Transcript 18 第十八章分子标记辅助选择育种

第十八章 分子标记辅助选择育种
第一节 分子标记的类型和作用原理
第二节 重要农艺性状基因连锁标记的筛选技术
第三节 作物MAS育种
第十七章 分子标记辅助选择育种
育种工作的关键：如何提高选择效率
DNA
RNA
Protein
Phenotype
传统育种一般是首先通过各种途径创造遗传
变异，然后从分离群体的后代中进行优化选
择和评价，这种选择是建立在植株的表现型
基础之上的，这就要求育种家必须具有丰富
的实践经验，而且费时、费力。
作物的许多重要农艺性状为数量性状，
或为多基因控制的质量性状为表型难以准确
鉴定的性状。此时根据表现型来对性状进行
评价是不确切的，因而选择是低效的。
第十七章 分子标记辅助选择育种
遗传标记：可以稳定遗传的，易于识别的特殊的遗传
多态性形式。在经典遗传学中，遗传多态性是指等位
基因的变（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或者是DNA序列的
差异。
第十七章 分子标记辅助选择育种
形态标记(morphological markers)：
指植物的外部形态特征，如矮秆、白化、黄化、
变态叶、雄性不育等。
不足：
（1）数量有限，而人工培
育形态标记材料的周期长；
（2）一些形态标记的多态
性差，易受环境因素的影响；
（3）一些形态标记对植株
的表型影响太大，与不良性
状连锁
第十七章 分子标记辅助选择育种
细胞学标记(cytological markers)
细胞内染色体的变化，包括染色体数目或结构
的变异可通过染色体核型（染色体数目、大小、
随体有无、着丝粒位置等）和带型（C、N、G带
等）分析来测定基因所在的染色体及相对位置，
或通过染色体代换等遗传操作来进行基因定位。
不足：
（1）细胞学标记材料的选育需要花费大量的人力
和较长的时间；（2）某些物种对染色体数目和结
构变异反应敏感或适应变异的能力差而难以获得
这类标记；（3）一些不涉及染色体数目、结构变
异或带型变异的性状则难以用细胞学方法检测；
第十七章 分子标记辅助选择育种
生化标记(biochemical markers)
利用基因的表达产物，主要包括贮藏蛋白、同工
酶（具有同一底物专一性的不同分子形式的酶）和
等位酶（由一个位点的不同等位基因编码的同种酶
的不同类型，其功能相同但氨基酸序列不同）等，
可以直接反映基因表达产物的差异，受环境的影响
较小。
不足：标记数量远远不能满足实际的需要；存在组
织和器官特异性。
第十七章 分子标记辅助选择育种
分子标记 (molecular markers) 指基因组DNA
分子水平上可标识的相对差异。
特点
（1）直接以DNA的形式表现，表现稳定。
（2）数量多（理论上遍及整个基因组）；
（3）多态性高 ；
（4）表现为中性，不影响目标性状的表达；
（5）许多标记表现为共显性的特点，能区别纯合体
和杂合体。
（6）成本不太高。
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与品种指纹图谱及纯度鉴定等
方面得到广泛应用。
F1
P1
P2
第十七章 分子标记辅助选择育种
显性标记(dominant
markers)：指F1的多态性
片段与其亲本之一完全
相同。如RAPD、AFLP、
ISSR等。
共显性标记(co-dominant
markers)：指双亲的两个
以上分子量不同的多态
性片段均在F1中表现。
如RFLP、SSR、SCAR
F1
P1
P2
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
分
子
标
记
以分子杂交为基础的DNA标记技术（RFLP
标记）
以PCR技术为核心的DNA标记技术 （RAPD标记、
SSR标记、SSLP标记、SCAR标记 、AFLP标记、
STS标记 ）
以测序为基础的新型的分子标记（SNP标记、
EST标记 ）
第一节 分子标记的类型和作用原理
