作物遺傳育種書籍

1、分子標記在花生上的應用現(xiàn)狀及前景分子標記在花生上的應用現(xiàn)狀及前景 作物遺傳育種作物遺傳育種 周金超周金超 導師：劉立峰導師：劉立峰Introduction 花生花生( (Arachis hypogaea)(2n=4x=40)(2n=4x=40)是世界范圍內(nèi)廣泛栽培的油料與經(jīng)濟是世界范圍內(nèi)廣泛栽培的油料與經(jīng)濟作物作物, ,是是2020世紀全球最重要的四大油世紀全球最重要的四大油料作物之一?；ㄉN仁中脂肪和蛋白料作物之一?；ㄉN仁中脂肪和蛋白質(zhì)占質(zhì)占80%80%以上以上, ,含有人類必需的含有人類必需的8 8種氨種氨基酸以及脂肪酸亞油酸基酸以及脂肪酸亞油酸, ,另外含有鐵、另外含有鐵、鈣、鋅等礦質(zhì)

2、元素鈣、鋅等礦質(zhì)元素, , 素有素有“長壽果長壽果”之美稱。之美稱。 Introduction 我國在世界花生生產(chǎn)中占有極為重要我國在世界花生生產(chǎn)中占有極為重要的地位的地位, 1993, 1993年以來花生總產(chǎn)和消費量穩(wěn)年以來花生總產(chǎn)和消費量穩(wěn)居世界之首。基于花生在國民經(jīng)濟和人民居世界之首。基于花生在國民經(jīng)濟和人民生活中所占的重要地位生活中所占的重要地位, ,其遺傳研究一直受其遺傳研究一直受到廣泛重視。常規(guī)育種方法存在到廣泛重視。常規(guī)育種方法存在育種周期育種周期長長、對目標單株的、對目標單株的選擇效率低選擇效率低、成本高成本高等等難以克服的缺點。利用分子標記，可以在難以克服的缺點。利用分子標記

3、，可以在DNA DNA 分子水平上科學地選配育種親本，利分子水平上科學地選配育種親本，利用與重要目標性狀連鎖的分子標記則可以用與重要目標性狀連鎖的分子標記則可以對雜種后代進行科學的選擇。對雜種后代進行科學的選擇。Introduction 花生在形態(tài)、生理、農(nóng)藝性狀等方面存在花生在形態(tài)、生理、農(nóng)藝性狀等方面存在著豐富的變異，而在著豐富的變異，而在DNADNA分子水平上揭示分子水平上揭示的多態(tài)性較少。由于花生的多態(tài)性較少。由于花生遺傳背景的復雜遺傳背景的復雜性性，DNADNA多態(tài)性的限制多態(tài)性的限制，這個極大的限制，這個極大的限制了分子標記輔助選擇在花生育種上的應用。了分子標記輔助選擇在花生育種上

4、的應用。目前花生目前花生DNADNA分子標記研究明顯落后于其分子標記研究明顯落后于其他作物。因此，篩選花生多態(tài)性標記是花他作物。因此，篩選花生多態(tài)性標記是花生育種的工作重點。生育種的工作重點。 分子標記的分子標記的優(yōu)點優(yōu)點 利用分子標記利用分子標記, , 可以在可以在 DNA DNA 分子水平上分子水平上科學地選配育種親本、利用與重要目標性狀科學地選配育種親本、利用與重要目標性狀連鎖的分子標記則可以對雜種后代進行科學連鎖的分子標記則可以對雜種后代進行科學的選擇的選擇, , 而且不受環(huán)境條件和作物生育期的而且不受環(huán)境條件和作物生育期的影響影響, ,鑒定結(jié)果穩(wěn)定可靠鑒定結(jié)果穩(wěn)定可靠, ,具有選擇效

5、率高、具有選擇效率高、準確性高、成本低等優(yōu)點準確性高、成本低等優(yōu)點, ,可大大縮短育種時可大大縮短育種時間。間?；ㄉN中常用的分子標記種類花生育種中常用的分子標記種類 1.基于基于Southern雜交的分子標記雜交的分子標記 RFLP：restriction fragment length polymorphism 小衛(wèi)星小衛(wèi)星DNA：minisatellite DNA 2.以以 PCR(聚合酶鏈式反應聚合酶鏈式反應)為基礎的分子標記為基礎的分子標記 RAPD：random amplified polymorphic DNA SSR: simple sequence repeat SCAR：

