作物遗传育种书籍

1、分子标记在花生上的应用现状及前景分子标记在花生上的应用现状及前景 作物遗传育种作物遗传育种 周金超周金超 导师：刘立峰导师：刘立峰Introduction 花生花生( (Arachis hypogaea)(2n=4x=40)(2n=4x=40)是世界范围内广泛栽培的油料与经济是世界范围内广泛栽培的油料与经济作物作物, ,是是2020世纪全球最重要的四大油世纪全球最重要的四大油料作物之一。花生种仁中脂肪和蛋白料作物之一。花生种仁中脂肪和蛋白质占质占80%80%以上以上, ,含有人类必需的含有人类必需的8 8种氨种氨基酸以及脂肪酸亚油酸基酸以及脂肪酸亚油酸, ,另外含有铁、另外含有铁、钙、锌等矿质

2、元素钙、锌等矿质元素, , 素有素有“长寿果长寿果”之美称。之美称。 Introduction 我国在世界花生生产中占有极为重要我国在世界花生生产中占有极为重要的地位的地位, 1993, 1993年以来花生总产和消费量稳年以来花生总产和消费量稳居世界之首。基于花生在国民经济和人民居世界之首。基于花生在国民经济和人民生活中所占的重要地位生活中所占的重要地位, ,其遗传研究一直受其遗传研究一直受到广泛重视。常规育种方法存在到广泛重视。常规育种方法存在育种周期育种周期长长、对目标单株的、对目标单株的选择效率低选择效率低、成本高成本高等等难以克服的缺点。利用分子标记，可以在难以克服的缺点。利用分子标记

3、，可以在DNA DNA 分子水平上科学地选配育种亲本，利分子水平上科学地选配育种亲本，利用与重要目标性状连锁的分子标记则可以用与重要目标性状连锁的分子标记则可以对杂种后代进行科学的选择。对杂种后代进行科学的选择。Introduction 花生在形态、生理、农艺性状等方面存在花生在形态、生理、农艺性状等方面存在着丰富的变异，而在着丰富的变异，而在DNADNA分子水平上揭示分子水平上揭示的多态性较少。由于花生的多态性较少。由于花生遗传背景的复杂遗传背景的复杂性性，DNADNA多态性的限制多态性的限制，这个极大的限制，这个极大的限制了分子标记辅助选择在花生育种上的应用。了分子标记辅助选择在花生育种上

4、的应用。目前花生目前花生DNADNA分子标记研究明显落后于其分子标记研究明显落后于其他作物。因此，筛选花生多态性标记是花他作物。因此，筛选花生多态性标记是花生育种的工作重点。生育种的工作重点。 分子标记的分子标记的优点优点 利用分子标记利用分子标记, , 可以在可以在 DNA DNA 分子水平上分子水平上科学地选配育种亲本、利用与重要目标性状科学地选配育种亲本、利用与重要目标性状连锁的分子标记则可以对杂种后代进行科学连锁的分子标记则可以对杂种后代进行科学的选择的选择, , 而且不受环境条件和作物生育期的而且不受环境条件和作物生育期的影响影响, ,鉴定结果稳定可靠鉴定结果稳定可靠, ,具有选择效

5、率高、具有选择效率高、准确性高、成本低等优点准确性高、成本低等优点, ,可大大缩短育种时可大大缩短育种时间。间。花生育种中常用的分子标记种类花生育种中常用的分子标记种类 1.基于基于Southern杂交的分子标记杂交的分子标记 RFLP：restriction fragment length polymorphism 小卫星小卫星DNA：minisatellite DNA 2.以以 PCR(聚合酶链式反应聚合酶链式反应)为基础的分子标记为基础的分子标记 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分子标记在花生中的应用分子标记在花生中的应用1.遗传多样性的研究遗传多样性的研究2.抗性的研究抗性的研究3.杂交后代的鉴定杂交后代的鉴定4.构建花生遗传图谱构建花生遗传图谱5.花生油酸花生油酸/亚油酸比值亚油酸比值( O/ L)的研究的研究 6.构建花生指纹图谱构建花生指纹图谱 1.遗传多样性的研究遗传多样性的研究姜慧芳等利用姜慧芳等

7、利用RAPD RAPD 技术对技术对7 7个不同植物学个不同植物学类型的花生种质资源进行了分析类型的花生种质资源进行了分析, ,在所用在所用的的8383个随机引物中个随机引物中,13,13个引物的扩增产物个引物的扩增产物显示出不同品种间的多态性显示出不同品种间的多态性, ,能显示花生能显示花生品种间品种间DNA DNA 多态性的引物占多态性的引物占15.7%,15.7%,这这1313个引物共扩增出个引物共扩增出121121条条DNADNA带带, ,其中具多态其中具多态性的片段性的片段2626条条, ,占占21.48%21.48%。1.遗传多样性的研究遗传多样性的研究叶冰莹等用叶冰莹等用RAPD