各种分子标记特征特性的比较
标记名
称
RFLP
RAPD
AFLP
SSR
ISSR
SCAR
主要原
理
限制酶
切
Souther
n杂交
随机
PCR扩
增
限制性 PCR扩增 随机PCR
扩增
酶切结
合PCR扩
增
多态性
水平
中等
较高
非常高
高
高
检测基
因组区
域
单/低拷
贝区
整个基
因组
整个基
因组
重复序
列
重复序
列间隔
的单拷
贝区
整个基
因组
单拷贝
区
整个基
因组
可靠性
高
中
高
高
高
高
高
高
遗传特
性
共显性
显性/
共显性
共显性/
显性
共显性
显性/共
显性
共显性 显性/共
显性
DNA质量
要求
高，530μg
中，
10-
很高，
50-
中，10100ng
中， 250ng
中，5- 高，5010ng
100ng
特异
PCR扩
增
STS
CAPs
特异PCR PCR扩增
扩增
产物限
制性酶
切
中等
共显性
第一节 分子标记的类型和作用原理
二、分子标记的原理和遗传特性
(一)RFLP（限制性片断长度多态性）标记
1、RFLP标记原理
特定生物类型的基因组DNA经某一种限
制性内切酶完全酶解后，会产生分子量不
同的同源等位片段，或称限制性等位片段。
通过电泳的方法分离和检测这些片段。凡
是可以引起酶解位点变异的突变，如点突
变（新产生和去除酶切位点）和一段DNA
的重新组织（如插入和缺失造成酶切位点
间的长度发生变化）均可导致限制性等位
片段的变化，从而产生RFLP。
第一节 分子标记的类型和作用原理
1、RFLP标记原理
A
限制性内切酶位点
与放射性探针
B
结合部位
A
B
①限制性内切酶酶切后；
②电泳分离DNA片段；
③转移至硝酸纤维素薄膜；
④与放射性探针Southern杂交
⑤放射性自显影或酶学检测分析阳性条带。
可显示出不同材料对该探针的限制性片段多态
性情况。
第一节 分子标记的类型和作用原理
第一节 分子标记的类型和作用原理
2、RFLP标记的特点
（1）遍布于整个基因组，数量几乎是无限的；
（2）无表型效应，不受发育阶段器官特异性
限制；
（3）共显性，可区分纯合子和杂合子；
（4）结果稳定、可靠；
（5）DNA需要量大，检测技术繁杂， 难以用
于大规模的育种实践中。
第一节 分子标记的类型和作用原理
PCR技术的原理
1.变性：在加热或碱性
条件下可使DNA双螺旋
的氢键断裂，形成单
链DNA，称之为变性。
2.退火：是模板与引物
的复性。引物是与模
板某区序列互补的一
小段DNA片段。
3.延伸：从结合在特定
DNA模板上的引物为出
发点，将四种脱氧核
苷酸以碱基配对形式
按5’→3’的方向沿着模
板顺序合成新的DNA链。
第一节 分子标记的类型和作用原理
第一节 分子标记的类型和作用原理
二、分子标记的原理和遗传特性
(二)RAPD（随机扩增多态性DNA）标记
Williams等于1990年创立。其基本原理与PCR技术一致。
RAPD标记技术就是用一个（有时用两个）随机引物（一
般8-10个碱基）非定点地扩增基因组DNA，然后用凝胶电
泳分开扩增片段。遗传材料的基因组DNA如果在特定引物
结合区域发生DNA片段插入、缺失或碱基突变，就有可能
导致引物结合位点的分布发生相应的变化，导致PCR产物
增加、缺少或发生分子量变化。若PCR产物增加或缺少，
则产生RAPD标记。
第一节 分子标记的类型和作用原理
1、RAPD标记原理
A
primer
B
C
第一节 分子标记的类型和作用原理
2、RAPD标记的特点
（1）不需DNA探针，设计引物也无须知道序
列信息；
（2）显性遗传（极少数共显性）不能鉴别杂合
子和纯合子； （3）技术简便，不涉及分子
杂交和放射性自显影等技术；
（4）DNA样品需要量少，引物价格便宜，成
本较低；
（5）实验重复性较差，结果可靠性较低。
RAPD标记的实验条件摸索和引物的选择是
十分关键
而艰巨的工作。只要实验条件标准化，可以提
第一节 分子标记的类型和作用原理
二、分子标记的原理和遗传特性
