第四章分子标记辅助选择育种44页PPT
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《分子标记辅助育种》课件
基于分子标记的品种鉴定方法
SSR
利用SSR标记的特定序列，对植 物品种进行指纹图谱构建。
SNP
AFLP
通过对SNP位点进行基因型检测， 进行品种鉴定和鉴别。
通过AFLP分析，对DNA片段进 行电泳分离，进行品种鉴定。
基于分子标记的遗传分析方法
1
关联分析
通过比较基因型和表型数据，寻找遗传
遗传图谱
2
基于分子标记的基因组选择方法
SNP array
利用高通量芯片分析大规模SNP位点，实现基因组宽选择。
Genotyping-by-sequencing
通过测序分析SNP位点，实现高密度基因组选择。
Marker-assisted recurrent selection
基于标记信息辅助进行循环选择，加快育种进程。
意义
分子标记辅助育种能解决传统育种中的难题，如长时间、低效率、受到环境因素等限制，同 时提高育种效率和精度。
优势
该技术可以加快育种进程、提高选择准确性、节省育种材料和资源，并可对育种过程进行精 确控制。
分子标记的种类及原理简介
SSR
简单重复序列，通过PCR扩增 的缺陷突变位点。
SNP
单核苷酸多态性，常见基因组 标记，便于高通量测定。
《分子标记辅助育种》 PPT课件
分子标记辅助育种是利用特定的DNA序列进行作物品种遗传变异和育种相关 性分析的先进技术。本课件将介绍分子标记辅助育种的原理、应用及相关方 法。
什么是分子标记辅助育种？
定义
分子标记辅助育种是一种利用特定DNA序列的基因标记来辅助育种的技术，通过分析和检 测基因标记，可以更快、更准确地选育出优良的品种。
AFLPபைடு நூலகம்
分子标记辅助选择育种之欧阳道创编之欧阳道创编
分子标记辅助选择育种传统的育种主要依赖于植株的表现型选择(Phenotypieal selection)。
环境条件、基因间互作、基因型与环境互作等多种因素会影响表型选择效率。
例如抗病性的鉴定就受发病的条件、植株生理状况、评价标准等影响；品质、产量等数量性状的选择、鉴定工作更困难。
一个优良品种的培育往往需花费7～8年甚至十几年时间。
如何提高选择效率，是育种工作的关键。
育种家在长期的育种实践中不断探索运用遗传标记来提高育种的选择效率与育种预见性。
遗传标记包括形态学标记、细胞学标记、生化标记与分子标记。
棉花的芽黄、番茄的叶型、抗TMV的矮黄标记、水稻的紫色叶鞘等形态性状标记，在育种工作中曾得到一定的应用。
以非整倍体、缺失、倒位、易位等染色体数目、结构变异为基础的细胞学标记，在小麦等作物的基因定位、连锁图谱构建、染色体工程以及外缘基因鉴定中起到重要的作用，但许多作物难以获得这类标记。
生化标记主要是利用基因的表达产物如同工酶与贮藏蛋白，在一定程度上反映基因型差异。
它们在小麦、玉米等作物遗传育种中得到应用。
但是它们多态性低，且受植株发育阶段与环境条件及温度、电泳条件等影响，难以满足遗传育种工作需要。
以DNA多态性为基础的分子标记，目前已在作物遗传图谱构建、重要农艺性状基因的标记定位、种质资源的遗传多样性分析与品种指纹图谱及纯度鉴定等方面得到广泛应用，尤其是分子标记辅助选择(molecular marker-as—sisted selection，MAS)育种更受到人们的重视。
第一节分子标记的类型和作用原理一、分子标记的类型和特点按技术特性，分子标记可分为三大类。
第一类是以分子杂交为基础的DNA标记技术，主要有限制性片段长度多态性标记(Restriction fragment length polymorphisms，RFLP标记)；第二类是以聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction，PCR反应)为基础的各种DNA 指纹技术。
《分子育种》PPT课件
利用分子育种手段保护濒危畜禽 品种资源，维护生物多样性。
