分子育种学复习总结.pdf

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1、植物分子育种学复习 英译汉 驯化(domestication)分子标记(molecular markers)基因组(Genome)转录组(transcriptome)蛋白组(proteome)代谢组(metabolome)单倍体(haploid)双单倍体(DH)渐渗系(IL,introgression line)因型(graphic genotype)基因聚合(gene pyramiding)c 值(c value)遗传作图(genetic mapping)物理作圈(physical mapping)限制性作图(restriction mapping)克隆载体(Cloning vector)质

2、粒(Plasmid)同源性(homology 相似性(similarity)直向同源物(ortholog)横向同源物(paralog)共线性(colinearity)同线性(syteny)交叉互作(crossover interaction)名词解释 植物育种:为了人类的利益而改良植物遗传性的艺术和科学。作物育种学：研究选育及繁殖作物优良品种的理论与方法的科学。（作物育种学总论）植物分子育种:泛指包括分子手段和方法与常规方法相结合并用于作物改良的多学科领域。主要包含两部分内容:一是分子标记辅助育种(也叫分子标记辅助选择),二是转基因(或者叫基因工程)。现代植物育种的起源于：定居农业、谷物的驯化

3、 2.驯化(domestication)是一种人为的选择过程,它使植物和动物适应农户 或者消费者的需要。驯化是有方向的进化(directed evolution),加快了进化的过程 3.杂种优势:杂种优势是指杂种个体表现优于双亲的品质的趋势 4.数量遗传学:是对表现连续变异的性状的遗传控制的研究,关心个体之间差异的遗传水平 5.细胞全能性:从成熟组织分离的活细胞,其中的全部基因可以被诱导,按照正确的顺序发生作用,形成一个完整的生物体。6.体细胞无性系变异:由单个细胞获得的体细胞胚胎长成植株时,植株之间会 表现出可以观察到的表型变异 7.交换:减数分裂过程中,发生在同源染色体非姐妹染色单体之间的

4、染色体具有完全不同于两个亲本染色体的化学组成。交换的机制是重组的细胞遗传学基础 8.基因流动:性状或者基因在群体之间的流通,以阻止大量突变和遗传漂变的发生 9.突变:编码一个基因的DNA序列中的任何变化,当生物进行DNA复制时导致遗传物质的改变 10.移码突变:在一个核苷酸的改变引起它右边的所有密码子都改变的一种 11.质量性状:一个或少数基因控制,效应大,对环境不敏感 12.数量性状:多基因控制,效应大,对环境敏感 13.遗传率:遗传方差与表型方差的比率 作用：遗传标记可以帮助人们更好地研究生物的遗传与变异规律，用于连锁分析、基因定位、遗传作图及基因转移等。选择指数和多性状选择 选择指数（I

5、）是不同性状的可观察到的表型值的一个线性函数。配合力 用于比较和研究两个自交系如何被结合在一起来产生一个高产的杂交种或者来培育新的自交系。14.等位基因频率:群体中每个等位基因的比例 15.基因型频率:群体中具有特定基因型个体的比例 16.遗传标记:是指可以明确反映遗传多态性的生物特征。17.遗传多态性:遗传多态性是指基因组中任何位点上的相对差异。18.生化标记:主要包括贮藏蛋白、同工酶等标记,也指以基因表达的蛋白质产物为主的一类遗传标记系统。19.分子标记:指在分子水平上的可标识的遗传多态性 20.DNA 标记:指可标识核苷酸序列的多态性 21.基因组:是生物体内遗传信息的集合,是某个特定物

6、种细胞内全部 DNA 分子的和。2.c 值:指一个单倍体基因组中 DNA 的总量,一个特定的种属具有特征的 C 值。23.转录组:是指在某一特定条件下单个或一组细胞所具有的mRNA 的总和 24.蛋白组:是指细胞中所有蛋白质的总和 25.代谢组:生物体内源性代谢物质的动态整体。直向同源物(ortholog)：homologous genes or DNA sequences in different genomes(species)不同基因组（物种）中的同源基因或 DNA 序列（产生原因：物种进化）横向同源物(paralog):homologous genes or DNA sequences

7、 in the same genomes(species)相同基因组（物种）中的同源基因或 DNA 序列（产生原因：基因复制）26.比较基因组学（重点）:是基于基因组图谱和测序技术基础上,对已知的基因和基因结构进行比较以了解基因的功能、表达机制和物种亲缘关系的学科。27.直向同源基因:是指从同一祖先垂直进化而来的基因。或者说,一个祖先物种分化产生两种新物种,那么这两种新物种共同具有的由这个祖先物种继承下来的基因就称为直向同源基因 28.横向同源基因:是指由于基因重复而产生的同源基因例如人v 一珠蛋白和 B 一珠蛋白基因，基因重复后，进化选择压力变小，其中一条基因丢基因失或发生沉默都是促使横向同

8、源基因分化产生新特性或新功能的原因。29.同源性:不同的基因或基因片段有相同的祖先 30.相似性:不同基因或基因组片段显示相似序列的现象、31.共线性:遗传学中的基因连锁关系 同线性：指一个个体或物种基因组的不同基因位点位于相同染色体上相同物理位置的现象。（理解：描写基因位置）32.单倍体:只包含单套染色体的细胞或植株。33.双单倍体:由单倍体通过染色体加倍得到的二倍体。34.渐渗系:覆盖全基因组的染色体替换系，也称渐渗系库。35.连锁累赘:由于连锁，目标基因座附近的染色体片段将被拖进回交子代中，并可能在其后续的子代中保持。36.MAS:借助分子标记对目标性状的基因型进行选择，这称为标记辅助选