6、 sequence characterized amplified regions AFLP： amplified fragment length polymorphism SRAP： sequence related amplified polymorphism分子標記在花生中的應用分子標記在花生中的應用1.遺傳多樣性的研究遺傳多樣性的研究2.抗性的研究抗性的研究3.雜交后代的鑒定雜交后代的鑒定4.構(gòu)建花生遺傳圖譜構(gòu)建花生遺傳圖譜5.花生油酸花生油酸/亞油酸比值亞油酸比值( O/ L)的研究的研究 6.構(gòu)建花生指紋圖譜構(gòu)建花生指紋圖譜 1.遺傳多樣性的研究遺傳多樣性的研究姜慧芳等利用姜慧芳等

7、利用RAPD RAPD 技術(shù)對技術(shù)對7 7個不同植物學個不同植物學類型的花生種質(zhì)資源進行了分析類型的花生種質(zhì)資源進行了分析, ,在所用在所用的的8383個隨機引物中個隨機引物中,13,13個引物的擴增產(chǎn)物個引物的擴增產(chǎn)物顯示出不同品種間的多態(tài)性顯示出不同品種間的多態(tài)性, ,能顯示花生能顯示花生品種間品種間DNA DNA 多態(tài)性的引物占多態(tài)性的引物占15.7%,15.7%,這這1313個引物共擴增出個引物共擴增出121121條條DNADNA帶帶, ,其中具多態(tài)其中具多態(tài)性的片段性的片段2626條條, ,占占21.48%21.48%。1.遺傳多樣性的研究遺傳多樣性的研究葉冰瑩等用葉冰瑩等用RAPD

8、RAPD技術(shù)分析了技術(shù)分析了1212個花生品種個花生品種的遺傳多樣性的遺傳多樣性, ,從從8080個隨機引物中篩選出個隨機引物中篩選出2020個進行擴增個進行擴增, ,共擴增出共擴增出180180條帶條帶, ,其中其中132132條具有多態(tài)性條具有多態(tài)性, ,占占73.33%73.33%，平均每個引物，平均每個引物提供提供9 9個個RAPDRAPD標記的信息量。標記的信息量。韓柱強等利用韓柱強等利用1111對對SSRSSR引物對引物對2424個栽培花個栽培花生種生種( (包括包括4 4大類型大類型) )進行進行PCRPCR擴增分析擴增分析, ,其其中中4 4對檢測到明顯的多態(tài)性對檢測到明顯的多

9、態(tài)性, ,共檢測到共檢測到3333個個等位基因變異等位基因變異, ,每一個位點上檢測到的變每一個位點上檢測到的變異數(shù)為異數(shù)為5 51313個個, ,平均平均8.258.25個個, ,根據(jù)擴增結(jié)果根據(jù)擴增結(jié)果可以將可以將2424個品種中的個品種中的2121個相互區(qū)分。個相互區(qū)分。1.遺傳多樣性的研究遺傳多樣性的研究 陳強等對陳強等對3232個來源于中國不同產(chǎn)地的花生個來源于中國不同產(chǎn)地的花生品種進行了品種進行了AFLPAFLP指紋圖譜及相似性聚類分析。指紋圖譜及相似性聚類分析。結(jié)果表明結(jié)果表明: : 所有供試花生品種的遺傳相似性所有供試花生品種的遺傳相似性為為 35%,35%,在在45%45%的

10、相似性水平上分為的相似性水平上分為3 3個群個群 表表明中國花生品種存在遺傳多態(tài)性。明中國花生品種存在遺傳多態(tài)性。 王傳堂等研究了分屬王傳堂等研究了分屬3個市場型的個市場型的10個中個中國花生栽培種的序列相關(guān)擴增多態(tài)性。根據(jù)國花生栽培種的序列相關(guān)擴增多態(tài)性。根據(jù) SRAP 指紋圖譜進行聚類分析可將這指紋圖譜進行聚類分析可將這10個個品種分為品種分為4類。類。2.抗性的研究抗性的研究雷永等成功地將雷永等成功地將AFLPAFLP標記標記E45/M53-E45/M53-440440轉(zhuǎn)化為實驗結(jié)果穩(wěn)定、操作更簡單轉(zhuǎn)化為實驗結(jié)果穩(wěn)定、操作更簡單的的SCARSCAR標記標記AFs-412,AFs-412,