通过分子设计育种技术创制具有 自主知识产权的畜禽新品种，提
升我国畜牧业的国际竞争力。
06
分子育种面临的挑战与展望
分子育种面临的技术挑战
基因组编辑技术的精确性和效率
尽管CRISPR-Cas9等基因组编辑技术为分子育种带来了革 命性突破，但其精确性和效率仍需进一步提高，以减少脱 靶效应和基因表达的不可预测性。
结合传统育种和分子育种技术，创制 出适应未来农业发展的多功能作物新 品种。
利用合成生物学手段，设计并构建人 工生物系统，实现作物的多功能化。
05
分子育种在畜牧业中的应用
提高畜禽生产性能
通过基因编辑技术，精准改良 影响畜禽生长、繁殖等性状的 关键基因，提高生产性能。
利用分子标记辅助选择，快速 筛选具有优良生产性能的畜禽 品种。
《分子育种》PPT课 件
目录
• 引言 • 分子育种的基本原理 • 分子育种的技术方法 • 分子育种在作物改良中的应用 • 分子育种在畜牧业中的应用 • 分子育种面临的挑战与展望
01
引言
分子育种的背景与意义
背景
随着生物技术的飞速发展，分子 育种应运而生，为作物遗传改良 提供了新途径。
意义
分子育种可实现基因水平的精准 改良，提高作物产量、品质和抗 逆性，对保障粮食安全具有重要 意义。
基因编辑技术可能带来生物安全风险和伦理问题，需要进行严格的安全
评估和伦理审查。
03
分子育种的技术方法
分子标记技术
基于DNA的分子标记
利用DNA序列多态性进行标记，如RFLP、SSR等。
基于RNA的分子标记
利用RNA表达水平多态性进行标记，如SNP、EST等。
第四章分子标记辅助选择育种ppt课件
它是利用与目的性状基因严密连锁的分子标志 进展间接选择，是对目的性状在分子程度的选 择，不受环境影响，选择结果可靠；在聚合有 利目的性状的同时，可以在回交渐渗过程中， 经过遗传背景选择，减少连锁累赘，加速育种 进程。
一 MAS是分子育种的重要部分
• 植物分子育种是根据分子遗传学、数量遗 传学和植物育种学实际，利用DNA重组技 术、标志辅助选择技术改良植物种类的新 型学科。
质量性状的MAS
一个栽培番茄与野生番茄杂交的F2个体的图示基因型
质量性状的MAS
• 在标志辅助选择中，根据图示基因型，可以同 时对前景和背景进展选择。由于目的基因是选 择的首要对象，因此普通应首先进展前景选择， 以保证不丧失目的基因，然后再对中选的个体 进一步进展背景选择，以加快育种进程。
三、基因聚合
影响分子标志辅助选择的要素
1、分子标志与目的基因或QTL之间的连锁程度 从标志辅助选择的效率或可靠性思索，两侧相邻标志彼
此越接近越好。但是… 2、选用的分子标志数目
对主基因，用位于主基因两侧的两个分子标志同时选择。 对于QTL，在少数QTL可解释大部分变异的情况下，MAS 的效率高。普通以为存在一个最正确数目，这与性状的遗 传力有关。Gimelfarb & Lande (1994a)发现利用6个标 志时的MAS效率高于利用3个标志时的效率，但利用12个 以上的标志时，MAS的效率在低世代时反而降低，在高世 代时增幅很小。
p(1r)2
质量性状的MAS
从以下图看出，选择正确率随重组率的添加而 迅速下降。假设要求选择正确率到达90%以 上，那么标志与目的基因间的重组率必需不 大于0.05。当重组率超越0.10时，选择正确 率已降到80%以下。
p ( 1 r 1 ) 2 ( 1 r 2 ) 2 [ 1 ( r 1 ) 1 ( r 2 ) r 1 r 2 ] 2
一 MAS是分子育种的重要部分
• 植物分子育种是根据分子遗传学、数量遗 传学和植物育种学实际，利用DNA重组技 术、标志辅助选择技术改良植物种类的新 型学科。
质量性状的MAS
一个栽培番茄与野生番茄杂交的F2个体的图示基因型
质量性状的MAS
• 在标志辅助选择中，根据图示基因型，可以同 时对前景和背景进展选择。由于目的基因是选 择的首要对象，因此普通应首先进展前景选择， 以保证不丧失目的基因，然后再对中选的个体 进一步进展背景选择，以加快育种进程。