8、RAPD技术分析了技术分析了1212个花生品种个花生品种的遗传多样性的遗传多样性, ,从从8080个随机引物中筛选出个随机引物中筛选出2020个进行扩增个进行扩增, ,共扩增出共扩增出180180条带条带, ,其中其中132132条具有多态性条具有多态性, ,占占73.33%73.33%，平均每个引物，平均每个引物提供提供9 9个个RAPDRAPD标记的信息量。标记的信息量。韩柱强等利用韩柱强等利用1111对对SSRSSR引物对引物对2424个栽培花个栽培花生种生种( (包括包括4 4大类型大类型) )进行进行PCRPCR扩增分析扩增分析, ,其其中中4 4对检测到明显的多态性对检测到明显的多

9、态性, ,共检测到共检测到3333个个等位基因变异等位基因变异, ,每一个位点上检测到的变每一个位点上检测到的变异数为异数为5 51313个个, ,平均平均8.258.25个个, ,根据扩增结果根据扩增结果可以将可以将2424个品种中的个品种中的2121个相互区分。个相互区分。1.遗传多样性的研究遗传多样性的研究 陈强等对陈强等对3232个来源于中国不同产地的花生个来源于中国不同产地的花生品种进行了品种进行了AFLPAFLP指纹图谱及相似性聚类分析。指纹图谱及相似性聚类分析。结果表明结果表明: : 所有供试花生品种的遗传相似性所有供试花生品种的遗传相似性为为 35%,35%,在在45%45%的

10、相似性水平上分为的相似性水平上分为3 3个群个群 表表明中国花生品种存在遗传多态性。明中国花生品种存在遗传多态性。 王传堂等研究了分属王传堂等研究了分属3个市场型的个市场型的10个中个中国花生栽培种的序列相关扩增多态性。根据国花生栽培种的序列相关扩增多态性。根据 SRAP 指纹图谱进行聚类分析可将这指纹图谱进行聚类分析可将这10个个品种分为品种分为4类。类。2.抗性的研究抗性的研究雷永等成功地将雷永等成功地将AFLPAFLP标记标记E45/M53-E45/M53-440440转化为实验结果稳定、操作更简单转化为实验结果稳定、操作更简单的的SCARSCAR标记标记AFs-412,AFs-412,

11、标记与花生标记与花生黄曲黄曲霉霉侵染抗性间的遗传距离为侵染抗性间的遗传距离为6.5cM6.5cM。利。利用获得的用获得的SCARSCAR标记对抗、感黄曲霉的标记对抗、感黄曲霉的花生种质资源进行了分子鉴定花生种质资源进行了分子鉴定, , 结果结果表明表明, ,标记与抗性鉴定结果具有较高的标记与抗性鉴定结果具有较高的一致性一致性, ,证实了该标记应用于研究群体证实了该标记应用于研究群体之外的育种潜力。之外的育种潜力。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种花生品种“91029102”与感病品种中花与感病品种中花5 5号杂交号杂交, ,通过通过“单粒传单粒传”法构建了青枯病

12、抗性重组近交系群体法构建了青枯病抗性重组近交系群体(RILs),(RILs),含含123123个家系。用个家系。用164164对对SSRSSR引物鉴引物鉴定亲本定亲本DNADNA多态性及其最佳反应体系和反多态性及其最佳反应体系和反应条件应条件, ,获得能检测获得能检测RILsRILs群体多态性的引群体多态性的引物物1111对及其最佳反应体系和反应条件。用对及其最佳反应体系和反应条件。用能显示多态性的引物对能显示多态性的引物对RILs F6RILs F6代群体进代群体进行检测行检测, , 获得多态性标记获得多态性标记1010个。个。3.杂交后代的杂交后代的鉴定鉴定 可以通过分子标记来判断外源可以

13、通过分子标记来判断外源基因是否导入到杂交后代中去基因是否导入到杂交后代中去, ,仅凭仅凭观察形态性状很难准确判断并且耗费观察形态性状很难准确判断并且耗费时间时间, ,而且容易受环境条件的影响。而且容易受环境条件的影响。利用分子标记技术就可以比较容易地利用分子标记技术就可以比较容易地克服上述问题。克服上述问题。4.构建花生的遗传图谱构建花生的遗传图谱 Halward Halward 等利用等利用二倍体野生种种间杂二倍体野生种种间杂A.stenospermaA.stenospermaA.cardenasiiA.cardenasii后代群后代群体体, ,构建出花生的构建出花生的RFLPRFLP图谱图

