分子标记
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分子标记介绍
分⼦标记介绍分⼦标记是指可遗传的并可检测的DNA序列或蛋⽩质。
即DNA⽚段即能反映⽣物个体或种群间基因组中某种差异特征的DNA ⽚段；能受基因控制并且能够稳定遗传的，能代表个体或群体的遗传特征，并可被⽤作遗传分析的物质。
它能够直接反映基因组间DNA间的差异。
常⽤的分⼦标记有RFLP、RAPD、AFLP、SSR、ISSR、EST等。
RAPD、AFLP属于以PCR为基础的分⼦标记；RFLP属于以Southern为基础的分⼦标记；SSR、ISSR属于以重复序列为基础的分⼦标记；EST以mRNA为基础的分⼦标记。
1 主要的分⼦标记介绍1.1 限制性⽚段长度多态性（RFLP）RFLP是应⽤Southern杂交技术检测DNA在限制性内切酶酶切后形成的特定DNA⽚段的⼤⼩。
所以对于引起酶切位点变异的突变如点突变或部分DNA⽚段的缺失、插⼊、倒位⽽引起酶切位点缺失或获得等均可应⽤。
此⽅法的基本步骤包括：DNA的提取、⽤限制性内切酶酶切DNA、凝胶电泳分开DNA⽚段、把DNA⽚段转移到滤膜上、利⽤放射性标记的探针显⽰特定的DNA⽚段、分析结果。
探针⼀般选择单拷贝的。
其优点为共显性标记，稳定且可重复但耗时，昂贵且需应⽤同位素。
⽤该技术可作出植物的RFLP图谱，并应⽤于植物遗传和育种研究。
杨长红等采⽤PCR-RFLP技术，对库尔勒⾹梨等19个主要梨品种的cpDNA遗传多态性进⾏研究，其利⽤10对通⽤引物对总DNA进⾏扩增，并且采⽤7种限制性内切酶对PCR产物进⾏酶切，通过软件分析得出：7对引物（cp01、cp02、cp03、cp04、cp06、cp09、cp10）能在梨属植物上扩增出1条特异性谱带，cp09／MvaI，cp03／Hin6I的酶切位点有显著差异。
根据结果分析，库尔勒⾹梨与鸭梨、砀⼭梨、苹果梨、早酥、慈梨、⾦川雪梨、锦丰、新疆句句梨的平均距离系数较⼩，与其他梨的平均距离系数较⼤。
1.2 随机扩增多态性DNA(RAPD)RAPD是以8-10个碱基的随机寡聚核苷酸序列为引物，利⽤PCR技术⾮特异性扩增DNA⽚段，然后⽤凝胶电泳分开扩增⽚段，即得到⼀系列多态性DNA⽚段.染⾊后即可进⾏多态性分析。
分子标记技术原理方法及应用
分子标记技术原理方法及应用分子标记技术是一种用于检测和定位特定分子的方法。
其原理是通过将一种特殊的化学物质（标记物）与目标分子结合，然后利用标记物的性质来对目标分子进行分析和检测。
分子标记技术被广泛应用于生物医学研究、生物学检测和药物研发等领域。
常用的分子标记技术有荧光标记、酶标记和放射性标记等。
荧光标记是一种将目标分子与荧光染料结合的技术。
荧光标记的原理是通过荧光染料的特性，使得目标分子在荧光显微镜下显示出特定的荧光信号，从而对其进行定位和分析。
荧光标记可以在细胞、组织和体内进行，具有灵敏度高、分辨率高和实时监测的优点。
常见的荧光标记方法有间接免疫荧光标记、原位杂交荧光标记和荧光蛋白标记等。
荧光标记技术广泛应用于细胞定位、蛋白质相互作用研究、细胞分析和分子诊断等领域。
酶标记是一种利用酶与底物反应的方法进行分子标记。
通常，酶标记将目标分子与特定的酶（如辣根过氧化酶、碱性磷酸酶等）结合，然后通过对底物的催化作用产生显色或荧光信号。
酶标记在生物学检测中得到广泛应用，特别是在酶联免疫吸附试验（ELISA）中。
酶标记具有灵敏度高、稳定性好的特点，可以用于检测蛋白质、核酸和小分子等生物分子。
放射性标记是利用放射性同位素与目标分子结合的技术。
放射性同位素具有高灵敏度和长时间半衰期的特点，可以用于追踪和测定目标分子的存在和分布。
放射性标记技术广泛应用于细胞和分子影像学、放射性定位和药物代谢等领域。
分子标记技术在生物医学研究、生物学检测和药物研发等领域有着广泛的应用。
在生物医学研究中，分子标记技术可以用于研究细胞和分子的结构和功能，探索疾病的发生机制和药物的作用机理。
在生物学检测中，分子标记技术可以用于检测和定位特定的生物分子，如蛋白质、核酸和小分子等，从而实现对生物过程的观察和分析。
在药物研发中，分子标记技术可以用于筛选和评价药物的活性和毒性，以及研究药物的代谢和药理学特性。
总之，分子标记技术的发展和应用为生物医学研究和生物学检测提供了强大的工具，有助于我们深入理解生命的奥秘和开发有效的治疗手段。
分子标记技术
（3）取PCR产物10μl加3μl上样缓冲液(6×)于2%琼脂糖胶上 电泳。
（4）电泳结束，观察、拍照。
ISSR分子标记技术
ISSR引物 U807对两种铁皮石斛的扩增结果
ISSR引物 U826对两种铁皮石斛的扩增结果
实验原理