三、基因聚合
影响分子标志辅助选择的要素
1、分子标志与目的基因或QTL之间的连锁程度 从标志辅助选择的效率或可靠性思索，两侧相邻标志彼
此越接近越好。但是… 2、选用的分子标志数目
对主基因，用位于主基因两侧的两个分子标志同时选择。 对于QTL，在少数QTL可解释大部分变异的情况下，MAS 的效率高。普通以为存在一个最正确数目，这与性状的遗 传力有关。Gimelfarb & Lande (1994a)发现利用6个标 志时的MAS效率高于利用3个标志时的效率，但利用12个 以上的标志时，MAS的效率在低世代时反而降低，在高世 代时增幅很小。
p(1r)2
质量性状的MAS
从以下图看出，选择正确率随重组率的添加而 迅速下降。假设要求选择正确率到达90%以 上，那么标志与目的基因间的重组率必需不 大于0.05。当重组率超越0.10时，选择正确 率已降到80%以下。
p ( 1 r 1 ) 2 ( 1 r 2 ) 2 [ 1 ( r 1 ) 1 ( r 2 ) r 1 r 2 ] 2
第四章 转基因育种和分子标记辅助育种
业生物技术应用服务局（ISAAA）统计结果
世界银行下属机构预测，世界范围内转基因作物产业的交易额： 2005年达到60亿美元； 2010年达到200亿美元， 1500万农民种植转基因作物 种植国家 先后有30多个国家批准了3000多例田间试验，涉及的植物种类有40多 种； 2000年有13个国家种植商品化转基因植物； 2004年有17个国家种植商品化转基因植物。
氨基酸序列标签EST
表达序列标签EST是指能够特异性标记某个基因的部分序列，通常包含 了该基因足够的结构信息区，可以与其它基因相区分。主要是通过cDNA 的途径获得。获得EST的途径: 大规模cDNA测序LBA4404, EHA
基因枪转化
• 农杆菌: used extensively for genetic engineering of plants.
• 包含Ti质粒 Tumor inducing plasmid (bacterial plasmid)
• T-DNA (TransferredDNA), 可以转移进入植 物基因组.
目前应用最为广泛的转座子系统是Ac/Ds玉米转座子系统。
转座子DNA探针
插入突变体
鉴分DNA探针
完整目的基因筛选野生型DNA ，PCR， RACE互补实验
e.差异显示法
在生物个体发育不同阶段，或不同的组织与细胞中或不同环境下， 基因表达差异。即不同基因有序的时空表达方式，叫做基因的差异 表达。差异显示PCR(differential display-PCR,DD-PCR)是指通过
（3）Con区（regions encoding conjugations）
该区段上存在着与细菌接合转移的有关基因（tra），调控Ti质粒在农杆 菌之间的转移。冠瘿碱能激活tra基因，诱导Ti质粒转移，因此称之为接 合转移编码区。
世界银行下属机构预测，世界范围内转基因作物产业的交易额： 2005年达到60亿美元； 2010年达到200亿美元， 1500万农民种植转基因作物 种植国家 先后有30多个国家批准了3000多例田间试验，涉及的植物种类有40多 种； 2000年有13个国家种植商品化转基因植物； 2004年有17个国家种植商品化转基因植物。
氨基酸序列标签EST
表达序列标签EST是指能够特异性标记某个基因的部分序列，通常包含 了该基因足够的结构信息区，可以与其它基因相区分。主要是通过cDNA 的途径获得。获得EST的途径: 大规模cDNA测序LBA4404, EHA
基因枪转化
• 农杆菌: used extensively for genetic engineering of plants.
• 包含Ti质粒 Tumor inducing plasmid (bacterial plasmid)
• T-DNA (TransferredDNA), 可以转移进入植 物基因组.