(三)AFLP（扩增片断长度多态性）标
记
AFLP即扩增片段长度多态性，是1993年由Marc
和Pieter 发明创造的一种DNA分子标记。该技术是
对限制性酶切片段的选择性扩增，又称基于PCR
的RFLP。鉴于AFLP标记的多态性强，一次可检
测到100~150个扩增产物，因而非常适合绘制品种
指纹图谱及进行分类研究。
1、AFLP标记原理
Genomic DNA
对基因组DNA进行双酶切，在使
用的两种限制性酶中，一种为酶
切识别位点为4碱基的酶，另一种
为识别位点为6碱基的酶。进一步
将酶切片段和含有与其粘性末端
相同的人工接头连接，连接后的
接头序列及临近内切酶识别位点
就作为以后PCR反应的引物结合位
点，通过选择在末端上分别添加
1~3个选择性碱基的不同引物，选
择性地识别具有特异配对顺序的
酶切片段与之结合，从而实现特
异性扩增，最后用变性聚丙烯酰
胺凝胶电泳分离扩增产物。
5’ - AATTC
3’ - G
EcoRI and MseI
T - 3’
AAT - 5’
Ligate adapters + Ligase
EcoRI adapter
5’ - CTCGTAGACTGCGTACCAATTC
3’ - CATCTGACGCATGGTTAAG
MseI adapter
TTACTCAGGACTCAT - 3’
AATGAGTCCTGAGTAGCAG - 5’
Preamplification
EcoRI primer
GACTGCGTACCAATT (+n)
5’ - CTCGTAGACTGCGTACCAATTC
3’ - CATCTGACGCATGGTTAAG
Amplication
TTACTCAGGACTCAT - 3’
AATGAGTCCTGAGTAGCAG - 5’
(+n) AATGAGTCCTGAGTAGCAG
MseI primer
EcoRI primer
GACTGCGTACCAATT (+1 to +3)
5’ - CTCGTAGACTGCGTACCAATTC
3’ - CATCTGACGCATGGTTAAG
TTACTCAGGACTCAT - 3’
AATGAGTCCTGAGTAGCAG - 5’
(+1 to +3) AATGAGTCCTGAGTAGCAG
MseI primer
No selective bases
= No PCR products
= label primer
第一节 分子标记的类型和作用原理
第一节 分子标记的类型和作用原理
2、AFLP标记的特点
（1）结合了PFLP稳定性和PCR技术高效性的特点，
不需要事先知道DNA序列的信息，可以用于任何动
植物基因组的研究。
（2）多态性丰富；
（3）标记多数具有共显性表达，无复等位效应，表
现孟德尔方式遗传。
（4）分析成本较高，对DNA的纯度和内切酶的质
量要求也较高。
第一节 分子标记的类型和作用原理
二、分子标记的原理和遗传特性
(四)SSR（简单重复序列）标记
又称微卫星DNA(Micro-satellite DNA)标记；它是
一类由1-6个碱基组成的基序串联重复而成的DNA序
列，其长度一般较短，它们广泛分布于基因组的不
同位置。如(CA)n、(AT)、(GGC)n等重复，重复区
大多几十~几百bp，分散在基因组中，大多不存在于
编码序列内，具有较高的多态性。呈现孟德尔式遗
传。目前微卫星DNA已经发现了２万余个位点。
第一节 分子标记的类型和作用原理
1、SSR标记的原理
尽管微卫星DNA分布于整
个基因组的不同位置上，
但其两端的序列多是相对
保守的单拷贝序列。根据
微卫星DNA两端的单拷贝
序列设计一对特异引物，
利用PCR技术，扩增每个
位点的微卫星DNA序列，
通过电泳分析核心序列的
长度多态性。
第一节 分子标记的类型和作用原理
微卫星分子标记对18份山羊草基因型的扩增结果
第一节 分子标记的类型和作用原理
2、SSR标记的特点
（1）数量丰富，广泛分布于整个基因组；数量几
乎无限，
（2） SSR技术一般检测到的是一个单一的多等位