11、標記與花生標記與花生黃曲黃曲霉霉侵染抗性間的遺傳距離為侵染抗性間的遺傳距離為6.5cM6.5cM。利。利用獲得的用獲得的SCARSCAR標記對抗、感黃曲霉的標記對抗、感黃曲霉的花生種質(zhì)資源進行了分子鑒定花生種質(zhì)資源進行了分子鑒定, , 結(jié)果結(jié)果表明表明, ,標記與抗性鑒定結(jié)果具有較高的標記與抗性鑒定結(jié)果具有較高的一致性一致性, ,證實了該標記應用于研究群體證實了該標記應用于研究群體之外的育種潛力。之外的育種潛力。2.抗性研究抗性研究 姜惠芳等以抗姜惠芳等以抗青枯病青枯病花生品種花生品種“91029102”與感病品種中花與感病品種中花5 5號雜交號雜交, ,通過通過“單粒傳單粒傳”法構(gòu)建了青枯病

12、抗性重組近交系群體法構(gòu)建了青枯病抗性重組近交系群體(RILs),(RILs),含含123123個家系。用個家系。用164164對對SSRSSR引物鑒引物鑒定親本定親本DNADNA多態(tài)性及其最佳反應體系和反多態(tài)性及其最佳反應體系和反應條件應條件, ,獲得能檢測獲得能檢測RILsRILs群體多態(tài)性的引群體多態(tài)性的引物物1111對及其最佳反應體系和反應條件。用對及其最佳反應體系和反應條件。用能顯示多態(tài)性的引物對能顯示多態(tài)性的引物對RILs F6RILs F6代群體進代群體進行檢測行檢測, , 獲得多態(tài)性標記獲得多態(tài)性標記1010個。個。3.雜交后代的雜交后代的鑒定鑒定 可以通過分子標記來判斷外源可以

13、通過分子標記來判斷外源基因是否導入到雜交后代中去基因是否導入到雜交后代中去, ,僅憑僅憑觀察形態(tài)性狀很難準確判斷并且耗費觀察形態(tài)性狀很難準確判斷并且耗費時間時間, ,而且容易受環(huán)境條件的影響。而且容易受環(huán)境條件的影響。利用分子標記技術(shù)就可以比較容易地利用分子標記技術(shù)就可以比較容易地克服上述問題?？朔鲜鰡栴}。4.構(gòu)建花生的遺傳圖譜構(gòu)建花生的遺傳圖譜 Halward Halward 等利用等利用二倍體野生種種間雜二倍體野生種種間雜A.stenospermaA.stenospermaA.cardenasiiA.cardenasii后代群后代群體體, ,構(gòu)建出花生的構(gòu)建出花生的RFLPRFLP圖譜圖

14、譜, ,該圖譜覆該圖譜覆蓋圖距為蓋圖距為1400cM,1400cM,定位了定位了117117個個RFLPRFLP標標記記, ,分布在分布在1111個連鎖群上個連鎖群上, ,編碼與脂肪編碼與脂肪生物合成有關(guān)酶的基因的生物合成有關(guān)酶的基因的3 3個個cDNAcDNA克隆克隆已被定位在圖譜上。已被定位在圖譜上。 5.花生油酸花生油酸/亞油酸比值亞油酸比值( O/ L)的研究的研究 花生油脂品質(zhì)包括營養(yǎng)成分和耐貯藏花生油脂品質(zhì)包括營養(yǎng)成分和耐貯藏特性兩個方面?；ㄉ贩N的油酸特性兩個方面?；ㄉ贩N的油酸/ /亞亞油酸比值油酸比值( (簡稱簡稱O/LO/L比值比值) )是花生及其是花生及其制品耐貯藏性的重

15、要指標制品耐貯藏性的重要指標,O/L,O/L比值比值越高越高, ,花生及其制品耐貯藏性越好花生及其制品耐貯藏性越好, ,貨貨架壽命越長。架壽命越長。5.花生油酸花生油酸/亞油酸比值亞油酸比值( O/ L)的研究的研究 L Lpezpez等從兩個親本等從兩個親本T90T90和和F435F435中中, ,擴增出擴增出一個一個3525bp3525bp大小的片段大小的片段, ,通過高油酸和低通過高油酸和低油酸序列比較油酸序列比較, , 發(fā)現(xiàn)幾個單核苷酸的差發(fā)現(xiàn)幾個單核苷酸的差異異(SNPs),(SNPs),兩個變異和高油酸有關(guān)兩個變異和高油酸有關(guān), ,一個一個是在編碼區(qū)后是在編碼區(qū)后442bp442b