目前应用最为广泛的转座子系统是Ac/Ds玉米转座子系统。
转座子DNA探针
插入突变体
鉴分DNA探针
完整目的基因筛选野生型DNA ，PCR， RACE互补实验
e.差异显示法
在生物个体发育不同阶段，或不同的组织与细胞中或不同环境下， 基因表达差异。即不同基因有序的时空表达方式，叫做基因的差异 表达。差异显示PCR(differential display-PCR,DD-PCR)是指通过
（3）Con区（regions encoding conjugations）
该区段上存在着与细菌接合转移的有关基因（tra），调控Ti质粒在农杆 菌之间的转移。冠瘿碱能激活tra基因，诱导Ti质粒转移，因此称之为接 合转移编码区。
第四章 转基因育种和分子标记辅助育种
P F1 BC 1F1
× × ×
BC nFn NIL
三、群体分离分析法与重要农艺性状基因的标记
近等基因的基因作图效率很高，但建立 时间长，另外，许多植物很难建造近等基 因系，如一些林木植物既无可利用的遗传 图谱，又对系谱了解很少，几乎不可能创 造近等基因系。1991年，Michelmore等提 出了群体分离分析法（BSA），为快速、 高效筛选重要农艺性状基因的分子标记打 下了基础。
四、数量性状基因的定位
3.混合线性模型复合区间作图法(mixed composite interval mapping ,MCIM)：朱军（1998）[5]提出 用随机效应的预测方法获得基因型效应及基因型 与环境互作效应的预测值，然后再用复合区间作 图法进行遗传主效应及基因型与环境互作效应的 QTL定位分析。 4.多重区间作图法（multiple interval mapping,MIM）：MIM方法是近年来针对QTL 作 图的需要及传统作图方法的局限性而发展起来的 一种新的统计作图方法。它从Cockerham 模型 (1954) 出发定义遗传参数,推导出似然估计的一 般公式,利用逐步选择准则与LRT 统计量相结合的 方法检测QTL的主效应及上位性效应的存在 。
e. 显性标记的相位
对质量性状的选择，无论目标基因是否显隐性，
均需选择到纯合植株，但显性标记无法鉴定纯合与否。
Haley等研究菜豆普通花叶病毒隐性抗性基因，两 RAPD标记一个相引(M1，1.9cM)，另一个相斥连锁 (M2，7.1cM)时，用M1选择到纯合抗病、杂合体、纯 合感病比例分别是26.3%、72.5%、1.2%，而用M2 分别是81.8%、18.2%、0。
对B、D、G位点来说，相当于F2
分子辅助育种的常见分子标记全套PPT
基础。
三、常见的分子标记
尽管微卫星DNA分布于整个基因组的不同位置，但其两端序列多是 保守的单拷贝序列，因此可以根据这两端的序列设计一对特异引物， 通过PCR技术将其间的核心微卫星DNA序列扩增出来，利用电泳分析技术就 可获得其长度多态性，即SSR标记。
微卫星多态性分析示意图
AT AT AT AT AT AT
1
AT AT AT AT AT AT AT AT AT AT AT AT
2
AT AT AT AT
3
PCR 扩增
1
2
3
三、常见的分子标记
2、SSR标记的特点：
（1）数量丰富，广泛分布于整个基因组；
（2）具有较多的等位性变异；
（3）共显性标记，可鉴别出杂合子和纯合子； （4）实验重复性好，结果可靠； （5）由于创建新的标记时需知道重复序列两端的序列信息，因此 其开发有 一定困难，费用也较高。
由此可见，传统育种法和标记辅助选择法在本质上没有什么区别，但在选择
效率和准确性方面，后者比前者大大提高。
三、 分子标记辅助育种需具备的基本条件
1、分子标记与目标基因共分离或紧密连锁；
2、分子标记检测容易，重演性好； 3、基本实验手段及计算机统计分析软件。 1.8
0.6
8.5
3.3 1.7 1.7 0.3 0.1 0.0
谢谢观看