基因位点。
（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。
第一节 分子标记的类型和作用原理
DNA分子标记在植物生物技术中的应用
DNA分子标记是现代植物生物技术中应用的重要工具，
其应用主要包括以下几个方面：
构建高密度的遗传连锁图 ：在经典遗传学中由于遗传标
记的数量较少，只能建立稀疏且分布不均匀的遗传连锁图。
DNA分子标记数量丰富，为高密度遗传图谱的制作提供了可
能，促进DNA指纹的分析。
进行基因定位：基因定位就是寻找与目的的基因紧密连
锁的遗传标记并确定其在染色体上的位置，高密度遗传连锁
图的建立使目的基因的定位更为方便。
遗传多样性和物种亲缘关系：分子图谱的构建和基因定
位更加有利于遗传多样性和物种亲缘关系的研究。植物的遗
传多样性是品种遗传改良的基础。
DNA标记可以覆盖整个基因组，能客观、准确地检测物
基因组DNA水平的差异。
种质鉴定和遗传背景分析：利用DNA分子标记可以鉴别
品种，评估品种纯度，分析农艺性状基因，分离和鉴别遗传
材料，确定染色体同源性，对异源染色体和染色体结构畸变
的检测。
育种中的分子标记辅助选择：长期以来，植物育种都是依
植株的表型性状进行选择的。DNA标记的出现使植物育种从表
型选择过渡到分子育种的新阶段。
第二节 重要农艺性状基因连锁标记的筛选技
术
目标基因的标记筛选是进行分子标记辅助选择
（MAS）育种的基础。
用于MAS育种的分子标记须具备三个条件：
① 分子标记与目标基因紧密连锁
② 标记实用性强，重复性好，而且能够经济简便地检
测大量个体。
③ 不同遗传背景选择有效。
第二节 重要农艺性状基因连锁标记的筛选技
术
一、遗传图谱的构建与重要农艺性状基因的
标记
1、构建遗传图谱的意义：
确定不同分子标记在染色体上的相对位置或排
列情况，为作物种质资源收集、目标基因定位、基
因克隆、育种规模大小及相应育种方法的确定等提
供理论依据。但是，由于分子标记数目的限制，目
前作图亲本的选用首先考虑亲本间的多态性水平，
育种目标性状考虑较少。
第二节 重要农艺性状基因连锁标记的筛选技
术
2、遗传作图的原理
与经典连锁检测一致，即基于染色体
的交换与重组。用重组率来表示基因间的
遗传距离。
第二节 重要农艺性状基因连锁标记的筛选技
术
3、遗传图谱构建的主要环节
建立作图群体
群体中不同植株或品系
的标记基因型的分析
借助计算机程序建立
标记之间的连锁群
构建遗传图谱，首
先要选择合适的亲本
及分离群体，亲本之
间的差异不宜过大，
否则会降低所建图谱
的准确度和适用性。
而亲本间适度的差异
范围因不同物种而异。
第二节 重要农艺性状基因连锁标记的筛选技
术
4、用于分子标记的遗传作图群体
1）暂时性分离群体：包括F2群体、BC1等。这类群体
中分离单位是个体，一经自交或近交其遗传组成就会发
生变化，无法永久使用，由于每个单株所提供的DNA
有限，且只能使用一代，限制了该群体的作图能力； 2）
永久性分离群体：包括重组自交系群体（RIL）（由F2
经多代自交一粒传后使后代基因组相对纯合的群体）、
加倍单倍体群体（DHL）等。这类群体中分离单位为
株系，不同株系之间存在基因型的差异，而株系内个体
之间的基因型是相同且纯合的，自交后不会发生分离，
因此可通过自交或近交繁殖后代，而不会改变群体的遗
传组成，可以永久使用。
第二节 重要农艺性状基因连锁标记的筛选技
术
不同作图群体的特点
F2
群体
形成
性状研究
对象
准确度
必要的群
体规模
分离比例
BC1
DH
RIL
F1自交后 F1回交后 F1花粉分 F2个体自
代
代
化个体
交后代
个体
个体
品系
品系
低
大
低
大
高
中
高
中
1:2:3或
1:1
1:1
1:1
第二节 重要农艺性状基因连锁标记的筛选技
术
二、分子标记与基因定位
（一）质量性状的分子标记
寻找与质量性状紧密连锁的DNA标记主要有
两个目的：
在育种中对质量性状进行标记辅助选择，
对质量性状基因进行图位克隆。