ISSR (inter-simple sequence repeat)即简单序列重 复间区是在微卫星技术基础上发展起来的一种新的分子标记。 其基本原理是:真核生物广泛存在简单重复序列（simple sequence repeat，SSR），如（AT）n （GAC）n等。利用SSR 设计引物，并在引物的的3‘端或5’端加上2-4个随机核甘酸， 以保证引物与基因组DNA中SSR的3‘端或5’端结合，在PCR反应 中，锚定引物可引起特定位点退火，用来检测两个SSR之间 的一段短DNA序列的差异。所扩增的两个SSR区域之间的多个 条带通过聚丙烯酞胺凝胶电泳得以分辨，扩增谱带多为显性 表现。由于微卫星在基因组中广泛分布，且等位变异特别丰 富，因而可以检测到高的多态性。
٭
PCR反应体系
ddH2 O 14.8μl 10×PCR Buffer 2μl dNTP (10mM) 0.4μl Primer (5μM) 1μl Taq 酶(2U/μl) 0.8μl DNA(20ng) 1μl TOTAL 20μl 最后加一滴石蜡油密封，防止体系蒸发
ISSR标记的主要特点
٭
优点：ISSR 标记结合了RAPD 和SSR 的优点, 可同时检测多 个SSR座位；所需DNA模板的量少、多态性丰富, 无需试剂盒、 结果记录方便、实验成本低、操作简单、稳定性较高、呈孟 德尔式遗传
缺点：是PCR 扩增时最适反应条件需要一定时间摸索, 其标 记大多为显性标记, 在解决交配系统、计算杂合度和父系分 析等问题时效果不佳
（4）电泳结束，观察、拍照。
ISSR分子标记技术
ISSR引物 U807对两种铁皮石斛的扩增结果
ISSR引物 U826对两种铁皮石斛的扩增结果
实验原理
ISSR (inter-simple sequence repeat)即简单序列重 复间区是在微卫星技术基础上发展起来的一种新的分子标记。 其基本原理是:真核生物广泛存在简单重复序列（simple sequence repeat，SSR），如（AT）n （GAC）n等。利用SSR 设计引物，并在引物的的3‘端或5’端加上2-4个随机核甘酸， 以保证引物与基因组DNA中SSR的3‘端或5’端结合，在PCR反应 中，锚定引物可引起特定位点退火，用来检测两个SSR之间 的一段短DNA序列的差异。所扩增的两个SSR区域之间的多个 条带通过聚丙烯酞胺凝胶电泳得以分辨，扩增谱带多为显性 表现。由于微卫星在基因组中广泛分布，且等位变异特别丰 富，因而可以检测到高的多态性。
٭
PCR反应体系
ddH2 O 14.8μl 10×PCR Buffer 2μl dNTP (10mM) 0.4μl Primer (5μM) 1μl Taq 酶(2U/μl) 0.8μl DNA(20ng) 1μl TOTAL 20μl 最后加一滴石蜡油密封，防止体系蒸发
ISSR标记的主要特点
٭
优点：ISSR 标记结合了RAPD 和SSR 的优点, 可同时检测多 个SSR座位；所需DNA模板的量少、多态性丰富, 无需试剂盒、 结果记录方便、实验成本低、操作简单、稳定性较高、呈孟 德尔式遗传
缺点：是PCR 扩增时最适反应条件需要一定时间摸索, 其标 记大多为显性标记, 在解决交配系统、计算杂合度和父系分 析等问题时效果不佳
分子标记
分子标记分子标记是继形态标记、细胞标记和生化标记之后发展起来的一种较为理想的遗传标记形式,它以蛋白质、核酸分子的突变为基础,检测生物遗传结构与其变异。
分子标记技术从本质上讲,都是以检测生物个体在基因或基因型上所产生的变异来反映生物个体之间的差异。
每一种分子标记都有其自身的特点和特定的应用范围,但就一般意义而言,DNA 分子标记与形态标记和生化标记等相比,具有许多独特的优点: ①不受组织类别、发育阶段等影响。
植株的任何组织在任何发育时期均可用于分析。
②不受环境影响。
因为环境只影响基因表达(转录与翻译) ,而不改变基因结构即DNA 的核苷酸序列。
③标记数量多,遍及整个基因组。
④多态性高,自然存在许多等位变异。
⑤有许多标记表现为共显性,能够鉴别纯合基因型和杂合基因型, 提供完整的遗传信息。
⑥DNA 分子标记技术简单、快速、易于自动化。
⑦提取的DNA 样品,在适宜条件下可长期保存,这对于进行追溯性或仲裁性鉴定非常有利。
因此,DNA 分子标记可以弥补和克服在形态学鉴定及同工酶、蛋白电泳鉴定中的许多缺陷和难题,因而在品种鉴定方面展示了广阔的应用前景。
1. 1 第1 代分子标记1.1. 1 RFLP 标记技术。
1980 年Botesin提出的限制性片段长度多态性(Restriction fragment length polymorphisms ,RFLP) 可以作为遗传标记,开创了直接应用DNA 多态性的新阶段,是最早应用的分子标记技术。
RFLP 是检测DNA 在限制性内切酶酶切后形成的特定DNA 片段的大小,反映DNA 分子上不同酶切位点的分布情况,因此DNA 序列上的微小变化,甚至1 个核苷酸的变化,也能引起限制性内切酶切点的丢失或产生, 导致酶切片段长度的变化。
优点：RFLP 标记的等位基因具有共显性的特点,结果稳定可靠,重复性好,特别适应于构建遗传连锁图。