Thank 制性酶切片段进行选择性扩增，模板是连接双链人工接头的酶切片段，引物的结合部位是接头以及与之相连
的酶切片段中的几个碱基序列。
分子标记辅助育种：利用分子标记与决定目标性状基因紧密连锁的特点，通过检测分子标记，即可检测到目的基因的存在，达到选择目
标性状的目的，具有快速、准确、不受环境条件干扰的优点。
三、常见的分子标记
尽管微卫星DNA分布于整个基因组的不同位置，但其两端序列多是 保守的单拷贝序列，因此可以根据这两端的序列设计一对特异引物， 通过PCR技术将其间的核心微卫星DNA序列扩增出来，利用电泳分析技术就 可获得其长度多态性，即SSR标记。
微卫星多态性分析示意图
AT AT AT AT AT AT
1
AT AT AT AT AT AT AT AT AT AT AT AT
2
AT AT AT AT
3
PCR 扩增
1
2
3
三、常见的分子标记
2、SSR标记的特点：
（1）数量丰富，广泛分布于整个基因组；
（2）具有较多的等位性变异；
（3）共显性标记，可鉴别出杂合子和纯合子； （4）实验重复性好，结果可靠； （5）由于创建新的标记时需知道重复序列两端的序列信息，因此 其开发有 一定困难，费用也较高。
由此可见，传统育种法和标记辅助选择法在本质上没有什么区别，但在选择
效率和准确性方面，后者比前者大大提高。
三、 分子标记辅助育种需具备的基本条件
1、分子标记与目标基因共分离或紧密连锁；
2、分子标记检测容易，重演性好； 3、基本实验手段及计算机统计分析软件。 1.8
0.6
8.5
3.3 1.7 1.7 0.3 0.1 0.0
谢谢观看
Thank 制性酶切片段进行选择性扩增，模板是连接双链人工接头的酶切片段，引物的结合部位是接头以及与之相连
的酶切片段中的几个碱基序列。
分子标记辅助育种：利用分子标记与决定目标性状基因紧密连锁的特点，通过检测分子标记，即可检测到目的基因的存在，达到选择目
标性状的目的，具有快速、准确、不受环境条件干扰的优点。
《分子标记辅助选择》幻灯片
分子标记具有明显的优越性：
直接以DNA的形式表现，在各个组织、各发育 时期均可检测，不受季节、环境限制，不存在 是否表达的问题；
数量多，普及整个基因组，检测位点近乎无限；
多态性高，自然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，即不影响目标形状的表达，与不 良性状无必然的连锁；
☆共显性，能够准确判别所有可能的基因型。
• 传统的标记有： • 1、形态学标记：主要指ห้องสมุดไป่ตู้些具有鲜明外
部特征的质量性状，并可以通过表型来推断 其基因型，如毛色、有无犄角等； • 2、细胞学标记：是指染色体形态、数目 和构造的变异，用具有异常染色体的个体与 具有正常染色体的个体杂交或用染色体替换 等手段，可对一些基因进展定位； • 3、生化标记：是在血液或乳中的蛋白质
CAPs
• 又称PCR-RFLP • 即利用特定引物进展PCR扩增，将PCR产物用限
制性内切酶酶切，检测酶切片段大小差异，观察 其多态性。
RAPD
• randomly amplified polymorphic DNA---随 机扩增多态性DNA
• 是基于PCR技术的分子标记，它是用随机序列组 成的寡核苷酸作为引物，通过专门的PCR反响扩 增所获得的长度不同的多态性DNA片段。
AFLP分析步骤:
选用识别4碱基酶切位点的内切酶MseI和识别6碱基酶 切位点的EcoRI〔按概率计算，前者识别的酶切位点 较后者多〕共酶解总DNA；
参加人工合成的并能与MseI，EcoRI两端点连接的接头 分子，再参加分别与两端特异靶序列〔包括两端接头 序列，酶切位点序列以及在3’端延伸的3个随机碱基〕 互补的引物分子进展PCR扩增。
《分子标记辅助选择》幻 灯片
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AS
