng)小于5cM)簡便快捷的標記檢測方法檢測方法要簡單、快速、準確、成本低廉檢測過程（包括DNA的提取、分子標記的檢測、數(shù)據(jù)分析等）最好能自動化應(yīng)有很高的可重復性，且經(jīng)濟實用一套能準確進行多數(shù)據(jù)處理的計算機分析軟件以PCR為基礎(chǔ)的標記.三、分子標記輔助選擇應(yīng)具備的主要條件與目標基因緊密連鎖的分子251.分子標記輔助選擇的限制因素很大程度決定于標記與目的基因或QTL之間的連鎖程度連鎖不緊密時(r=0.2)、QTL兩側(cè)兩個遺傳標記較一個遺傳標記的遺傳進度要大38％主要受性狀QTL的檢測能力、精確性或準確性的影響作圖所用的群體大小以及性狀遺傳力QTL數(shù)目、效應(yīng)大小一般來說遺傳力越高，則MAS效率降低遺傳力低的性狀，QTL的檢測能力和定位準確性會降低.1.分子標記輔助選擇的限制因素很大程度決定于標記與目的基26..272.降低分子標記輔助選擇的成本微量提取法提取DNA，不需液氮處理的DNA提取技術(shù)，在提取過程中不利用特殊化學藥品，降低提取緩沖液成本減少PCR反應(yīng)體積利用多重PCR方法在瓊脂糖或聚丙烯酰胺凝膠上多重上樣相斥相分子標記.2.降低分子標記輔助選擇的成本微量提取法提取DNA，不需液28第三節(jié)

應(yīng)用MAS育種的研究實例.第三節(jié)

應(yīng)用MAS育種的研究實例.29一、分子標記與資源評價分了標記在與育種有關(guān)的種質(zhì)資源研究：繪制品種的指紋圖譜種質(zhì)資源的遺傳多樣性及分類研究種質(zhì)資源的創(chuàng)新與鑒定繪制目標性狀基因連鎖標記選擇育種親本等.一、分子標記與資源評價分了標記在與育種有關(guān)的種質(zhì)資源研究：.30二、分子標記與親本選配玉米Melchinger等人(1990)應(yīng)用81個多態(tài)型探針分析了近20個包括新、老品種和配合力表現(xiàn)不同的玉米自交系親本遺傳差異與雜種表現(xiàn)的相關(guān)性隨研究材料的不同而有差異同一雜種優(yōu)勢群中的自交系間雜種優(yōu)勢表現(xiàn)與親本的遺傳距離存在較高的相關(guān)性在不同雜種優(yōu)勢群的自交系間雜交組合的遺傳距離與雜種優(yōu)勢則不相關(guān).二、分子標記與親本選配玉米.31基因型雜合性雜種優(yōu)勢.基因型雜合性雜種優(yōu)勢.32三、MAS增強作物抗病性將IRBB21中抗病基因Xa21導入到優(yōu)良恢復系明恢63.三、MAS增強作物抗病性將IRBB21中抗病基因Xa21導入33..3412個白葉枯病菌系混合接種鑒定品種/組合抗性.12個白葉枯病菌系混合接種鑒定品種/組合抗性.35MH63(Xa21)MH63(CK).MH63(Xa21)MH63(CK).36四、分子標記輔助抗性基因聚合

（genepyramiding）3個抗病基因（Pi1，Piz-5，Pita）在水稻染色體上的定位.四、分子標記輔助抗性基因聚合

（genepyramidin37MAS聚合3個抗稻瘟病基因的計劃Piz-5，Pita純合植株.MAS聚合3個抗稻瘟病基因的計劃Piz-5，Pita純合植38第十章分子標記輔助選擇

Marker-assistedselection.第十章分子標記輔助選擇

Marker-assisteds39作物育種基礎(chǔ)與環(huán)節(jié)作物育種的成效取決于三個方面發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造育種上有利的遺傳變異采用合理先進的育種手段方法，將優(yōu)良基因重組在一起應(yīng)用準確有效的選擇鑒定技術(shù)，篩選出優(yōu)良的重組類型Thecentraldogmaofplantbreeding.作物育種基礎(chǔ)與環(huán)節(jié)作物育種的成效取決于三個方面Thecen40第一節(jié)分子標記輔助選擇利用易于鑒定的遺傳標記來輔助選擇來提高選擇效率和降低育種盲目性常規(guī)育種過程中基本上應(yīng)用形態(tài)學標記，把與目標基因連鎖的、易于識別的性狀作為標記，對目標性狀進行相關(guān)選擇大麥中抗稈銹病的基因與抗散黑穗病的基因緊密連鎖水稻中紫葉標記基因與恢復基因共分離對質(zhì)量性狀一般是有效的主效基因與數(shù)量性狀連鎖的輔助選擇數(shù)量性狀策略.第一節(jié)分子標記輔助選擇利用易于鑒定的遺傳標記來輔助選擇來提41形態(tài)標記輔助選擇的缺點數(shù)量有限一些形態(tài)標記常與不良性狀連鎖多基因控制的重要農(nóng)藝性狀受到環(huán)境影響較大表型測量難度較大或誤差較大特定的表現(xiàn)時期效率較低.形態(tài)標記輔助選擇的缺點數(shù)量有限.42借助分子標記對目標性狀的基因型進行選擇對重要農(nóng)藝性狀基因進行定位和追蹤，對目標性狀進行有效遺傳操縱利用分子標記分析與目的基因緊密連鎖的基因型，輔助回交選擇，減輕連鎖累贅，聚合有利基因，加快育種進程，提高選擇效率.借助分子標記對目標性狀的基因型進行選擇.43ABQmarkerputativegenemarkerrr為A與Q之間的重組率一、分子標記輔助選擇的遺傳基礎(chǔ)1、前景選擇(foregroundselection)