缺点：在进行RFLP 分析时,需要该位点的DNA片段做探针,用放射性同位素及核酸杂交技术,既不安全又不易自动化。
分子标记
1974年Grodzicker等创立了限制性片段长度多态性(RFLP)技术，它是一种以DNA—DNA杂交为基础的第一代遗传标记。RFLP基本原理：利用特定的限制性内切酶识别并切割不同生物个体的基因组DNA，得到大小不等的DNA片段，所产生的DNA数目和各个片段的长度反映了DNA分子上不同酶切位点的分布情况。通过凝胶电泳分析这些片段，就形成不同带，然后与克隆DNA探针进行Southern杂交和放射显影，即获得反映个体特异性的RFLP图谱。它所代表的是基因组DNA在限制性内切酶消化后产生片段在长度上差异。由于不同个体的等位基因之间碱基的替换、重排、缺失等变化导致限制内切酶识别和酶切发生改变从而造成基因型间限制性片段长度的差异。
SCAR标记是在RAPD技术基础上发展起来的。SCAR标记是将目标 RAPD 片段进行克隆并对其末端测序，根据 RAPD 片段两端序列设计特异引物，对基因 DNA 片段再进行PCR特异扩增，把与原RAPD片段相对应的单一位点鉴别出来。SCAR标记是共显性遗传，待检 DNA 间的差异可直接通过有无扩增产物来显示。SCAR标记方便、快捷、可靠，可以快速检测大量个体，结果稳定性好，重现性高。
① 随机扩增多态性DNA (Random Amplified Polymorphism DNA，RAPD )
RAPD技术是1990年由Wiliam和Welsh等人利用PCR技术发展的检测DNA多态性的方法。基本原理：它是利用随机引物（一般为8—10bp）通过PCR反应非定点扩增DNA片段，然后用凝胶电泳分析扩增产物DNA片段的多态性。扩增片段多态性便反映了基因组相应区域的DNA多态性。RAPD所使用的引物各不相同，但对任一特定引物，它在基因组DNA序列上有其特定的结合位点，一旦基因组在这些区域发生DAN片段插人、缺失或碱基突变，就可能导致这些特定结合位点的分布发生变化，从而导致扩增产物数量和大小发生改变，表现出多态性。就单一引物而言，其只能检测基因组特定区域DNA多态性，但利用一系列引物则可使检测区域扩大到整个基因组，因此，RAPD可用于对整个基因组DNA进行多态性检测，也可用于构建基因组指纹图谱。
分子标记
的过程。
RFLP标记多态性的分子基础
Southern blotting
RFLP实验流程
移
自显影
RFLP 图谱
RFLP
显性标记 or
共显性标记
RFLP的应用：
1. 分类及遗传多样性研究
2. 遗传图谱的建立
遗传图谱(genetic map)指某一物种的染色体图谱(即连锁图谱)，
分子标记 Molecular Marker
遗传标记
遗传标记是指可以明确反映遗传多态性的生物特征。 1. 形态标记
形态标记是指那些能够明确显示遗传多态性的外观性状，如株高、
穗形、粒色或芒毛等的相对差异。形态标记是指那些能够明确显示遗传多态性的 外观性状，如株高、穗形、粒色或芒毛等的相对差异。
2. 细胞学标记 细胞学标记是指能明确显示遗传多态性的细胞学特征。染色体的
第四类为基于单核苷酸多态性的DNA标记。如：SNP标记。它是由DNA序列中因单个碱 基的变异而引起的遗传多态性。目前SNP标记一般通过DNA芯片技术进行分析。
DNA标记多态性分子基础示意图
分子标记的类型
① 基于杂交的分子标记，如RFLP（Restriction
fragment length polymorphism,即限制性长度片
Southern杂交技术才能够检测到。可见，要进行RFLP分析首先要
分离单拷贝的基因组DNA克隆或cDNA克隆，才能进行多态性分 析。 RFLP标记具有共显性、信息完整、重复性和稳定性好等优点。 但RFLP技术的实验操作过程较复杂，需要对探针进行同位素标
记，即使应用非放射性的Southern杂交技术，仍然是个耗时费力
随机引物PCR产物多态性的分子基础
类型1为显性标记，是最常见的多态 性，类型2、3、4为共显性标记，但 较少见
RFLP标记多态性的分子基础
Southern blotting
RFLP实验流程
移
自显影
RFLP 图谱
RFLP
显性标记 or
共显性标记
RFLP的应用：
1. 分类及遗传多样性研究
2. 遗传图谱的建立
遗传图谱(genetic map)指某一物种的染色体图谱(即连锁图谱)，
分子标记 Molecular Marker
遗传标记
遗传标记是指可以明确反映遗传多态性的生物特征。 1. 形态标记
形态标记是指那些能够明确显示遗传多态性的外观性状，如株高、
穗形、粒色或芒毛等的相对差异。形态标记是指那些能够明确显示遗传多态性的 外观性状，如株高、穗形、粒色或芒毛等的相对差异。
2. 细胞学标记 细胞学标记是指能明确显示遗传多态性的细胞学特征。染色体的
第四类为基于单核苷酸多态性的DNA标记。如：SNP标记。它是由DNA序列中因单个碱 基的变异而引起的遗传多态性。目前SNP标记一般通过DNA芯片技术进行分析。