• 对目标基因的选择称为前景选择 （foreground selection），这是标记辅助 选择的主要方面。前景选择的可靠性主要取决 于标记与目标基因间连锁的紧密程度。若只用 一个标记对目标基因进行选择，则标记与目标 基因间的连锁必须非常紧密，才能够达到较高 的正确率。
p(1r)2
质量性状的MAS
• 从下图看出，选择正确率随重组率的增加而 迅速下降。若要求选择正确率达到90%以上 ，则标记与目标基因间的重组率必须不大于 0.05。当重组率超过0.10时，选择正确率已 降到80%以下。
p ( 1 r 1 ) 2 ( 1 r 2 ) 2 [ 1 ( r 1 ) 1 ( r 2 ) r 1 r 2 ] 2
分子标记辅助育种已经得到了很大的发展，在 很多作物中已定位了很多重要性状的基因，但 育成品系或品种的还相对较少。
原因：
首先，定位工作与育种的脱节。许多研究人员 把定位与育种分开来，定位时只考虑标记鉴定 的可行性，不考虑亲本选配、育种目标，最终 只能产生育种用的种质材料。
其次，标记的鉴定技术还有待于进一步提高； 标记辅助选择技术体系还有待进一步完善。
质量性状的MAS
影响分子标记辅助选择的因素
3、群体大小 Lande & Thompson (1990)分析MAS的效率时曾假定
群体无限大，标记无限多，在此基础上作出性状遗传力低 时MAS比常规选择效率高的结论，但他们还是认为有必要 研究大量个体，样本大小对加性遗传方差有一定影响，在 群体很小时MAS没有多大用处。其它一些根据计算机模拟 的结果对MAS的效率进行的研究表明，群体大小是影响 MAS的关键因素，MAS的相对效率随群体增大而提高， 但在群体小于200时MAS仍然有效。 4、性状的遗传力 一般来说遗传力越高则MAS效率降低。Moreau et al. (2019)认为在群体大小有限的情况下，对低遗传力的性状 MAS的相对效率也较高，但存在一个最适遗传力，在此限 之下MAS的效率会降低。在低遗传力（0.1-0.2）时， MAS的效率更高，但可能出现的负面试验的频率也高一些， 因此利用MAS技术所选性状的遗传力在0.3-0.4之间会更 好。 5. 世代？
它是利用与目标性状基因紧密连锁的分子标记 进行间接选择，是对目标性状在分子水平的选 择，不受环境影响，选择结果可靠；在聚合有 利目标性状的同时，可以在回交渐渗过程中， 通过遗传背景选择，减少连锁累赘，加速育种 进程。
一 MAS是分子育种的重要部分
• 植物分子育种是依据分子遗传学、数量遗 传学和植物育种学理论，利用DNA重组技 术、标记辅助选择技术改良植物品种的新 型学科。
对策：
为了使基因定位的成果尽快服务于育种， 今后在策略上应重视与育种直接有关的 材料；
所构建的群体尽可能做到既是遗传研究 群体，又是育种群体，这样才能缩短基 因定位与育种应用的距离。
三 MAS的基本方法
质量性状的MAS 数量性状的MAS
质量性状的
MAS
• 传统的表型选择方法对质量性状一般是有效的，因为质量 性状的表现型与基因型之间通常存在清晰可辨的对应关系。 因此，在多数情况下，对质量性状的选择无须借助于分子 标记。但对于以下三种情况，采用标记辅助选择可提高选 择效率：（1）当表现型的测量在技术上难度很大或费用太 高时；（2）当表现型只能在个体发育后期才能测量，但为 了加快育种进程或减少后期工作量，希望在个体发育早期 （甚至是对种子）就进行选择时；（3）除目标基因外，还 需要对基因组的其它部分（即遗传背景）进行选择时。另 外，有些质量性状不仅受主基因控制，而且还受到一些微 效基因的修饰作用，易受环境的影响，表现出类似数量性 状的连续变异。
数量性状标记辅助选择要获得比常规选择更高 的效率，必须首先考虑应用在以下几种情况：
（1）选择性状的遗传力相对较低；
（2）用于辅助选择的标记与目标QTL有非常紧 密的连锁（<5cM）；
（3）考虑在标记与QTL的连锁关系没有打破之 前的早期世代进行选择；
