首页 > 分享 > 分子标记技术与植物育种

分子标记技术与植物育种

花匠小妙招
2024-09-22 22:58

1、第五章分子标记技术与植物育种,遗传标记遗传基因作物育种农业生产,本章内容提要：,第一节植物育种常用的遗传标记第二节分子标记的类型及原理第三节各标记间的联系和相互转化以及高通量分子标记和自动化分析第四节分子遗传图谱的构建和比较基因组作图第五节分子标记用于基因定位第六节分子标记辅助选择,第一节植物育种常用的遗传标记,本节内容：一、形态标记（morphological markers）二、细胞学标记（ cytological markers ）三、生化标记（ biochemical markers ）四、分子标记（ molecular markers ）,概念：遗传标记（genetic marker）定义为可以稳定遗传的，易于识别的特殊的遗传多态性表现型式。在经典遗传学中，遗传多态性是指等位基因的变异（差异）；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。,遗传标记的特征: 1）可识别性：亲本间存在着多态性（即差异）。 2）可遗传性：亲本间存在的多态性在后代中可以重演。,遗传标记的类型: 形态标记，或可见标记（visible markers）

2、细胞学标记（cytological markers）生化标记（ biochemical markers） DNA标记（DNA markers）,遗传标记应具备的条件：多态性高；表现共显性，能够鉴别出纯合基因型和杂合基因型；对主要农艺性状影响小；经济方便，容易观察记载。,遗传标记的用途：（1）遗传研究：连锁分析、基因定位、遗传作图、基因转移和多样性分析等。（2）植物育种：辅助选择。在作物育种中，通常把与育种目标性状紧密连锁的遗传标记用于对目标性状进行追踪选择、辅助选择以及基因型鉴定。,遗传标记的发展：,形态标记：简单性状的遗传（普通遗传学）；细胞学标记：染色体变异与细胞学特征（细胞遗传学）；同工酶标记（蛋白质标记）：同工酶与电泳技术（生化遗传学）；分子标记：DNA序列变异与检测技术（分子遗传学）：,一、形态标记,形态标记：指植物的外部形态特征，是一类容易观测，使用广泛的标记。典型的形态标记用肉眼可以识别和观察，也叫可见标记（visible markers），是指在个体上可以看见的遗传标记，如花色（红花、白花）、株高（高秆、矮秆），还有叶形、果色等性状通过观察即可

3、作出判断。广义的形态标记还包括那些借助简单测试即可识别的某些性状，如生理生殖特性、抗病虫性等。,如：水稻部分形态标记及标记基因,形态标记材料的获得方法：一般通过自然突变、物理或化学诱变来获得具有特定形态特征的遗传标记材料。标记与基因的连锁分析方法：通过两点、三点测验来确定标记基因与目标性状之间的关系。利用已知位点的标记定位未知位点的新标记。形态标记的实质：利用一个性状来推论另一个性状，或利用一个性状来推论它的遗传基因,形态标记的利用：大麦中抗杆锈与抗散黑穗病基因连锁，选一个可连带另一个基因。棉花芽黄与核雄性不育基因共分离，苗期可以鉴别可育株和不育株用于制种。形态标记曾经发挥过很大作用，但其标记的数量少、周期长、多态性差、易受环境影响。因此，在育种中应用是非常有限的。,二、细胞学标记,细胞学标记：即能明确显示遗传多态性的细胞学特征。研究表明：染色体的数目和结构的变化，包括单、缺、三、四体；缺失、易位、倒位、重复；核型（染色体数、大小、随体有无、着丝粒位置等）和带型（C带、N带、G带等）都会引起某些表型性状的变异。因此，可作为一种遗传标记加以利用。,染色体结构和数量的直接分析