DNA标记多态性分子基础示意图
分子标记的类型
① 基于杂交的分子标记，如RFLP（Restriction
fragment length polymorphism,即限制性长度片
Southern杂交技术才能够检测到。可见，要进行RFLP分析首先要
分离单拷贝的基因组DNA克隆或cDNA克隆，才能进行多态性分 析。 RFLP标记具有共显性、信息完整、重复性和稳定性好等优点。 但RFLP技术的实验操作过程较复杂，需要对探针进行同位素标
记，即使应用非放射性的Southern杂交技术，仍然是个耗时费力
随机引物PCR产物多态性的分子基础
类型1为显性标记，是最常见的多态 性，类型2、3、4为共显性标记，但 较少见
分子标记名词解释
分子标记名词解释
分子标记是一种在化学反应中使用的术语，用于标记特定的分子或原子。
它通常是一个唯一的名称或符号，用于区分不同的分子或原子。
分子标记可以是化学式、结构式、系统命名或其他特定的标记方式。
在化学反应中，分子标记被用于描述反应物、生成物以及反应中的中间体。
通过使用分子标记，化学家可以准确地描述反应的发生和反应物的转化。
分子标记也可以用于分子的追踪或标记，以便在实验或研究中进行跟踪或定位。
分子标记在化学和生物化学研究中起着重要的作用。
分子标记技术
CAPACITY
RFLPs
HiSpeed sequ
DArT SNPs Multi-SSRs SRAP, TRAP SSRsAFLPs RAPDs
1985
1990
1995
2000
2 分子标记来源于DNA水平的突变
突变(Mutation)是指DNA水平的可遗传的变异，不
管这种DNA变异能不能导致可检测的表型或生化改 变，突变产生的变异是自然选择的基础，可遗传 的突变在群体中扩散从而产生多态性。
7. 近10年来，在人类基因组研究计划的 推动下，分子标记的研究与应用得到迅 速的发展。
分子标记的历史
第一代分子标记技术
RFLP （Restriction Fragment Length Polymorphism，限制性片段长度多态性）
第二代分子标记技术
RAPD（Random Amplified Polymorphic DNA，
RFLP
原理：
DNA
限制性内切酶酶切
电泳
转移到硝酸纤维素滤膜
同位素或非放射标记（如地高辛等）的探针杂交
胶片放射自显影，显示酶切片段大小
RFLP的应用
1.遗传学图的构建 结合RFLP连锁图， 任何能用RFLP探针检测出的基因及其 DNA片段都可以通过回交，快速有效地 进行转移。
2.基因定位 利用RFLP技术能够准确地 标记定位种质中的目标基因，结合杂交， 回交及组织培养等技术就可以快速有效的 将所需目标基因的DNA片段引入栽培品 种中，实现品种改良。
都有害； ✓ 探针的制备、保存和发放也很不方便； ✓ 分析程序复杂、技术难度大、费时、成本高。
2.随意扩增多态性DNA标记—RAPD
Random Amplified Polymorphismic DNA
分子标记
酶 切 扩 增 多 态 性 （ Cleaved amplified polymorphism sequences ，CAPS ）：利用已 知的位点DNA序列资源设计一套特异性引物， 序列资源设计一套特异性引物， 知的位点 序列资源设计一套特异性引物 对 DNA 进 行 扩 增 ， 然 后 在 对 PCR 产 物 进 行 RFLP分析 ， 以显示扩增产物 分析， 以显示扩增产物DNA片段的多态 分析 片段的多态 性。
两端往往是趋于保守的限制性内切酶的切点， 两端往往是趋于保守的限制性内切酶的切点，而重复单位 的数目在不同个体中是高度可变的， 的数目在不同个体中是高度可变的，因此经过酶切后显示 出限制性片段长度多态性，从而可以进行多态性分析。 出限制性片段长度多态性，从而可以进行多态性分析。
RAPD （Radom Amplification Polymorphic DNA）分析的 ） 基本原理是采用合成的较短的单个随机引物（最常用的为 基本原理是采用合成的较短的单个随机引物（最常用的为10 个核苷酸）对基因组 进行PCR扩增。利用扩增产物中 扩增。 个核苷酸）对基因组DNA进行 进行 扩增 DNA片段长度的不同反映个体基因组之间的差异。 片段长度的不同反映个体基因组之间的差异。 片段长度的不同反映个体基因组之间的差异 对于任一特定的引物，它同基因组 对于任一特定的引物，它同基因组DNA序列有其特定的结合 序列有其特定的结合 位点，如果基因组在这些区域 发生片段的插入、 位点，如果基因组在这些区域DNA发生片段的插入、缺失或 发生片段的插入 碱基突变就可以导致这些特定结合位点分布发生改变。 碱基突变就可以导致这些特定结合位点分布发生改变。
分子标记技术
•多态性：生物个体的DNA序列上平均每几百个碱基 会出现一些变异（variation），并按照孟德尔遗 传规律由亲代传给子代，从而使不同个体间表现出 差异，被称为多态性（Polymorphism）。
