标记辅助导入中不同背景选择方法的比较

模拟比较了随机选择、标记值选择及BLUP选择3种背景选择方法在标记辅助导入(利用标记辅助将供体群中的一个有利QTL等位基因导入到受体群中)的选择效果。前景选择是借助与目标基因连锁的两侧标记对目标基因进行间接选择。研究结果表明,在背景选择中,利用标记值选择能使受体基因组很快得到恢复,2个世代的回交就能恢复90%以上,4个世代的回交就能完全恢复。利用BLUP选择虽然不能使受体基因组迅速全部恢复,但能使特定的背景性状得到最大的遗传进展。

标记辅助导入中不同前景和背景选择方法的比较(英文)

标记辅助导入是分子遗传信息应用于动物育种的一个重要方面,其目的是在标记信息的辅助下将一个品种(供体)中的一个或多个优良基因导入另一个品种(受体),同时还要尽可能地保持受体群体原有的遗传背景。标记辅助导入的过程包括3个阶段,第一阶段是杂交,即供体与受体杂交产生F1代个体,第二阶段是回交,即F1个体以及后续各个世代的后代个体重复地与受体回交,以使受体的遗传背景得到恢复,第三阶段是横交,即重复回交后得到的个体彼此间交配,以便获得供体基因的纯合个体,使该基因在群体中固定。在回交和横交阶段,都要对参与交配的个体进行选择。在选择中,要分别进行前景选择和背景选择,前景选择是对供体基因的选择,选择携带有供体基因个体参加配种,从而使该基因在回交过程中不会丢失,并在横交过程中能尽快固定,背景选择是对受体遗传背景的选择,选择那些含有受体基因组比例较高的个体参加配种,从而加快恢复受体遗传背景的速度。本研究通过计算机模拟对不同的前景选择方法和不同的背景选择方法进行了比较。前景选择方法包括对受体基因的直接选择(假设该基因可以直接测定)、利用单个连锁标记的间接选择和利用两侧标记的间接选择3种,背景选择方法包括随机选择、基因组相似性选择、指数选择和标记辅助BLUP(MBLUP)选择4种。研究结果表明,对于前景选择来说,对供体基因的直接选择能保证该基因在回交的各个世代中保持一个稳定的频率(0.25)并在横交阶段迅速固定(2个世代),用两侧标记的间接选择也能得到类似的结果,但如果仅利用单个连锁标记进行选择,则会导致供体基因的频率在回交阶段中有所下降,并在横交阶段不能被固定。对于背景选择来说,如果最终的目的是要完全恢复受体的遗传背景,基因组相似性选择或标记指数选择是最好的选择方法,它们可使受体的遗传背景在回交3个世代后就恢复到98%以上,而随机选择或MBLUP选择需要至少5个世代的回交才能达到这个水平。但如果最终的目的只是要恢复受体的某些优良性状,则MBLUP选择是值得推荐的方法,它可使影响这些性状的受体基因频率在回交3个世代后就达到99%以上,而且还能在整个基因导入过程中给这些性状带来最大的遗传进展。虽然用标记指数选择也有相似的结果,但与之相比,MBLUP的成本要低得多,更具有实际可行性。

QTL基因型值对标记辅助导入的影响

在标记辅助导入QTL的过程中,利用指数法进行背景选择。研究结果表明基因型值的大小对于导入QTL的频率和两个背景QTL的频率以及受体遗传背景的恢复影响很小,对于两个背景性状来说,基因型值较大时要比较小时获得更大的遗传进展。对于前景性状来说,在横交阶段,基因型值较大时要比较小时获得更大的遗传进展;而在回交阶段,结果正好相反。

利用分子标记辅助选择回交转育培育早粳稻空育131(fgr)导入系

为了改良综合性状优良的早粳稻空育131的香味性状,培育水稻空育131(fgr)导入系,以非香米空育131为受体亲本,香米稻花香2号为香味基因fgr供体亲本,利用功能性SNP-fgr标记鉴定选择香味基因,同时利用34个双亲间具有多态性的SSR标记进行背景选择,经过3次回交转育创制了背景恢复率达100%的候选水稻空育131(fgr)导入系。对候选水稻空育131(fgr)导入系的农艺性状、抗稻瘟病性、耐冷性、抗倒伏性及香味性状进行鉴定,培育出了除香味以外其他性状与空育131相似或相同的早粳稻空育131(fgr)导入系。水稻空育131(fgr)导入系可以在黑龙江省香米水稻生产中示范试种。