主要途径 ：
近等基因系分析法（Near Isogenic Lines Analysis， NIL）
群体分离分析法（Bulked Segregation Analysis，BSA）
第二节 重要农艺性状基因连锁标记的筛选技
术
1、NIL（近等基因系）分析法
NIL分析法的原理：
如果一对近等基因系在目标性状上表现差异，那么
凡是能在这对近等基因系之间揭示多态性的分子标记
就可能位于目标基因的附近。
因此利用NIL材料，可以寻找与目标基因紧密连锁
的分子标记。
第二节 重要农艺性状基因连锁标记的筛选技
术
1、NIL分析法
基本步骤：
1）筛选与目标基因连锁的分子标记：利用分子标记技术分
析一对近等基因系，筛选在两者间表现出多态性的引物或
探针。
2）进行标记与目的基因连锁的验证：利用多态性标记/探
针对近等基因系间杂交分离群体中的单株进行筛选，确定
每个单株的标记基因型。同步对分离群体中单株的目标性
状进行调查。
3）基因定位：利用Mapmaker等软件确定目标性状与标记
之间的连锁关系，并计算遗传距离和绘制连锁图。
第二节 重要农艺性状基因连锁标记的筛选技
术
2、BSA（群体分离）分析法
BSA法是从近等基因系分析法演化而来的，它
克服了许多作物没有或难以创建相应的NIL的限制，
对于尚无连锁图或连锁图饱和程度较底的植物，
利用BSA法也是快速获得与目标基因连锁的分子
标记的有效方法。
第二节 重要农艺性状基因连锁标记的筛选技
术
2、BSA分析法
BSA分析法的原理
在作图群体中，依据目标性状表型的相对差异（如抗病与
感病、可育与不育等），将个体或株系分成两组，分别将两
组中的个体或株系的DNA等量混合，形成相对的DNA池
（DNA pool）。这两个DNA池之间除了在目标基因座所在染
色体区域的DNA组成上存在差异外，来自基因组其它部分的
DNA组成应该是完全相同或基本相同的，即两DNA池间差异
相当于两近等基因系基因组之间的差异，或者说构成了一对
近等基因DNA池。因此在这两个DNA池之间表现出多态性的
DNA标记，就有可能与目标基因连锁。
第二节 重要农艺性状基因连锁标记的筛选技
术
基本步骤
1）根据目标性状表型或基因型的相对差异构建两个近等
DNA池或代表群，寻找在两者之间表现多态性的标记。
2）利用分离群体验证候选标记是否与目标基因紧密连锁。
3）根据标记基因型的分离比例和单株目标性状分离比例进
行遗传作图。
第二节 重要农艺性状基因连锁标记的筛选技
术
（二）数量性状的分子标记
数量性状的遗传是受多基因控制的，遗传基础复杂，易受
环境因素影响，表现为连续变异，表现型与基因型之间没有
明确的对应关系。因此长期以来对数量性状的遗传研究只能
借助于数理统计的手段，将控制数量性状的多基因系统作为
一个整体来研究，使人们无法了解单个基因在基因组中的位
置和效应，制约了人们在育种中对数量性状的遗传操纵能力。
而分子标记的出现为深入研究数量性状的遗传基础提供了可
能。
第二节 重要农艺性状基因连锁标记的筛选技
术
（二）数量性状的分子标记
控制数量性状的基因在基因组中的位置称为数量性状基因
座（QTL）。借助与QTL连锁的分子标记，在育种中人们就
能够对有关QTL的遗传进行追踪，提高对数量性状优良基因
型选择的准确性和预见性。
主要途径：
基于性状的分析法（trait-based analysis，TB）
以数量性状表型为依据进行分组。
基于标记的分析法（marker-based analysis，MB）
以标记基因型为依据进行分组
第二节 重要农艺性状基因连锁标记的筛选技
术
（三）QTL定位的主要方法
常用的主要有区间作图法、复合区间作图法、多元回归法、
已知完整连锁图作图法等，并开发出一些功能很强的软件包，
如Map Manager、 Mapmaker/QTL、Linkage、WinQTLCart等。
这些程序包都可以从因特网上免费下载
（www.stat.wisc.edu/biosci/linkage.html）。利用这些方法，