分子标记名词解释
分子标记名词解释
分子标记 ( Molecular Marker) 是指用于遗传分析、基因组学研究、生物信息学等方面的一类技术工具。
它可以是 DNA、RNA、蛋白质等分子，也可以是其他生物分子，如多糖、脂类等。
分子标记既可以是标记基因 (marker gene),也可以是其他非编码 RNA(ncRNA) 或蛋白质。
分子标记技术广泛应用于遗传多样性分析、基因组学研究、生物信息学等领域。
其中，遗传多样性分析包括遗传图谱构建、单核苷酸多态性 (SNP) 分析、微卫星标记分析等;基因组学研究包括基因组组装、基因组注释、基因组比对等;生物信息学则利用分子标记进行基因预测、蛋白质结构预测、基因表达分析等。
常见的分子标记技术包括：基因测序、分子标记辅助选择、基因组芯片、蛋白质组芯片、生物信息学分析等。
其中，基因测序是目前分子标记技术中最前沿、最常用的技术之一。
它可以通过测序获取基因组序列信息，为基因组学研究和生物信息学分析提供更多的信息资源。
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第四章
分子标记技术
农学院植物科学系 张 宏
第四章
4.1 分子标记概述
分子标记技术
了解分子标记技术的类型、基本原理、方法，初步掌握分子标 记在植物辅助选择育种实践中的应用。
4.2 分子标记种类及其原理 一、以限制性内切酶技术为基础的分子标记 二、以PCR技术为基础的分子标记 三、分子标记的相互转化 4.3 分子标记辅助育种 一、分子标记辅助选择的遗传基础 二、分子标记的筛选 三、质量性状的分子标记辅助选择 四、数量性状的分子标记辅助选择 五、分子标记辅助选择的育种策略
XAWCO08 XAWES01 XAWCO09 XAWCO10 PmAS846 XAWCO11 XAWCO12
XAWCO13 XAWSS01 XAWSS02 XAWCO14 XAWSS03 XAWCO15 XAWCO16
Bradi4g37230 Bradi4g37267 Os09g37949 Bradi4g37560
•选择适合作图的DNA标记；
•根据遗传材料之间的DNA多态性，选择用于建立作图群体的亲本组合； •建立具有大量DNA标记处于分离状态的分离群体或衍生系； •测定作图群体中不同个体或株系的标记基因型； •对标记基因型数据进行连锁分析，构建标记连锁图。
第四章
1. 作图群体的建立
分子标记技术
4.3.2.3 分子图谱的构建
第四章
分子标记技术
4.3.2.2 数量性状分子标记筛选
数量性状基因的初级定位其他方法 •均值差检验法 •性状-标记回归法 •性状-QTL回归法 •性状-QTL-标记回归法
•基于性状-标记回归的区间定位
•QTL定位的计算机软件 •QTL定位的可靠性 •提高QTL定位灵敏度和精确度的方法
第四章
分子标记技术
助与QTL连锁的分子标记，就能够在育种中对有关的QTL的遗传动态进行跟踪，
从而大大增强人们对数量性状的遗传操纵能力，提高育种中对数量性状优良基因 型选择的准确性和预见性。因此，QTL定位是一项十分重要的基础研究工作。
第四章
QTL定位的基本原理和方法
分子标记技术
4.3.2.2 数量性状分子标记筛选
孟德尔遗传学分析非等位基因间连锁关系的基本方法是，首先根 据个体表现型进行分组，然后根据各组间的比例，检验非等位基因间是 否存在连锁，并估计重组率。QTL定位实质上就是分析分子标记与QTL之
间的连锁关系，其基本原理仍然是对个体进行分组，但这种分组是不完
全的。 根据个体分组依据的不同，现有的QTL定位方法可以分成两大类。 一类是以标记基因型为依据进行分组的，称为基于标记的分析法 （marker-based analysis）；另一类是以数量性状表型为依据进行分组 的，称为基于性状的分析法（trait-based analysis）。
重要因素: 包括亲本的选配、分离群体类型的选择及群体大小的确定等 A 亲本的选配: 亲本间的DNA多态性 尽量选用纯度高的材料 要考虑杂交后代的可育性 B 分离群体类型的选择 C 群体大小的确定 F2=2BC1 F2>RI>BC1和DH
F2代群体
BC1群体 RI群体 DH群体 IF2群体
第四章
2. DNA标记分离数据
图。比较作图的分子基础就是物种间DNA序列尤其是编码序
列的保守性。通过比较作图可揭示不同物种基因组或基因组 区域同线性或共线性的存在，从而了解不同物种基因组结构 的相似性及基因组进化的历程。
第四章
分子标记技术
4.3.2.3 分子图谱的构建
XAWCO01 XAWET01 XAWET02 XAWCO02 XAWCO03 XAWET03 XAWCO04 XAWCO05 XAWCO06 XAWCO07
性状进行标记辅助选择，另一个是为了对质量性状基因进行图位克隆。 1. 近等基因系分析法 2. 分离体分组混合分析法，简称BSA法
第四章