标记密度对标记辅助导入效率的影响

为了分析不同标记密度对标记辅助导入一个数量性状基因座(QTL)有利等位基因效率的影响,试验采用两阶段选择策略,前景选择是利用与导入QTL紧密连锁的两侧标记进行间接选择,并将标记辅助最佳线性无偏预测(MBLUP)用于背景选择。结果表明:在回交阶段,不同标记间图距对导入QTL有利等位基因的频率和前景性状的遗传进展影响很小;而在横交阶段,缩小标记间图距可以提高导入QTL有利等位基因的频率和前景性状的遗传进展,但当标记间图距由10 cm缩小到2 cm时,导入QTL有利等位基因频率的变化幅度很小。背景QTL有利等位基因的频率和背景性状的遗传进展在不同标记密度之间基本没有差异,说明当标记间图距小于10 cm时标记辅助导入效率比较高,而且将MBLUP应用于背景选择是可行的。

性状的遗传力对标记辅助导入效率的影响

分析性状的遗传力对标记辅助导入效率的影响,期望为实践中标记辅助导入提供参考。对于标记辅助导入1个QTL过程,采用两侧标记选择进行前景选择,MBLUP为背景选择,对于前景性状和2个背景性状给出3种遗传力水平,即0.20、0.10、0.15(低);0.50、0.30、0.40(中);0.80、0.50、0.70(高)。结果表明,导入QTL频率和前景性状遗传进展在遗传力为低、中、高之间差异很小,在横交阶段,中遗传力和高遗传力组的导入QTL频率和前景性状遗传进展略高于低遗传力组。

标记辅助导入的原理与应用

标记辅助导入是分子遗传信息应用于动物育种的一个重要方面,其目的是在标记信息的辅助下将一个品种(供体)中的一个或多个优良基因导入另一个品种(受体),同时还要尽可能地保持受体群体原有的遗传背景。在标记辅助导入过程中,标记信息既可用于辅助前景选择,即对目标基因携带者的选择,以保证目标基因的正确导入,也可用于辅助背景选择,即对受体基因组的选择,以加快受体遗传背景的恢复。本文介绍了标记辅助导入的原理和基本方法,综述了目前已提出的不同前景选择和背景选择方法以及消除遗传累赘(与目标基因连锁的不利基因)的方法,同时列举了标记辅助导入在动物上的一些成功应用。

标记的等位基因频率对标记辅助导入效率的影响研究

本研究利用标记辅助最佳线性无偏预测(MBLUP)方法探讨了标记的4个等位基因具有不同频率时对标记辅助导入效率的影响。结果表明:利用MBLUP进行前景选择时,导入QTL频率不随供体中初始的标记等位基因频率的变化而变化,即使当供体中初始的标记等位基因频率很低时(0.5/0.25/0.2/0.05),仍然能获得很高的导入QTL频率(0.9954)。

基于标记辅助的两个QTL导入

为了将多个有利QTL导入到同一个群体中,模拟研究了在标记辅助的育种过程导入两个QTL,分析了不同试验设计和不同背景选择方法对标记辅助导入效率的影响。结果表明,在两种试验设计中,在回交阶段,试验设计2的导入QTL频率略高于试验设计1,在横交阶段基本无差异。GS、MS和MIS选择方法对遗传背景的恢复比较好,而MBLUP、BLUP、PH和MIS选择方法获得的背景性状的遗传进展较大,MIS选择方法对于遗传背景的恢复和背景性状的遗传进展取得较好的结果 。

分子标记辅助选择培育抗褐飞虱基因Bph3导入系

褐飞虱是水稻的主要害虫之一,对水稻稳定生产构成了严重威胁。防治褐飞虱灾害的有效措施为培育抗性品种。将Bph3抗源Ptb33与不同的主栽品种杂交、回交、分子标记辅助选择,结合抗性鉴定,培育出一批对褐飞虱表现为稳定抗性且农艺性状良好的导入系,以期今后被利用于培育抗性品种。

