第十八章分子标记辅助选择育种ppt课件.ppt
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1、第十八章 分子标记辅助选择育种,选择:是指在一个群体中选择符合育种目标要 求的基因型,我们还记得作物育种的任务吗?,按照人们的预定目标,采取相应的育种程序和方法,诱发、创造和重组遗传变异,选育出适应当地自然气候条件,符合社会、生产需要,在遗传组成上相对稳定一致的优良基因型,并繁育出足够数量个体(种子苗木)供生产上应用。,完成作物育种的任务主要取决于以下三个方面,1.亲本,亲本中必须包括育种目标所需的基因资源,并且这种基因资源是可供育种家方便利用的2.采用合理先进的育种方法,将优良基因重组在一起3.准确、可靠的鉴定技术,把优良基因型挑选出来并鉴定出它在一定的自然气候条件、生产条件下的适应能力和生
2、产潜力,在育种实践中经常可以看到这种情形:,采用两个相同的亲本进行杂交,从同一杂交组合中有人选出了品种,而有些人则一无所获。为什么?道理很简单,每个亲本有许许多多性状,两个亲本杂交,其后代可出现成千上万种基因组合。如何将最好的基因型挑选出来,这不仅取决于育种家的理论知识和正确的育种方案,更重要的是育种家敏锐的眼光和育种经验。与此同样重要的是还需要具备使优良基因型充分表达的外界环境条件。,各种性状的选择鉴定主要靠当地天然环境条件和多年多点试验,对病虫害和旱涝、盐碱抗性常靠人工诱发鉴定和连续多代表型选择。而不同年份、不同地点、不同田块甚至于同一田块中的不同部位,条件总不会完全相同,这势必影响实验的
3、客观性、公正性可和可重复性。为提高选择效率,加快育种进程,育种家们想方设法探究基因型与表型之间的关系,研究各种性状之间的相关,寻找准确可靠的鉴定方法和最佳选择方法。,近十年来,分子生物学技术的发展为植物育种提供了一种基于DNA变异为基础的新型遗传标记,与形态标记、细胞学标记和生化标记相比,是从基因型选择基因型。 RFLP RAPD SSR AFLP,第一节 遗传标记概述,一、遗传标记概念 遗传标记(Genetic markers): 是指可以明确反映遗传多态性的生物特征。具有可遗传的、特殊的、易于识别的表现形式。,二、遗传标记应具备的条件:1.多态性高2.表现共显性,能够鉴别出纯合基因型和杂合
4、基因型3.对主要农艺性状影响小4.经济方便,容易观察记载,三、遗传标记种类,1.形态标记形态标记:即植物的外部形态特征。指那些能够用肉眼明确观测的一 类外观特征性状。形态标记性状: 植株高矮、粒型、粒色、穗 形、白化、 变态叶、矮秆、紫鞘、卷叶等; 也包括色素、生理特性、生殖特性、 抗病虫性等有关的一些特性。,2.细胞学标记(cytological markers)细胞学标记: 即植物细胞染色体的变异,指能明确显示遗传多态性的细胞学特征。染色体结构特征:包括染色体核型(染色体数目、结构、随体有无、着丝粒位置等)和带型(C带、N带、G带等)的变化。核型特征:是指染色体的长度、着丝粒位置和随体有无
5、等,由此可以反映染色体的缺失、重复、倒位和易位等遗传变异。带型特征:是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,由此可以反映染色体上常染色质和异染色质的分布差异。,染色体数量特征: 是指细胞中染色体数目的多少,染色体数量上的遗传多态性包括整倍性和非整倍性的变异。整倍性的变异:多倍体。非整倍性的变异:缺体、单体、三体、端着丝点染 色体等,3.生化标记:指以基因表达的蛋白质产物为主的一类遗传标记系统。 主要包括贮藏蛋白、同工酶、等位酶等标记。,分析方法:从植物组织的蛋白粗提物中通过电泳和组织化学染色法将酶的多种形式转变成肉眼可辩的酶谱带型。,4.分子标记(molecular mar