1. 近等基因系分析法
分子标记技术
4.3.2.1 质量性状分子标记筛选
近 等 基 因 系 的 培 育
第四章
1. 近等基因系分析法
分筛选
kb / cM
0.2 2.4 4.8 27.0 250.0 500.0 300.0 1,800.0 1,000.0 1,000.0
3）当两亲本出现多条带的差异
时，应通过共分离分析鉴别这些带是 属于同一座位还是分别属于不同座位
果 蝇 水 稻 小 鼠 人 类 玉 米
构建DNA标记图谱的计算机软件
第四章
数量性状基因的精细定位 单个QTL的精细定位
全基因组QTL的精细定位
第四章
分子标记技术
4.3.2.3 分子图谱的构建
每个分子标记反映相应染色体座位上的遗传多态性。为有效利用分子标记提供 的遗传信息，希望知道不同标记在染色体上的相对位置或排列情况，也就是要构 建分子标记的遗传连锁图谱。 利用DNA标记构建遗传连锁图谱在原理上与传统遗传图谱的构建是一样的。其 基本步骤包括：
Bradi4g36800 Bradi4g36880 Bradi4g36910 Bradi4g36976 Bradi4g37002 Bradi4g37030 Os09g37100 Os09g37230 Os09g37270 Os09g37495 Os09g37510
1.4
0.6 0.3 0.5 0.3 0.6
第四章
分子标记技术
4.3 分子标记辅助育种
4.3.1 分子标记辅助选择的遗传基础
2、基因重组和连锁理论
• • • • 连锁图谱构建的理论基础是染色体的交换与重组。 在细胞减数分裂时，非同源染色体上的基因相互独立、自由组合，同源
染色体上的基因产生交换与重组，交换的频率随基因间距离的增加而增大。 位于同一染色体上的基因在遗传过程中一般倾向于维系在一起，而表现
分子标记技术
4.3.2.3 分子图谱的构建
3. DNA标记连锁图谱的完善
DNA标记连锁群的染色体定位 饱和DNA标记连锁图的制作 DNA标记连锁图与经典遗传连锁图的整合
第四章
分子标记技术
4.3.2.3 分子图谱的构建
4. 比较作图（Comparative Mapping） 利用一种物种的DNA标记对另一物种进行遗传或物理作
为精细定位某个QTL，必须使用含有该目标QTL的染色 体片段代换系或近等基因系（简称为目标代换系）与受 体亲本进行杂交，建立次级实验群体。一个理想的染色 体片段代换系应该是，除了目标QTL所在的染色体片段 完整地来自供体亲本之外，基因组的其余部分全部与受 体亲本相同。
4.3.2.2 数量性状分子标记筛选
第四章
分子标记技术
4.3.2.2 数量性状分子标记筛选
基于性状的分析法( trait-based analysis )
在DH群体中，与QTL连锁 的遗传标记的两种基因型 的分离比例在高值组和低 值组中都会偏离1 : 1的孟 德尔分离规律，其电泳带 型在高值组DNA和低值组 DNA间也会表现出差异, 且 分别与高值亲本和低值亲 本相似
第四章
分子标记技术
4.3.2.1 质量性状分子标记筛选
在分离群体中表现为不连续性变异能够明确分组的性状称为质量性状。
质量性状通常受一个或少数几个主基因控制，不易受环境的影响。 寻找与质量性状基因紧密连锁的DNA标记，或者说对质量性状进行分子
标记（molecular tagging），主要有两个目的，一个是为了在育种中对质量
遗传图距与物理距离对应关系的估计
物 种
嗜菌体T4 大肠杆菌 酵 母 真 菌 线 虫
基因组大小（kb）
1.6×102 4.2×103 2.0×104 2.7×104 8.0×104 1.4×105 4.5×105 3.0×106 3.3×106 2.5×106
遗传图距（cM）
800 1,750 4,200 1,000 320 280 1,500 1,700 3,300 2,500
Bradi4g37680 Bradi4g37770 Bradi4g37800 Bradi4g37900 Bradi4g37960 Bradi4g38010 Bradi4g38090 Bradi4g38170 Bradi4g38210
Os09g38520 Os09g38620 Os09g38700 Os09g38755 Os09g38910 Os09g38980
第四章
分子标记技术
4.3.2.2 数量性状分子标记筛选
基于标记的分析法（marker-based analysis）；
DH群体中某QTL的基因 型QQ和qq在连锁标记基 因型MM和mm中的频率 分布（分离比例）. r为标 记与QTL间的重组率. 仅 当r = 0.5（亦即标记与 QTL间没有连锁）时, QQ 和qq在MM和mm中的频 率分布才相同
近等基因系分析法的基本原理
利用NIL寻找质量性状基因的分子标 记的基本策略是比较轮回亲本、NIL及供
体亲本三者的标记基因型，当NIL与供体
亲本具有相同的标记基因型，但与轮回亲 本的标记基因型不同时，则该标记就可能 与目标基因连锁.