4、方法：染色体核型分析和染色体带型分析。染色体核型：染色体数目、大小、随体有无、着丝粒位置等核型特征指染色体的长度、着丝粒位置和随体有无,后期染色体的形态,染色体的数量特征：细胞中染色体数目的多少染色体数量上的遗传多样性整倍性变异：单倍体、多倍体非整倍性变异：缺体、单体、三体、端着丝点染色体等,物种染色体数目（2n）人类 Homo sapiens 46 小家鼠 Mus musculus 40 果蝇 Drosophila melanogaster 8 小麦 Triticum vulgare 42 水稻 Oryza sativa 24 豌豆 Pisum sativum 14 链孢霉 Neurospora crassa 7 衣藻 Chlamydomonas reinhardi 16,用具有染色体数目和结构变异的材料与染色体正常的材料杂交，其后代常导致特定染色体上的基因在减数分裂过程中的分离和重组发生偏离，由此可以测定基因所在的染色体及其相对位置。因此染色体数目和结构的特征可以作为一种遗传标记。染色体数目和结构变异常具有相应的形态学特征，因此可以提高这些标记的鉴定和利用效率。,

5、如：水稻IR36初级三体的形态特征,又如：小麦和黑麦杂交创造的1RS/1BL易位系，在1RS上携带有抗锈病和抗白粉病等基因。根据1RS/1BL染色体在小麦背景中不呈现次缢痕，看不到随体，1RS特有的C带带型等细胞学证据，可以判断后代是否携带有所需要的来自黑麦的抗性基因。,染色体带型：C带、N带、G带等带型特征指染色体经特殊染色显带后，带的颜色深浅、宽窄和位置顺序等，可以反映出常染色质和异染色质的分布。染色体的分带技术： G带：用吉姆沙（Giemsa）染色产生的带； Q带：用荧光染料染色产生的带； R带：与G带相反的带； C带：显示组成型异染色质的带。,人类细胞遗传学高分辨显带命名国际体制（1980）：染色体的短臂以p表示，长臂以q表示；每个臂再划分为区（region）；每个区再划分为带（band）。例如，12p14代表第12染色体短臂上第1区第4带，而9q34代表第9染色体长臂上第3区第4带。,带型特征,细胞学标记的优缺点：优点：细胞学标记克服了形态标记易受环境影响的缺点缺点：（1）费时、费力，材料的获得需要花费大量的人力物力进行培育；（2）某些物种对染色体数目和

6、结构变异反应敏感，甚至不适应而死亡，耐受性较差，难以获得相应的标记材料；（3）有些标记伴有对生物有害的表型效应；还有些标记的鉴定比较困难，虽能把基因定位在某染色体上，但仍不能精确定位；（4）可资利用的标记数量有限,三、生化标记,生化标记：易于识别的蛋白质或酶的生物学特征，是以基因表达产物为主的一类遗传标记系统。可分为酶蛋白和非酶蛋白两种，酶蛋白一般是指同工酶（Isozyme）或等位酶（ Allozymes ）。通常利用淀粉凝胶或聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDSPAGE）和酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳（APAGE）来分离检测。,种子贮藏蛋白标记：种子贮藏蛋白的种类：包括白蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白等原理：不同品种蛋白的结构和数量不同；方法：蛋白PAGE电泳法利用：种子纯度鉴定，品种识别等,同功酶及等位酶标记同功酶是指具有相同催化功能而结构及理化性质又不同的一类酶，其结构的差异来源于基因类型的差异，因此并不一定是同一基因的产物。等位酶：是同一座位上的不同的等位基因引起的利用非变性淀粉凝胶或聚丙烯酰胺凝胶电泳检测酶谱。,同功酶标记是一种共显性标记,水稻部分同工酶基因同工酶基