标记辅助选择在动物育种中的应用

本文综述了标记辅助选择(M arker assisted selection,MAS)的原理和影响因素。理论与计算机模拟研究表明MAS比常规表型选择更有效,但在实际育种中还存在许多问题。有关遗传行为状态的不确定、缺失的标记基因型、来自QTL信息的错误、近亲交配、多基因选择反应的损失等方面的进一步研究,将有助于洞察MAS的最佳应用问题。

玉米衔接式单片段导入系群体的构建和评价

以生产上广泛种植的玉米杂交种豫玉22的亲本自交系87-1和综3为受体亲本,以糯质、抗病性较好的玉米自交系衡白522为供体亲本,采用回交和自交的方法,结合SSR分子标记辅助选择,分别构建了以87-1和综3为背景的衔接式玉米单片段导入系群体,并对其遗传背景、导入片段大小、数目和覆盖率等进行了评价。结果表明,87-1背景的导入系群体导入了40个供体片段,片段长度介于0.03～342.8cM,平均长度为91.1cM,导入片段总长为3643.9cM,覆盖率为48.9%;综3背景的导入系群体导入了78个供体片段,片段长度介于0.03～343.4cM,平均长度为75.5cM,导入片段总长为5895.2cM,覆盖率为79.2%。

利用高代回交导入系定位水、旱条件下影响水稻根系及产量的QTL

严重的水资源危机使得水稻耐旱性的遗传与育种研究成为当今的研究热点之一。【目的】鉴定与水稻耐旱性直接相关的根系性状QTL,为通过根系性状QTL的标记辅助选择培育耐旱水稻品种提供标记信息。【方法】以从供体Lemont(粳稻)导入到特青(籼稻)背景的254个高代回交导入系中筛选出覆盖供体全基因组的55个回交导入系为材料,采用PVC管栽培,定位了灌溉(对照)与干旱(胁迫)条件下影响根系及产量性状的QTL以及胁迫与对照间性状差值的QTL。【结果】共检测到25个影响根长(RL)、根数(RN)、根重(RW)和单株粒籽产量(GY)的主效QTL,根据在不同环境下的表达情况,将其分为3类,第1类4个,在两种环境下均被检测到;第2类12个,只在对照条件下检测到;第3类9个,受干旱胁迫诱导,只在胁迫条件下被检测到。此外还检测到11个影响胁迫与对照条件下性状差值的QTL。【结论】在水、旱两种条件下均检测到的相对稳定的3个QTL(QRl2b、QRl8b、和QRn12)及影响两种条件下性状差值(即性状稳定性)的11个QTL可能对耐旱性有直接贡献。

黄瓜-酸黄瓜染色体片段导入系群体的构建及果实相关数量性状基因的定位

【目的】以栽培黄瓜(Cucumis sativus L.,2n=14)‘北京截头’为受体亲本,以野生酸黄瓜(C.hystrix Chakr,2n=24)为供体亲本,采用SSR标记辅助选择法构建黄瓜-酸黄瓜染色体片段导入系群体。初步定位控制黄瓜果实外形的数量性状基因。【方法】首先通过种间杂交-回交-自交获得大量的染色体片段导入系株系。然后选择均匀分布在黄瓜染色体组上的298对SSR标记对亲本进行多态性检测,使用检测出的亲本间差异引物对染色体片段导入系株系进行检测,筛选含有野生酸黄瓜染色体片段的植株。对该群体果实外形进行初步调查,利用t测验与轮回亲本比较,鉴定QTL。【结果】本研究构建了由50个株系组成的染色体片段导入系群体。在该群体中共检测到149个染色体导入片段,包含61个不同的导入片段,不同导入片段的总长度为259.95 cM,基因组覆盖率为45.37%。导入片段的长度在1.65—15.4 cM,平均长度为5.41 cM,分布于黄瓜的7条染色体上。利用该导入系群体初步定位了控制黄瓜果型的13个QTL。【结论】构建了一套以栽培黄瓜为背景,野生酸黄瓜为前景的染色体片段导入系群体,并利用该导入系初步定位了控制黄瓜果型的QTL,为开发利用野生酸黄瓜的优良基因提供了新的种质资源,也为今后定位黄瓜的数量性状遗传位点奠定了材料基础。