第四章
1. 近等基因系分析法
分子标记技术
4.3.2.1 质量性状分子标记筛选
分子标记技术
4.3.2.3 分子图谱的构建
作图群体 (F2,BC,DH,RIL等)
遗传标记数据
数量性状数据
第四章
分子标记技术
4.3.2.3 分子图谱的构建
2. DNA标记分离数据的数学处理 分离数据的收集与数字化
注意：1）应避免利用没有把握的数据
2）应注意亲本基因型，对亲本 基因型的赋值(如P1型为1，P2型为2) 在所有的标记座位上必须统一
第四章
分子标记技术
4.3.2.2 数量性状分子标记筛选
大多数重要的农艺性状和经济性状如产量、品质、生育期、抗逆性等都是 数量性状。与质量性状不同，数量性状受多基因控制，遗传基础复杂，且易受环
分子标记技术
农学院植物科学系 张 宏
第四章
4.1 分子标记概述
分子标记技术
了解分子标记技术的类型、基本原理、方法，初步掌握分子标 记在植物辅助选择育种实践中的应用。
4.2 分子标记种类及其原理 一、以限制性内切酶技术为基础的分子标记 二、以PCR技术为基础的分子标记 三、分子标记的相互转化 4.3 分子标记辅助育种 一、分子标记辅助选择的遗传基础 二、分子标记的筛选 三、质量性状的分子标记辅助选择 四、数量性状的分子标记辅助选择 五、分子标记辅助选择的育种策略
XAWCO08 XAWES01 XAWCO09 XAWCO10 PmAS846 XAWCO11 XAWCO12
XAWCO13 XAWSS01 XAWSS02 XAWCO14 XAWSS03 XAWCO15 XAWCO16
Bradi4g37230 Bradi4g37267 Os09g37949 Bradi4g37560
•选择适合作图的DNA标记；
•根据遗传材料之间的DNA多态性，选择用于建立作图群体的亲本组合； •建立具有大量DNA标记处于分离状态的分离群体或衍生系； •测定作图群体中不同个体或株系的标记基因型； •对标记基因型数据进行连锁分析，构建标记连锁图。
第四章
1. 作图群体的建立
分子标记技术
4.3.2.3 分子图谱的构建
第四章
分子标记技术
4.3.2.2 数量性状分子标记筛选
数量性状基因的初级定位其他方法 •均值差检验法 •性状-标记回归法 •性状-QTL回归法 •性状-QTL-标记回归法
•基于性状-标记回归的区间定位
•QTL定位的计算机软件 •QTL定位的可靠性 •提高QTL定位灵敏度和精确度的方法
第四章
分子标记技术
助与QTL连锁的分子标记，就能够在育种中对有关的QTL的遗传动态进行跟踪，
从而大大增强人们对数量性状的遗传操纵能力，提高育种中对数量性状优良基因 型选择的准确性和预见性。因此，QTL定位是一项十分重要的基础研究工作。
第四章
QTL定位的基本原理和方法
分子标记技术
4.3.2.2 数量性状分子标记筛选
孟德尔遗传学分析非等位基因间连锁关系的基本方法是，首先根 据个体表现型进行分组，然后根据各组间的比例，检验非等位基因间是 否存在连锁，并估计重组率。QTL定位实质上就是分析分子标记与QTL之
间的连锁关系，其基本原理仍然是对个体进行分组，但这种分组是不完
全的。 根据个体分组依据的不同，现有的QTL定位方法可以分成两大类。 一类是以标记基因型为依据进行分组的，称为基于标记的分析法 （marker-based analysis）；另一类是以数量性状表型为依据进行分组 的，称为基于性状的分析法（trait-based analysis）。
重要因素: 包括亲本的选配、分离群体类型的选择及群体大小的确定等 A 亲本的选配: 亲本间的DNA多态性 尽量选用纯度高的材料 要考虑杂交后代的可育性 B 分离群体类型的选择 C 群体大小的确定 F2=2BC1 F2>RI>BC1和DH
F2代群体
BC1群体 RI群体 DH群体 IF2群体
第四章
2. DNA标记分离数据
图。比较作图的分子基础就是物种间DNA序列尤其是编码序
列的保守性。通过比较作图可揭示不同物种基因组或基因组 区域同线性或共线性的存在，从而了解不同物种基因组结构 的相似性及基因组进化的历程。
第四章
分子标记技术
4.3.2.3 分子图谱的构建
XAWCO01 XAWET01 XAWET02 XAWCO02 XAWCO03 XAWET03 XAWCO04 XAWCO05 XAWCO06 XAWCO07
性状进行标记辅助选择，另一个是为了对质量性状基因进行图位克隆。 1. 近等基因系分析法 2. 分离体分组混合分析法，简称BSA法
第四章
1. 近等基因系分析法
分子标记技术
4.3.2.1 质量性状分子标记筛选
近 等 基 因 系 的 培 育
第四章
1. 近等基因系分析法
分筛选
kb / cM
0.2 2.4 4.8 27.0 250.0 500.0 300.0 1,800.0 1,000.0 1,000.0
3）当两亲本出现多条带的差异
时，应通过共分离分析鉴别这些带是 属于同一座位还是分别属于不同座位
果 蝇 水 稻 小 鼠 人 类 玉 米
构建DNA标记图谱的计算机软件
第四章
数量性状基因的精细定位 单个QTL的精细定位