.ABQmarkerputativegenemarkerrr44ConditionalProbability(1-r)/2AQr/2Aqr/2aQ(1-r)/2aq(1-r)/2AQ(1-r)2/4r(1-r)/4r(1-r)/4(1-r)2/4r/2Aqr(1-r)/4r2/4r2/4r(1-r)/4r/2aQr(1-r)/4r2/4r2/4r(1-r)/4(1-r)/2aq(1-r)2/4r(1-r)/4r(1-r)/4(1-r)2/4.ConditionalProbability(1-r)/245QQQqqqAA(1-r)2/4r(1-r)/4+r(1-r)/4r2/41/4Aar(1-r)/4+r(1-r)/4(1-r)2/4+r2/4+r2/4+(1-r)2/4r(1-r)/4+r(1-r)/41/2aar2/4r(1-r)/4+r(1-r)/4(1-r)2/41/41/41/21/41.0Prob.(QQ/AA)=Prob(QQandAA)=(1-r)2/4=(1-r)2

Prob.(QQ/AA)=

Prob(AA)

1/4.QQQqqqAA(1-r)2/4r(1-r)/4+r(146MarkerAssistedSelection(MAS)MarkerP(Qj/Mi)QQQqqqAA(1-r)22r(1-r)r2Aar(1-r)(1-r)2+r2r(1-r)aar22r(1-r)(1-r)2.MarkerAssistedSelection(MAS47感病親本抗病親本親本DNA（標記）帶型Rxo1chr6smarker}r雜種F1標記帶型F2群體標記類型RRRrrr(1-r)22r(1-r)r2.感病親本抗病親本親本DNA（標記）帶型Rxo1chr648目標基因選擇的正確率選擇正確率隨重組率的增加而迅速下降。或者說重組值越小，其錯選率越低如果要求至少選到一株目標基因型的概率為P，則必須選擇具有標記基因型MM的植株的最少數(shù)目為n=log(1-P)/log(1-p)，p=(1-r)2

.目標基因選擇的正確率選擇正確率隨重組率的增加而迅速下降?；?9重組率高達0.3，只需選擇7株具有基因型M/M的植株標記與目標基因間無連鎖，重組率為0.5，則至少需選擇16株.重組率高達0.3，只需選擇7株具有基因型M/M的植株.50兩側(cè)標記作目標基因選擇雙標記選擇的正確率確實比單標記選擇高得多.兩側(cè)標記作目標基因選擇.512、背景選擇(backgroundselection)背景選擇的對象幾乎包括了整個基因組高密度的分子標記連鎖圖.2、背景選擇(backgroundselection)52圖示基因型 當一個個體中覆蓋全基因組的所有標記的基因型都已知時，就可以推測出各個標記座位上等位基因的可能來源(指來自哪個親本)，進而可以推測出該個體中所有染色體的組成,即全基因組組成狀況的連續(xù)的基因型.圖示基因型 當一個個體中覆蓋全基因組的所有標記的基因型都已53..54..55..56..57..58GraphicalgenotypingF2individual.GraphicalgenotypingF2indivi59二、分子標記輔助選擇的優(yōu)勢克服性狀鑒定的困難隱性等位基因表現(xiàn)型鑒定難需要特別環(huán)境鑒定允許早期選擇，多性狀/基因選擇顯著地減輕連鎖累贅的程度加快育種進程，提高育種效率免除了測交或后代測驗早世代選擇，減少群體規(guī)模全基因組選擇.二、分子標記輔助選擇的優(yōu)勢克服性狀鑒定的困難.60傳統(tǒng)回交育種標記輔助選擇回交育種F1回交1回交2回交3回交20回交100F1回交1回交2.傳統(tǒng)回交育種標記輔助選擇回交育種F1回交1回交2回交3回交261..62三、分子標記輔助選擇應(yīng)具備的主要條件與目標基因緊密連鎖的分子標記共分離或緊密連鎖的(一般應(yīng)小于5cM)簡便快捷的標記檢測方法檢測方法要簡單、快速、準確、成本低廉檢測過程（包括DNA的提取、分子標記的檢測、數(shù)據(jù)分析等）最好能自動化應(yīng)有很高的可重復性，且經(jīng)濟實用一套能準確進行多數(shù)據(jù)處理的計算機分析軟件以PCR為基礎(chǔ)的標記.三、分子標記輔助選擇應(yīng)具備的主要條件與目標基因緊密連鎖的分子631.分子標記輔助選擇的限制因素很大程度決定于標記與目的基因或QTL之間的連鎖程度連鎖不緊密時(r=0.2)、QTL兩側(cè)兩個遺傳標記較一個遺傳標記的遺傳進度要大38％主要受性狀QTL的檢測能力、精確性或準確性的影響作圖所用的群體大小以及性狀遺傳力QTL數(shù)目、效應(yīng)大小一般來說遺傳力越高，則MAS效率降低遺傳力低的性狀，QTL的檢測能力和定位準確性會降低.1.分子標記輔助選擇的限制因素很大程度決定于標記與目的基64..652.降低分子標記輔助選擇的成本微量提取法提取DNA，不需液氮處理的DNA提取技術(shù)，在提取過程中不利用特殊化學藥品，降低提取緩沖液成本減少PCR反應(yīng)體積利用多重PCR方法在瓊脂糖或聚丙烯酰胺凝膠