可将控制某一数量性状的多个QTL进行分解，像研究质量性
状一样，将它们分别定位于染色体上，并分析各个QTL的单
个效应及互作效应。
第三节 作物MAS育种
一、作物MAS育种须具备的条件
分子标记与目标基因共分离或紧密连锁，一般要求
两者间的遗传距离小于5cM,最好1cM或更小。
具有在大群体中利用分子标记进行筛选的有效手段，
主要是应用PCR技术。
筛选技术在不同实验室间重复性好，且具有经济、
易操作的特点。
具有实用化程度高并能协助育种家作出抉择的计算
机数据处理软件。
第三节 作物MAS育种
二、MAS育种方
法
（一）回交育种
由单基因或寡基因等质量性状基因控制的主
要农艺性状，若利用分子标记辅助选择，针对
每一回交世代结合分子标记辅助选择，筛选出
含目标基因的优异品系，进一步培育成新品种。
受体亲本
×
供体亲本
(不含优质基因)
(含优质基因)
F1 × 受体亲本
中选BC3(含优质基因)
自
交
BC1
目标基因定位
标记辅助选择
中选BC1
×
受体亲本
新育成的优质品种
(受体亲本遗传本背景+优质基因)
(含优质基因)
BC2
中选BC1
标记辅助选择
目标基因的定位
受体亲本
与标记辅助回交
×
育种相结合程序图
(含优质基因)
BC3
标记辅助选择
第三节 作物MAS育种
（二）大范围群体内的单目标基因
（SLS-MAS）分析方法
基本原理在一个随机杂交的混合群体中，首先在一个很大
群体中利用分子标记辅助选择目标性状，尽可能使选择群
体足够大，使中选的植株就目标位点纯合，而在目标位点
以外的其它基因位点上保持有大的遗传多样性，最好仍呈
孟德尔分离，这样，分子标记筛选后，仍有很大遗传多样
性供育种家通过传统育种方法选择，产生新的品种和杂交
种。这种方法对于分子标记辅助选择质量性状或数量性状
均适用。
第三节 作物MAS育种
基本步骤
1）利用传统育种方法结合DNA指纹图谱选择用于MAS的优
异亲本，特别对于数量性状而言，不同亲本针对同一目标性
状要具有不同的重要的QTL。即具有更多的等位多样性。 2）
确定某重要农艺性状QTL标记。利用中选亲本与测验系杂交，
将F1自交产生分离群体，一般200-300株，结合F2-3株行田间
调查结果，以确定主要QTL的分子标记。 3）结合筛选的QTL
标记，对上述分离群体中单株进行SLS-MAS。 4）根据标记
有无选择目标材料。由于连锁累赘，除中选QTL标记外，使
其附近其它位点保持最大的遗传多样性。通过中选单株自交，
根据本地生态需要进行系统选择，育成新的优异品系。或将
中选单株与测验系杂交产生新杂种。
第三节 作物MAS育种
（三）MAS聚合育种
在实际育种工作中，通过聚合杂交将多个有利目标基因聚集到
同一品种材料中，培育成一个具多种有利性状的品种，如多个
抗性基因的品种，在作物抗病虫育种中保证品种对病虫害的持
久抗性将有十分重要的作用。但是，由于导人的新基因表现常
被预先存在的基因所掩盖或者许多基因的表型相似难以区分、
隐性基因需要测交检测、或接种条件要求很高等，导致许多抗
性基因不一定在特定环境下表现出抗性，造成基于表型的抗性
选择将无法进行。MAS可利用分子标记跟踪新的有利基因导入，
将超过观测阈值外的有利基因高效地累积起来，为培育含有多
抗、优质基因的品种提供了重要的途径。
受体亲本
(无优质基因)
×
供体亲本A
受体亲本
(含优质基因A)
F1(含优质基因A)
×
供体亲本B
(无优质基因)
×
(含优质基因B)
F1(含优质基因B)
受体亲本
复杂杂种(分离群体)
标
×
供体亲本C
(无优质基因)
(含优质基因C)
标记辅助选择
记
辅
助
基
因
聚
合
中选杂种个体
与
品
质
改
良
相
×
(含优质基因A和B)
F1
(含优质基因C)
复杂杂种(分离群体)
标记辅助选择
中选杂种个体
×
受体亲本
(含优质基因A、B和C)
回交1~2代，标记辅助选择
结
合
程
自交
新育成的优质品种
序
图
(受体亲本遗传背景+优质基因A、B和C)
第三节
作物MAS育种