14、谱, ,该图谱覆该图谱覆盖图距为盖图距为1400cM,1400cM,定位了定位了117117个个RFLPRFLP标标记记, ,分布在分布在1111个连锁群上个连锁群上, ,编码与脂肪编码与脂肪生物合成有关酶的基因的生物合成有关酶的基因的3 3个个cDNAcDNA克隆克隆已被定位在图谱上。已被定位在图谱上。 5.花生油酸花生油酸/亚油酸比值亚油酸比值( O/ L)的研究的研究 花生油脂品质包括营养成分和耐贮藏花生油脂品质包括营养成分和耐贮藏特性两个方面。花生品种的油酸特性两个方面。花生品种的油酸/ /亚亚油酸比值油酸比值( (简称简称O/LO/L比值比值) )是花生及其是花生及其制品耐贮藏性的重

15、要指标制品耐贮藏性的重要指标,O/L,O/L比值比值越高越高, ,花生及其制品耐贮藏性越好花生及其制品耐贮藏性越好, ,货货架寿命越长。架寿命越长。5.花生油酸花生油酸/亚油酸比值亚油酸比值( O/ L)的研究的研究 L Lpezpez等从两个亲本等从两个亲本T90T90和和F435F435中中, ,扩增出扩增出一个一个3525bp3525bp大小的片段大小的片段, ,通过高油酸和低通过高油酸和低油酸序列比较油酸序列比较, , 发现几个单核苷酸的差发现几个单核苷酸的差异异(SNPs),(SNPs),两个变异和高油酸有关两个变异和高油酸有关, ,一个一个是在编码区后是在编码区后442bp442b

16、p处插入了一个核苷酸处插入了一个核苷酸A A转换了氨基酸的可读框。另一个是在转换了氨基酸的可读框。另一个是在448bp448bp处一个核苷酸的变化处一个核苷酸的变化, ,导致了一个导致了一个氨基酸的替换。氨基酸的替换。5.花生油酸花生油酸/亚油酸比值亚油酸比值(O/L)的研究的研究 研究发现当第研究发现当第150150位氨基酸为位氨基酸为天冬氨酸天冬氨酸(D)(D)时时, ,酶活性较高酶活性较高(ahFAD2A),(ahFAD2A),油酸含量油酸含量低低; ;在在ahFAD2B ahFAD2B 中中,150,150位为位为天冬酰胺天冬酰胺(N),(N),或用点突变将或用点突变将ahFAD2Aa

17、hFAD2A中的中的D D变为变为N N时时, ,酶酶活性降低活性降低, ,油酸含量增加。油酸含量增加。6.构建花生指纹图谱构建花生指纹图谱 陈强等对陈强等对3232个来源于中国不同产地个来源于中国不同产地的花生品种进行了的花生品种进行了AFLPAFLP指纹图谱及指纹图谱及相似性聚类分析。结果表明相似性聚类分析。结果表明: : 所有供所有供试花生品种的遗传相似性为试花生品种的遗传相似性为35%,35%,在在45%45%的相似性水平上分为的相似性水平上分为3 3个群个群, ,表明表明中国花生品种存在遗传多态性。中国花生品种存在遗传多态性。翁跃进翁跃进等利用等利用AFLP技术对从国际半干技术对从国

18、际半干旱所旱所(ICRISAT)引进的引进的9份花生抗旱品种份花生抗旱品种绘制指纹图谱绘制指纹图谱, 通过引物通过引物 E-ACA 和与之和与之匹配的匹配的M-CAG和和M-CAT, 在在300 6000bp的范围内共获得的范围内共获得1577条条AFLP扩扩增产物增产物, 每个品种有主带和次带至少每个品种有主带和次带至少71 条之多条之多, 其中其中10条为多态性的带纹。条为多态性的带纹。 利用利用4 个标记的引物扩增带型构成个标记的引物扩增带型构成19 个品种个品种的特异性指纹的特异性指纹, 根据指纹图谱的差异使它们相根据指纹图谱的差异使它们相互区分。互区分。本实验室利用本实验室利用 20

19、 对对 SSR引物对引物对75个河北省个河北省 不同植物类型花生地方品种遗传多样性进行不同植物类型花生地方品种遗传多样性进行分析。共检测到分析。共检测到65个等位基因，品种间不同个等位基因，品种间不同位点等位基因数目不等，范围为位点等位基因数目不等，范围为 26 个，个，平均平均 3.25个，其中以个，其中以 PM15、PM377 的等位的等位变异数最多，为变异数最多，为 6个。通过计算个。通过计算20对引物在对引物在不同品种间的多态信息指数和聚类分析将河不同品种间的多态信息指数和聚类分析将河北省地方品种区分、归类。北省地方品种区分、归类。分子标记在花生育种上的贡献分子标记在花生育种上的贡献

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