（4）首先考虑对在不同环境下表现一致的主 效QTL进行选择，对环境敏感的QTL的选择必 须在其鉴定的环境中进行。
质量性状的MAS
• 假设某标记座位（M/m）与目标基因座 位（Q/q）连锁，重组率为r，F1代基因 型为MQ/mq，其中Q为目标等位基因， 亦即要选择的对象。由于M与Q连锁在 一起，因此在后代中可通过M来选择Q。 在F2代通过选择标记基因型M/M而获得 目标基因型Q/Q的概率（即单株选择的
正确率）为：
影响分子标记辅助选择的因素
1、分子标记与目的基因或QTL之间的连锁程度
从标记辅助选择的效率或可靠性考虑，两侧相邻标记彼此 越靠近越好。但是…
2、选用的分子标记数目
对主基因，用位于主基因两侧的两个分子标记同时选择。 对于QTL，在少数QTL可解释大部分变异的情况下，MAS 的效率高。一般认为存在一个最佳数目，这与性状的遗传 力有关。Gimelfarb & Lande (1994a)发现利用6个标记 时的MAS效率高于利用3个标记时的效率，但利用12个以 上的标记时，MAS的效率在低世代时反而降低，在高世代 时增幅很小。
• 植物分子育种包括转基因育种和基因组育 种。前者通过转基因手段将外源基因导入 植物，改良其性状；后者利用DNA标记对 重要农艺和经济性状，同时可以考虑多个 基因组扫描，又叫全基因组扫描育种或标 记辅助选择育种（MAS)。
二 MAS的前提与影响因素
MAS的前提
1、建立尽量饱和的分子标记图谱 2、基于图谱的目标基因定位 3、检测的自动化
提
纲
• 植物MAS是分子育种的重要部分 • MAS的前提与影响因素 • 植物MAS的基本方法 • 植物MAS的应用 • 植物MAS的发展策略
基于QTL定位的植物分子育种
分子标记在作物育种中的直接应用是对性状进 行辅助选择，即分子标记辅助选择（Molecular Marker-Assisted Selection, MAS）。
• 对目标基因的选择称为前景选择 （foreground selection），这是标记辅助 选择的主要方面。前景选择的可靠性主要取决 于标记与目标基因间连锁的紧密程度。若只用 一个标记对目标基因进行选择，则标记与目标 基因间的连锁必须非常紧密，才能够达到较高 的正确率。
p(1r)2
质量性状的MAS
• 从下图看出，选择正确率随重组率的增加而 迅速下降。若要求选择正确率达到90%以上 ，则标记与目标基因间的重组率必须不大于 0.05。当重组率超过0.10时，选择正确率已 降到80%以下。
p ( 1 r 1 ) 2 ( 1 r 2 ) 2 [ 1 ( r 1 ) 1 ( r 2 ) r 1 r 2 ] 2
分子标记辅助育种已经得到了很大的发展，在 很多作物中已定位了很多重要性状的基因，但 育成品系或品种的还相对较少。
原因：
首先，定位工作与育种的脱节。许多研究人员 把定位与育种分开来，定位时只考虑标记鉴定 的可行性，不考虑亲本选配、育种目标，最终 只能产生育种用的种质材料。
其次，标记的鉴定技术还有待于进一步提高； 标记辅助选择技术体系还有待进一步完善。
质量性状的MAS
影响分子标记辅助选择的因素
3、群体大小 Lande & Thompson (1990)分析MAS的效率时曾假定
群体无限大，标记无限多，在此基础上作出性状遗传力低 时MAS比常规选择效率高的结论，但他们还是认为有必要 研究大量个体，样本大小对加性遗传方差有一定影响，在 群体很小时MAS没有多大用处。其它一些根据计算机模拟 的结果对MAS的效率进行的研究表明，群体大小是影响 MAS的关键因素，MAS的相对效率随群体增大而提高， 但在群体小于200时MAS仍然有效。 4、性状的遗传力 一般来说遗传力越高则MAS效率降低。Moreau et al. (2019)认为在群体大小有限的情况下，对低遗传力的性状 MAS的相对效率也较高，但存在一个最适遗传力，在此限 之下MAS的效率会降低。在低遗传力（0.1-0.2）时， MAS的效率更高，但可能出现的负面试验的频率也高一些， 因此利用MAS技术所选性状的遗传力在0.3-0.4之间会更 好。 5. 世代？