全基因组QTL的精细定位
第四章
分子标记技术
4.3.2.3 分子图谱的构建
每个分子标记反映相应染色体座位上的遗传多态性。为有效利用分子标记提供 的遗传信息，希望知道不同标记在染色体上的相对位置或排列情况，也就是要构 建分子标记的遗传连锁图谱。 利用DNA标记构建遗传连锁图谱在原理上与传统遗传图谱的构建是一样的。其 基本步骤包括：
Bradi4g36800 Bradi4g36880 Bradi4g36910 Bradi4g36976 Bradi4g37002 Bradi4g37030 Os09g37100 Os09g37230 Os09g37270 Os09g37495 Os09g37510
1.4
0.6 0.3 0.5 0.3 0.6
第四章
分子标记技术
4.3 分子标记辅助育种
4.3.1 分子标记辅助选择的遗传基础
2、基因重组和连锁理论
• • • • 连锁图谱构建的理论基础是染色体的交换与重组。 在细胞减数分裂时，非同源染色体上的基因相互独立、自由组合，同源
染色体上的基因产生交换与重组，交换的频率随基因间距离的增加而增大。 位于同一染色体上的基因在遗传过程中一般倾向于维系在一起，而表现
分子标记技术
4.3.2.3 分子图谱的构建
3. DNA标记连锁图谱的完善
DNA标记连锁群的染色体定位 饱和DNA标记连锁图的制作 DNA标记连锁图与经典遗传连锁图的整合
第四章
分子标记技术
4.3.2.3 分子图谱的构建
4. 比较作图（Comparative Mapping） 利用一种物种的DNA标记对另一物种进行遗传或物理作
为精细定位某个QTL，必须使用含有该目标QTL的染色 体片段代换系或近等基因系（简称为目标代换系）与受 体亲本进行杂交，建立次级实验群体。一个理想的染色 体片段代换系应该是，除了目标QTL所在的染色体片段 完整地来自供体亲本之外，基因组的其余部分全部与受 体亲本相同。
4.3.2.2 数量性状分子标记筛选
第四章
分子标记技术
4.3.2.2 数量性状分子标记筛选
基于性状的分析法( trait-based analysis )
在DH群体中，与QTL连锁 的遗传标记的两种基因型 的分离比例在高值组和低 值组中都会偏离1 : 1的孟 德尔分离规律，其电泳带 型在高值组DNA和低值组 DNA间也会表现出差异, 且 分别与高值亲本和低值亲 本相似
第四章
分子标记技术
4.3.2.1 质量性状分子标记筛选
在分离群体中表现为不连续性变异能够明确分组的性状称为质量性状。
质量性状通常受一个或少数几个主基因控制，不易受环境的影响。 寻找与质量性状基因紧密连锁的DNA标记，或者说对质量性状进行分子
标记（molecular tagging），主要有两个目的，一个是为了在育种中对质量
遗传图距与物理距离对应关系的估计
物 种
嗜菌体T4 大肠杆菌 酵 母 真 菌 线 虫
基因组大小（kb）
1.6×102 4.2×103 2.0×104 2.7×104 8.0×104 1.4×105 4.5×105 3.0×106 3.3×106 2.5×106
遗传图距（cM）
800 1,750 4,200 1,000 320 280 1,500 1,700 3,300 2,500
Bradi4g37680 Bradi4g37770 Bradi4g37800 Bradi4g37900 Bradi4g37960 Bradi4g38010 Bradi4g38090 Bradi4g38170 Bradi4g38210
Os09g38520 Os09g38620 Os09g38700 Os09g38755 Os09g38910 Os09g38980
第四章
分子标记技术
4.3.2.2 数量性状分子标记筛选
基于标记的分析法（marker-based analysis）；
DH群体中某QTL的基因 型QQ和qq在连锁标记基 因型MM和mm中的频率 分布（分离比例）. r为标 记与QTL间的重组率. 仅 当r = 0.5（亦即标记与 QTL间没有连锁）时, QQ 和qq在MM和mm中的频 率分布才相同
近等基因系分析法的基本原理
利用NIL寻找质量性状基因的分子标 记的基本策略是比较轮回亲本、NIL及供
体亲本三者的标记基因型，当NIL与供体
亲本具有相同的标记基因型，但与轮回亲 本的标记基因型不同时，则该标记就可能 与目标基因连锁.
第四章
1. 近等基因系分析法
分子标记技术
4.3.2.1 质量性状分子标记筛选
分子标记技术
4.3.2.3 分子图谱的构建
作图群体 (F2,BC,DH,RIL等)
遗传标记数据
数量性状数据
第四章
分子标记技术
4.3.2.3 分子图谱的构建
2. DNA标记分离数据的数学处理 分离数据的收集与数字化
注意：1）应避免利用没有把握的数据
2）应注意亲本基因型，对亲本 基因型的赋值(如P1型为1，P2型为2) 在所有的标记座位上必须统一
第四章
分子标记技术
4.3.2.2 数量性状分子标记筛选
大多数重要的农艺性状和经济性状如产量、品质、生育期、抗逆性等都是 数量性状。与质量性状不同，数量性状受多基因控制，遗传基础复杂，且易受环