16、p處插入了一個核苷酸處插入了一個核苷酸A A轉(zhuǎn)換了氨基酸的可讀框。另一個是在轉(zhuǎn)換了氨基酸的可讀框。另一個是在448bp448bp處一個核苷酸的變化處一個核苷酸的變化, ,導致了一個導致了一個氨基酸的替換。氨基酸的替換。5.花生油酸花生油酸/亞油酸比值亞油酸比值(O/L)的研究的研究 研究發(fā)現(xiàn)當?shù)谘芯堪l(fā)現(xiàn)當?shù)?50150位氨基酸為位氨基酸為天冬氨酸天冬氨酸(D)(D)時時, ,酶活性較高酶活性較高(ahFAD2A),(ahFAD2A),油酸含量油酸含量低低; ;在在ahFAD2B ahFAD2B 中中,150,150位為位為天冬酰胺天冬酰胺(N),(N),或用點突變將或用點突變將ahFAD2Aa

17、hFAD2A中的中的D D變?yōu)樽優(yōu)镹 N時時, ,酶酶活性降低活性降低, ,油酸含量增加。油酸含量增加。6.構(gòu)建花生指紋圖譜構(gòu)建花生指紋圖譜 陳強等對陳強等對3232個來源于中國不同產(chǎn)地個來源于中國不同產(chǎn)地的花生品種進行了的花生品種進行了AFLPAFLP指紋圖譜及指紋圖譜及相似性聚類分析。結(jié)果表明相似性聚類分析。結(jié)果表明: : 所有供所有供試花生品種的遺傳相似性為試花生品種的遺傳相似性為35%,35%,在在45%45%的相似性水平上分為的相似性水平上分為3 3個群個群, ,表明表明中國花生品種存在遺傳多態(tài)性。中國花生品種存在遺傳多態(tài)性。翁躍進翁躍進等利用等利用AFLP技術(shù)對從國際半干技術(shù)對從國

18、際半干旱所旱所(ICRISAT)引進的引進的9份花生抗旱品種份花生抗旱品種繪制指紋圖譜繪制指紋圖譜, 通過引物通過引物 E-ACA 和與之和與之匹配的匹配的M-CAG和和M-CAT, 在在300 6000bp的范圍內(nèi)共獲得的范圍內(nèi)共獲得1577條條AFLP擴擴增產(chǎn)物增產(chǎn)物, 每個品種有主帶和次帶至少每個品種有主帶和次帶至少71 條之多條之多, 其中其中10條為多態(tài)性的帶紋。條為多態(tài)性的帶紋。 利用利用4 個標記的引物擴增帶型構(gòu)成個標記的引物擴增帶型構(gòu)成19 個品種個品種的特異性指紋的特異性指紋, 根據(jù)指紋圖譜的差異使它們相根據(jù)指紋圖譜的差異使它們相互區(qū)分?；^(qū)分。本實驗室利用本實驗室利用 20

19、 對對 SSR引物對引物對75個河北省個河北省 不同植物類型花生地方品種遺傳多樣性進行不同植物類型花生地方品種遺傳多樣性進行分析。共檢測到分析。共檢測到65個等位基因，品種間不同個等位基因，品種間不同位點等位基因數(shù)目不等，范圍為位點等位基因數(shù)目不等，范圍為 26 個，個，平均平均 3.25個，其中以個，其中以 PM15、PM377 的等位的等位變異數(shù)最多，為變異數(shù)最多，為 6個。通過計算個。通過計算20對引物在對引物在不同品種間的多態(tài)信息指數(shù)和聚類分析將河不同品種間的多態(tài)信息指數(shù)和聚類分析將河北省地方品種區(qū)分、歸類。北省地方品種區(qū)分、歸類。分子標記在花生育種上的貢獻分子標記在花生育種上的貢獻

20、In order to develop a genetic linkage map for tetraploid cultivated groundnut, a total of 1,145 simple sequence repeat (SSR)markers were screened on two genotypes, TAG 24 and ICGV 86031 that are parents of a recombinant inbred line mapping population. MethodResult 144 (12.6%) polymorphic markers wer

21、e identified and these amplified a total of 150 loci. A total of 135 SSR loci could be mapped into 22 linkage groups (LGs).Material and method Three recombinant inbred lines (RILs) populations were constructed from three crosses with one common female parental line Yueyou 13, a high yielding Spanish

22、 market type. The four parents were screened with 1044 primer pairs designed to amplify SSRs and 901 primer pairs produced clear PCR products. Result The composite linkage maps consist of 22 composite linkage groups (LG) with 175 SSR markers (including 47 SSRs on the published AA genome maps), representing the 20 chromosomes of A. hypogaea. The total composite map length is 885.4 cM, with an average marker density of 5.8 cM. Experiment Purpose The objective of this study was to develop a comparative integrated map from two cultivated cultivated recombinant inbred lin