进行MAS选择的限制因素
作物基因作图速度还相当缓慢，一些重要性状的分
子标记与目标性状间的遗传距离仍较大，不符合
MAS的要求。
已筛选出的分子标记在不同遗传背景中表现不稳定，
甚至同样的目标基因同样的标记在不同群体中其
重组率会有差异。特别是呈数量性状遗传的性状
的分子标记更易受遗传背景影响。
基于PCR技术的标记数量有限。特别是已筛选到一
利用分子标记技术进行MAS的成本较高，不能满足
些与重要农艺性状基因的分子标记大都不是PCR
大规模育种选择的需要。
生物技术手段与常规育
标记，因此不易应用于MAS中。
种严重脱节。作物育种学家与分子遗传学家之间
的有机结合、沟通不够。
第三节 作物MAS育种
三、提高分子标记的筛选效率
（一）多重PCR方法
（二）用相斥相分子标记进行育种选择
（三）克服连锁累赘
（四）降低MAS育种的成本
第三节 作物MAS育种
三、提高分子标记的筛选效率
（一）多重PCR方法
为了增加标记的筛选效率，当同时筛选到与2
个或2个以上目标性状连锁的几个不同的分子标
记时，如果这几个分子标记的扩增产物具有不
同长度，则一对以上的引物可在同一PCR条件下
同时反应。
第三节 作物MAS育种
三、提高分子标记的筛选效率
（二）用相斥相分子标记进行育种选择
所谓相斥相分子标记指与目标性状相斥连锁的
分子标记，即有分子标记，植株不表现目标性状；
无分子标记，植株表现目标性状。通过相斥标记
（特别是显性标记）的选择，可将群体中含标记
而不含目标性状基因的纯合体、含目标性状基因
的杂合体全部剔除，仅剩下无标记而含目标性状
基因的植株。
第三节 作物MAS育种
三、提高分子标记的筛选效率
（三）克服连锁累赘 回交育种是作物育种常
用的育种方法，但回交育种中长期以来存在的
问题是在回交过程中，目的基因与其附近的非
目的基因存在连锁，一起导入受体，导致改良
的品种与预期的目标不一致，这种现象称为连
锁累赘 (Linkage drag)。利用与目标性状紧密连
锁的分子标记进行辅助选择可以显著地减轻连
锁累赘的程度。如利用目标性状基因左右两侧
1cM之内的标记只需2个世代即可从分离群体中
筛选出供体DNA片段最小但携带目标基因的个
体，而传统的选育方法可能平均需要100代。
第三节 作物MAS育种
（四）降低MAS成本的策略
样品DNA提取。采用微量提取法如利用小量组织
或半粒种子且不需液氮处理的DNA提取技术。且不
采用特殊化学药品，降低成本。 减少PCR反应时的
体积。如将反应体积从25l降低到10~15l。 琼脂
糖凝胶。实验表明同一琼脂糖凝胶可以多次电泳载
样，而不会造成样品间互相干扰，因此可以多次重
复使用。 扩增产物检测。通过改造染色系统，利用
亚甲蓝、甲烯蓝染琼脂糖凝胶，可直接在可见光下
检测。
第三节 作物MAS育种
分子标记辅助选择与常规育种结合
分子标记辅助育种加速了常规育种进程
分子标记辅助育种手段与常规育种是相辅相成
的。尽管常规育种可以把高产，优质，抗病基因
综合到一个品种，但其间需通过大量的基因重组、
筛选过程，还掺杂有筛选遗漏问题。其周期长，
工作量大。而利用分子标记辅助选择技术大大减
少了其连锁累赘现象，增加了目标性，在回交低
世代即可找到其目标材料。
第三节 作物MAS育种
常规育种方法是所有新品种选育的必经之路
目前看来，分子标记辅助育种技术还不成熟、
不完善。利用分子标记辅助选择技术能作为一种
快速、准确、有效的选择手段。但是，分子标记
辅助育种技术只有与常规育种相结合，才能更快
地并且定向地同步改良农作物的产量、品质、抗
逆性。因此，利用分子标记辅助选择技术得到的
优异种质仍要通过常规育种方法选择培育，才可
真正用到育种中去，尽快在生产上产生经济效益。
总之，分子标记辅助育种的优越性只有通过常规
育种才可表现出来。
第十七章 分子标记辅助选择育种
重点与难点
思考题
思考题
1、几种主要分子标记的类型及遗传特点?
2、举例说明重要农艺性状基因定位的原理和方法。
3、如何理解分子标记技术的发展为作物育种工作
注入了新的活力?