利用分子标记改良浙北粳稻褐飞虱抗性

该研究以药用野生稻衍生品系B5为抗褐飞虱供体亲本，以浙北常规晚粳稻品种嘉58和秀水134为受体亲本。通过杂交、回交和标记选择．获得Bph14一嘉58、Bph15一嘉58、Bph14／15一嘉58及Bph14一秀水134、nph15一秀水134、Bph14／15一秀水134抗性基因导入系。苗期和抽穗期抗性鉴定结果显示，在苗期Bph14／15双基因聚合系的抗性表现为1．0（高抗），Bph14、Bph15单基因导入系抗性为3．O～7．O级（抗一中抗一中感），双基因聚合系抗性显著高于单基因导入系；同时发现印h14一秀水134抗性平均水平高于却h14一嘉58，Bph15一嘉58抗性水平高于跏h15一秀水134；在抽穗期的抗性水平与苗期表现一致或接近。该研究表明却h14、却h15在粳稻背景中能够表达，但表达水平存在基因型差异，水稻苗期的抗性可作为抗性品种选育的参考依据；文中提到的嘉58和秀水134的Bph14、却h15导入系有望成为浙北粳稻抗褐飞虱新品种选育重要的育种材料。

水稻抗褐飞虱基因Bph14和Bph15在粳稻育种上的应用

以B5为褐飞虱抗性供体亲本，以粳稻品种（品系）嘉隆17B和嘉58为受体亲本，通过杂交、回交和标记选择，获得Bph14？嘉隆17B、Bph15？嘉隆17B、Bph14／Bph15？嘉隆17B及Bph14？嘉58、Bph15？嘉58、Bph14／Bph15？嘉58导入系。苗期和抽穗期抗性鉴定结果显示，在苗期Bph14／Bph15？嘉隆17B或Bph14／Bph15？嘉58的抗性级别为1？0级（高抗），Bph14？嘉隆17B或Bph14？嘉58、Bph15？嘉隆17B或Bph15？嘉58抗性为3．0～7？0级（抗、中抗、中感），双基因导入系抗性显著高于单基因导入系；同时发现Bph14？嘉隆17B抗性水平（4．56级）低于Bph14？嘉58（2？50级），Bph15？嘉隆17B抗性水平（3？80级）高于Bph15？嘉58（5？86级）；抽穗期的抗性水平与苗期表现一致或接近。说明Bph14、Bph15在粳稻背景中能够表达，但表达水平因背景不同而有差异，水稻苗期的抗性可作为抗性品种选育的参考依据，利用分子标记技术辅助选育抗褐飞虱粳稻品种是切实可行的。

黄体(yellow^0)是果蝇小体重的一个标记

标记辅助选择(marker-assisted selection,MAS)是现代育种的一种重要手段,但是在研究中经常发现与数量性状基因座位(quantitative trait loci,QTL)连锁的标记效应不稳定,这使得MAS在动物育种中成功应用的报道很少,人们甚至怀疑MAS在实际应用中的效果.本研究首次利用模式生物果蝇来研究是否能够找到应用到MAS中的有效标记.采用F2设计将带有黄体(y0)标记(X染色体上yellow基因的一个隐性突变)的品系分别与3个不带此标记的品系进行正反杂交,结果发现F2代中,y0标记与小体重显著相关(P<0.001),而且这种相关不随遗传背景的改变而消失.标记效应在雌雄中分别达到了0.95σP(表型标准差)和0.68σP.以y0为标记,通过20代标记辅助导入(marker-assisted introgression,MAI),将y0所处的DNA区段导入到野生型品系中,结果使野生型雌雄体重分别降低了13%和7%(P<0.0001),从而成功建立了小体重果蝇品系,实验证明确实存在一个与y0紧密连锁的小体重QTL.利用y0标记和白眼(white)标记进行深度MAI,进一步将一个小于1.5cM的y0标记区段导入到野生型品系中,同样导致了野生型果蝇相同程度的体重降低.可见,果蝇的小体重QTL位于y0标记区段,遗传距离不超出1.5cM的范围.PCR和Southern杂交的结果显示,此标记处的y基因发生了缺失,可能影响了果蝇的正常生长发育.本实验充分证明,应用到MAS育种中的QTL有效标记是存在的,并且可以用于培育新的品系.