7、因座位染色体等位基因酸性磷酸酯酶 Acp-1 12 0-3 Acp-2 12 0,3 Acp-4 7 1,2 乙醇脱氢酶 Adh-1 11 0-3 -淀粉酶 Amy-1 7 0-3 过氧化氢酶 Cat-1 6 0-3 酯酶 Est-2 6 0,1,2 Est-3 9 1,2 Est-5 1 0,1,2 Est-7 7 0,1 Est-9 7 1,2 资料来源： Rice Genet. News. Vol.7 。,优点：蛋白质标记是基因表达的产物，与形态和细胞学特征相比，数量上更丰富，可直接采集组织、器官等少量样品分析，克服了整株直接取样的缺点，直接反应基因产物的差异，受环境影响小。不足：标记的数量还是比较有限，特别是酶蛋白标记需要特殊的显色方法和技术；某些酶的活性具有发育和组织特异性；或仅局限于反映基因组编码区的表达信息等。,生化标记的优缺点：,形态标记、细胞学标记、生化标记存在的问题是：, 这些标记在数量上都是有限的。虽然经过近百年的努力，目前这些标记的数量仍然不多，因此限制了这些标记的利用。细胞学和生化标记在操作上比较麻烦，难以开展大规模的研究和利用。,四、分子标记,广义

8、的分子标记是指可遗传的、并可检测的DNA序列或蛋白质。狭义的分子标记仅指DNA标记，是以染色体DNA上特定的核苷酸序列作为标记。分子标记是直接反映DNA水平上的遗传多态性的标记，表现为核苷酸序列的任何差异。,分子标记的种类非常多！,RFLP : Restriction Fragment Length Polymorphisms（限制性片段长度多态性） VNTR: Variable Number of Tandem Repeats（可变数目的串连重复序列标记） RAPD: Random Amplified Polymorphic DNA（随机扩增多态性DNA） DAF: DNA Amplification Fingerprinting（DNA扩增指纹）,SSR: Simple Sequence Repeats SCAR: Sequence-characterized Amplified regions STS: Sequence Tag Site AFLP: Amplified Fragment Length Polymorphisms CAPS: Cleaved Amplifica

9、tion Polymorphism Sequence-tagged Sites SNP: Single Nucleotide Polymorphisms EST: Expressed sequence tags ,分子标记的优越性：直接以DNA的形式表现，不受季节、环境限制，不存在是否表达的问题；数量多，遍及整个基因组，检测位点近乎无限；多态性高，自然界存在许多等位变异，不需专门创造特殊的遗传材料；表现为“中性”，即不影响目标性状的表达，与不良性状无必然的连锁；许多分子标记表现为共显性，能鉴别纯合或杂合的基因型，提供完整的遗传信息。,应用：遗传图谱构建；系统发育关系分析；种质资源分类鉴定；品种注册、专利保护、病毒鉴定；基因定位、体细胞杂种鉴定；分子标记辅助育种选择 ,第二节分子标记的类型及原理,依据对DNA多态性的检测手段的不同，DNA分子标记大致可分为三大类：一、基于分子杂交技术的分子标记二、基于PCR技术的分子标记三、基于DNA芯片技术的分子标记,一、基于分子杂交技术的分子标记,1、RFLP（ Restriction fragment length polymorphism ），译为限制性片段长度多态性，是基于DNA序列上的变化而造成限制性内切酶的酶切位点的增减，或限制性酶切片段长度发生变化。 RFLP分析是限制性内切酶、核酸电泳、印迹（blot）技术、探针杂交技术的综合应用。 RFLP是出现最早，利用最广的一种分子标记，特别在遗传图谱构建的应用。,发展历史： RFLP标记在20世纪70年代被认识，随着分子杂交、放射性自显影技术的完善；到1980年，人类遗传学家Botstein 等构建了第一张病毒的RFLP遗传图谱； 1987年Donis-keller构建了第一张人类的RFLP遗传图谱；以后在微生物、植物、动物和人类上都得到了广泛的利用。目前，该技术已广泛应用于遗传图谱的构建、基因定位、遗传进化研究、标记辅助选择等,RFLP基本原理是：利用特定的限制性内切酶（ restriction enzymes，RE ）消化不同生物个体的基因组DNA，得到许多大小不等的DNA片段，反映DNA分子上不同

《分子标记技术与植物育种》由会员第***分享，可在线阅读，更多相关《分子标记技术与植物育种》请在金锄头文库上搜索。