第八章 分子设计育种

第八章分子设计育种一、概念的提出：国外：

设计育种(breedingbydesign)，Peleman和vanderVort(2003)。在基因定位的基础上,构建近等基因系,利用分子标记聚合有利等位基因,实现育种目标。

基因组学辅助育种(genomics-assistedbreeding)，Varshney(2005)。在获得全基因组序列的基础上，根据事先进行的虚拟基因组设计方案，通过一系列的育种手段和过程，培育聚集大量有利基因、基因组组配合理、基因互作网络协调、基因组结构最为优化的优良品种。

国内：

基因设计育种。中国水稻研究所程式华（2004年）。

作物分子设计育种。中国农业科学院作物科学研究所万建民（2006）。分子设计育种—以生物信息学为平台，以基因组学和蛋白组学等数据库为基础，综合作物育种学流程中的作物遗传、生理、生化、栽培、生物统计等所有学科的有用信息，根据具体作物的育种目标和生长环境，在计算机上设计最佳方案，然后开展作物育种试验的分子育种方法。—与传统育种技术相比，分子设计育种更为精确、更加高效率，能够实现从“经验育种”到“精确育种”的转化。相关背景在我国人口、资源、环境等刚性条件约束下，培育高产、优质、高效作物新品种是确保我国粮食安全、促进农业可持续发展的重要途径之一。作物分子（设计）育种成为国家相关战略规划确定的优先发展方向并得到了国家科技计划的重点支持。2006年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》将动植物品种与药物分子设计技术确定为前沿技术。2007年，我国863计划现代农业技术领域启动了“动植物品种分子设计”专题。—以主要植物（水稻、小麦、玉米、大豆、棉花等）、动物（猪、牛、鸡等）为研究对象。—重点研究：重要性状的分子构成解析；转基因技术；优异性状多基因聚合；品种分子设计的信息系统；品种分子设计工程；品种分子设计的技术体系与验证。2008年，973计划在农业领域设立了作物分子设计项目“主要作物高产、优质品种设计和选育的基础研究”。—研究主要作物（小麦、玉米、大豆等）高产和优质性状的遗传机理，鉴定出具有重要实用价值的分子靶点；通过常规和分子育种手段的结合，创制在产量、品质等目标性状上表现突出的育种材料；建立多基因组装育种的理论和方法体系。国家自然科学基金项目—2008年，“利用计算机模拟探索抗胞囊线虫大豆品种分子设计育种方法”。—2009年，“基于单片段代换系（SSSL）的水稻分子设计育种技术体系的建立”。2008年，中国科学院启动了“小麦、水稻重要农艺性状的分子设计及新品种培育推广”重大项目，最终目的是建立和完善多基因组装分子设计育种的理论和技术体系，实现传统遗传改良向品种分子设计的跨越。二、开展分子设计育种的基本条件1、高密度分子遗传图谱和高效的分子标记检测技术2、重要基因/QTLs的定位及其功能大规模定位控制目标作物各种性状的重要基因/QTLs，明确其功能。掌握这些关键基因/QTL的等位变异及其对表型的效应。充分的了解基因间互作(包括基因与基因之间的互作以及基因与环境的互作等)3、建立并完善可供分子设计育种利用的遗传信息数据库。4、构建可用于设计育种的种质资源与育种中间材料。水稻生物信息库RGP（RiceGenomeResearchProgram）http://rgp.dna.affrc.go.jp/日本的水稻基因组计划的网址,是整个国际水稻基因组测序计划的重要网站之一。该网站目前主要是免费发布粳稻“日本晴”全基因组、EST序列的测序信息。NCBI（NationalCenterforBiotechnologyInformation）/美国国立生物技术信息中心，国际上几个重要分子生物信息网站之一，含籼稻93-11基因组序列数据库。

Gramenehttp:///

禾本科作物比较基因组学的重要网站。提供水稻、玉米、大麦、小麦、高粱、拟南芥的序列信息,特点是重视水稻与其他作物的比较。该网站搜罗了禾本科各作物的重要遗传标记连锁图,提供各种类型的分子标记,水稻、玉米、小麦种质资源等位基因SNP和SSR变异的信息和水稻各种代谢途径图。

Oryzabasehttp://www.shigen.nig.ac.jp/rice/oryzabase/

收集水稻各方面的资源信息。水稻基因及其染色体位置、相关参考文献、各种类型的水稻品种资源、突变体信息,野生稻的资源信息数据。三、分子设计育种的步骤发掘控制育种性状的基因、明确不同等位基因的表型效应、明确基因与基因以及基因与环境之间的相互关系。在基因/QTL定位和各种遗传研究的基础上,利用已经鉴定出的各种重要育种性状基因的信息,包括基因在染色体上的位置、遗传效应、基因之间的互作、基因