6、kers)分子标记:是DNA水平上的遗传多态性,表 现为核苷酸序列的任何差异。,DNA分子水平研究,优点:直接以DNA的形式表现,在植物体的各个组织、各发育时期均可检测到,而且不受环境限制,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,DNA标记在数量上几乎是无限的;多态性高,自然界存在着许多等位变异,不需要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,能够鉴别出纯合基因型与杂合基因型,提供完整的遗传信息。,DNA分子标记技术大致可分为三类:第一类:以电泳技术和分子杂交技术为核心的分子标记技术。 包括RFLP
7、、DNA指纹技术(DNA Fingerprinting)等;第二类:以DNA聚合酶链式反应 (PCR, Polymerase Chain Reaction)为基础的分子标记技术。 包括RAPD、简单序列重复标记SSR、序标位STS、序列 特征化扩增区域SCAR等;第三类:以 DNA测序为核心的分子标记技术。 如:SNP标记、表达序列标签EST标记等;,第二节 分子标记技术类型及原理,一、 RFLP限制性片段长度多态性 (RFLP)是发展最早的分子标记技术。,RFLP是不同物种、品种甚至个体间DNA经核酸限制性内切酶酶切后产生的片段长度的差异 这种差异可以通过DNA凝胶电泳的方法直接观察到。,基
8、本步骤,用DNA限制性内切酶消化,Southern杂交,放射性自显影或酶学检测,DNA提取,凝胶电泳分离,转移到滤膜上,RFLP标记的原理 植物基因组DNA上的碱基替换、插入、缺失或重复等,造成某种限制性内切酶酶切位点的增加或丧失,从而产生限制性片断长度多态性。,二、基于技术的分子标记,聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR) 是体外快速扩增DNA的方法 。 PCR反应包括三个步骤: 变性:在94-95使模板DNA的双链变性成单链。 复性:两个引物分别与单链DNA互补复性,复性的温度在50-60 延伸:在引物的引导及Taq酶的作用下,于72合成模板DNA的互
9、补链 这三个步骤称为一个循环,PCR反应常有25-35个循环。,1、RAPD标记的基本原理,RAPD应用了PCR反应的原理,以不同的基因组DNA为模板,以单一的随机寡聚核苷酸(长度多为10个核苷酸)为引物而获得的一定扩增产物。由于不同基因组DNA序列存在着差异,其不同区段上可与引物同源互补的位点不同,扩增产物的数量、大小也不同,因而表现出多态性。这些DNA片段鉴定后证明可以作为分子标记的则称之为RAPD标记。,2.SSR标记的原理,根据微卫星序列两端互补序列设计引物,通过PCR反应扩增微卫星片段,由于核心序列串联重复数目不同,从而表现出不同个体在同一个微卫星座位上微卫星的长度多态性。,三、基于
10、DNA芯片技术的分子标记,单核苷酸多态性 (singlenucleotide polymorphism,SNP):是指不同个体基因组DNA序列之间单个核苷酸的差异。就两个序列的比较而言,可指同一位点的不同等位基因之间个别核苷酸的差异或只有小的插入、缺失等; 就遗传群体而言,指在基因组内特定核苷酸位置上存在两种不同的核苷酸且其出现频率大于1%(若出现频率低于1%,则视为点突变,是不可能作为标记的)。 它又被称为第三代新型多态性标记。通常我们所说的SNPs包括单碱基的转换、颠换以及单碱基的插入缺失(Indel)目前,检测SNP的最佳方法是新近发展起来的DNA芯片技术。 DNA芯片又称生物集成模片、
11、DNA阵列或寡核苷酸微芯片。,第三节 分子标记辅助选择,一、什么是分子标记辅助选择?,借助分子标记对目标性状基因型进行选择,这就是所谓的“分子标记辅助选择”(marker-assisted selection,缩写为MAS)。,广义而言,分子标记辅助选择不仅包括利用分子标记进行优异种质的鉴定筛选、(自交系)亲本间的亲缘关系分析、遗传多样性的保持和利用,而且包括利用分子标记选择、转移、聚合目标基因等育种的其它诸多环节,如植物系统发育关系分析、品种注册、专利保护、体细胞杂种鉴定、新品种权保护等。,二、分子标记辅助选择的优越性 在传统育种中,选择的依据通常是表现型而非基因型。这是因为人们无法直接知道
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