它是利用与目标性状基因紧密连锁的分子标记 进行间接选择，是对目标性状在分子水平的选 择，不受环境影响，选择结果可靠；在聚合有 利目标性状的同时，可以在回交渐渗过程中， 通过遗传背景选择，减少连锁累赘，加速育种 进程。
一 MAS是分子育种的重要部分
• 植物分子育种是依据分子遗传学、数量遗 传学和植物育种学理论，利用DNA重组技 术、标记辅助选择技术改良植物品种的新 型学科。
对策：
为了使基因定位的成果尽快服务于育种， 今后在策略上应重视与育种直接有关的 材料；
所构建的群体尽可能做到既是遗传研究 群体，又是育种群体，这样才能缩短基 因定位与育种应用的距离。
三 MAS的基本方法
质量性状的MAS 数量性状的MAS
质量性状的
MAS
• 传统的表型选择方法对质量性状一般是有效的，因为质量 性状的表现型与基因型之间通常存在清晰可辨的对应关系。 因此，在多数情况下，对质量性状的选择无须借助于分子 标记。但对于以下三种情况，采用标记辅助选择可提高选 择效率：（1）当表现型的测量在技术上难度很大或费用太 高时；（2）当表现型只能在个体发育后期才能测量，但为 了加快育种进程或减少后期工作量，希望在个体发育早期 （甚至是对种子）就进行选择时；（3）除目标基因外，还 需要对基因组的其它部分（即遗传背景）进行选择时。另 外，有些质量性状不仅受主基因控制，而且还受到一些微 效基因的修饰作用，易受环境的影响，表现出类似数量性 状的连续变异。
数量性状标记辅助选择要获得比常规选择更高 的效率，必须首先考虑应用在以下几种情况：
（1）选择性状的遗传力相对较低；
（2）用于辅助选择的标记与目标QTL有非常紧 密的连锁（<5cM）；
（3）考虑在标记与QTL的连锁关系没有打破之 前的早期世代进行选择；
（4）首先考虑对在不同环境下表现一致的主 效QTL进行选择，对环境敏感的QTL的选择必 须在其鉴定的环境中进行。
质量性状的MAS
• 假设某标记座位（M/m）与目标基因座 位（Q/q）连锁，重组率为r，F1代基因 型为MQ/mq，其中Q为目标等位基因， 亦即要选择的对象。由于M与Q连锁在 一起，因此在后代中可通过M来选择Q。 在F2代通过选择标记基因型M/M而获得 目标基因型Q/Q的概率（即单株选择的
正确率）为：
影响分子标记辅助选择的因素
1、分子标记与目的基因或QTL之间的连锁程度
从标记辅助选择的效率或可靠性考虑，两侧相邻标记彼此 越靠近越好。但是…
2、选用的分子标记数目
对主基因，用位于主基因两侧的两个分子标记同时选择。 对于QTL，在少数QTL可解释大部分变异的情况下，MAS 的效率高。一般认为存在一个最佳数目，这与性状的遗传 力有关。Gimelfarb & Lande (1994a)发现利用6个标记 时的MAS效率高于利用3个标记时的效率，但利用12个以 上的标记时，MAS的效率在低世代时反而降低，在高世代 时增幅很小。
• 植物分子育种包括转基因育种和基因组育 种。前者通过转基因手段将外源基因导入 植物，改良其性状；后者利用DNA标记对 重要农艺和经济性状，同时可以考虑多个 基因组扫描，又叫全基因组扫描育种或标 记辅助选择育种（MAS)。
二 MAS的前提与影响因素
MAS的前提
1、建立尽量饱和的分子标记图谱 2、基于图谱的目标基因定位 3、检测的自动化
提
纲
• 植物MAS是分子育种的重要部分 • MAS的前提与影响因素 • 植物MAS的基本方法 • 植物MAS的应用 • 植物MAS的发展策略
基于QTL定位的植物分子育种
分子标记在作物育种中的直接应用是对性状进 行辅助选择，即分子标记辅助选择（Molecular Marker-Assisted Selection, MAS）。