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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Phenotypiealselection.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molecularmarker-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Restrictionfragment

lengthpolymorphisms,RFLP标记；第二类是以聚合酶链式反应Polymerase

chainreaction,PCR反应为基础的各种DNA指纹技术.PCR是Mullis等

1985首创的在模板DNA、引物和4种脱氧核糖核苷酸存在的条件下,依赖

于DNA聚合酶的体外酶促反应,合成特异DNA片段的一种方法.PCR技术的

特异性取决于引物与模板DNA的特异结合.PCR反应分变性denaturation、

复性annealling、延伸exten—sion三步图17—1.变性指的是通过加热

使DNA双螺旋的氢键断裂,双链解离形成单链DNA的过程；复性又称退火

是指当温度降低时,单链DNA回复形成双链的过程,由于模板分子结构较引

物要复杂得多,而且反应体系中引物DNA大大高于模板DNA,容易使引物和

其互补的模板在局部形成杂交链；延伸是指在DNA聚合酶和4种脱氧核糖

2+

核苷三磷酸底物及Mg存在的条件下,在聚合酶催化下进行以引物为起始

点的5-3的DNA链延伸.以上三步为一个循环,每一循环的产物可以作为

下一个循环的模板,经25～30个循环后,介于两个引物之间的特异DNA片

6-7

段得到大量的复制,数量可达2×10拷贝.按照PCR所需引物类型又可分

为：①单引物PCR标记,其多态性来源于单个随机引物作用下扩增产物长

度或序列的变异,包括随机扩增多态性DNA标记Random别amplification

polymorphismDNA,RAPD、简单重复序列中间区域标记1nter-simple

sequencerepeatspolymorphisms,ISSR等技术；②双引物选择性扩增的

PCR标记,主要通过引物3端碱基的变化获得多态性,这种标记主要指扩增

片段长度多态性标记Amplifiedfragmentlengthpolymorphisms,AFLP；

③需要通过克隆、测序来构建特殊双引物的PCR标记如简单序列重复标记

Simplesequencerepeats,SSR、序列特征化扩增区域