9、择(MAS).37.前景选择:利用分子标记来选择一个关联的目标基因或等位基因。38.背景选择:对目标基因以外的基因组的其余部分(遗传背景)进行选择。39.基因渐渗:将一个目标基因导入到一个有生产价值的受体品系或品种中可以用于回交和杂交计划。40.基因聚合:就是将分散在不同品种中的有用基因聚合到同一个基因组中。41.图示基因型:连续的基因型能直观地用图形表示出来 简答题:1.驯化的过程:(1)把种子从它们的原产地迁移出来并种植在它们或许还不适应的地区;(2)通过在耕地中种植植物来消除某些自然选择压力;(3)通过选择那些在自然条件下不一定对植物有益的性状来实施人工选择压力。2.育种类型:系谱育种、

10、回交育种和诱变育种。3.群体育种的方法:（不考察）(1)集团法(bulk):多亲本杂交，自花授粉物种。(2)混合选择法(mass selection):根据表型从个体选择的种子混合种植下 一代。(3)轮回选择(recurrent selection):数量性状相关，选择有利的基因型进 行杂交，循环增加有利基因。4.植物育种的目标:（看分值）(1)投入的每个栽培单位和太阳能单位的高的初级生产力和有效的最终生产量;(2)高的作物产量;(3)合乎需要的营养价值、感官特性和加工品质;(4)具有必需矿质元素的生物强化作物;(5)改变作物以便生产来源于植物的药物;(6)适应耕作制度;(7)更广泛的以及高效

11、的固氮作用;(8)更有效地利用水分;(9)作物产量的稳定性;(10)对光周期和温度不敏感;(11)植株结构和对机械化耕作的适应性;(12)消除有毒的化合物;(13)识别并改良可用作生物质能源和可再生能源的耐寒植物;(14)单个作物的多种用途;(15)环境友好的以及跨环境稳定的作物。5.突变的类型:（简述题）点突变、同义/非同义替换、功能丧失突变功能获得突变、替换、插入/缺 失、移码突变、生殖突变、体细胞中的突变 6.植物育种面临的挑战（了解）(1)人口增长超过粮食供应(2)天气和气候影响作物生产(3)农产品受生物胁迫和非生物胁迫的影响 7.提高农业生产力的先决条件（了解）(1)改良的耕作制度(

12、2)农户的指导(3)水分和肥料供应的优化()市场的可用性 8.植物育种的演变步骤:收集野生植物做食物 选择野生植物用于栽培(始于 10000 年前)由商业种子生产企业支持的大规模育种活动 杂交与选择相结合，通过自然违择的进化(18 9 世纪)孟德尔遗传学，数量遗传学 突变、多信体、组织培养(20 世纪)基因克隆和直接转化 基团组学辅助育种 21 世纪 9.遗传标记作用:遗传标记可以帮助人们更好地研究生物的遗传与变异规律，用于连锁分析、基因定位、遗传作图及基因转移等。10.遗传标记的分类:（重点）出选择判断等 形态标记、细胞学标记、生化标记、分子标记 11.理想的 DNA 标记应具备以下特点:简

13、答看分值（不用全答）(1)遗传多态性高;(2)共显性速传(可以区分某一位点的杂合或纯合)(3)在基因组中大量存在且分布均匀;(4)选择中性(无多效性)(5)稳定性、重现性好;(6)信息量大，分析效率高;(7)检测手段简单快捷，易于实现自动化，重复性好(8)开发成本和使用成本低。12.分子标记分类:（类型，特点是重点）基于 PCR SSR.RAPD 等 基于 DNA-DNA 杂交 RFLP 基于 PCR 和 RE 酶切 AFLP 基于 DNA 测序 SNP、EST 等 ssr 标记优点：（简答，论述）微卫星 DNA 数量多且均匀分布在基因组中。Rder 等（1995）研究表明在 16106kb

14、的小麦基因组中，（GA）n 简单重复数共为 3.6104 个，（GT）n 为2.3104 个，约每 271kb 有一个（GA）n 和(GT)n 重复。它的这一特点为在整个基因组中定位更多的基因提供了极大方便。微卫星引物的通用性，Peil 等（1998）利用 86 个小麦微卫星对山羊草属材料进行扩增，发现 69 对引物有扩增产物，其中 38 对引物扩增产物与小麦之间具有多态性。微卫星 DNA 呈共显性、检测容易、重复性较好、省时，适合于自动化分析 各个特点 RFLP:限制性片段长度多态性（最早的）特点：1)处于染色体上的位置相对固定。2)同一亲本及其子代相同位点上的多态性片段特征不变。3)同一凝

15、胶电泳可显示等位区段不同多态性片段,表现为共显性。4)需要用 Southern 杂交检测显示。产生 RFLP 的原因 点突变插入突变缺失突变 SSLP:可变排别的简单重复顺序，即重复次数不一，在染色体的同一座位重复顺序拷贝数不同 SNP:由核苷酸代换产生 13.构建分子遗传图谱的基本程序（重点，全背）选择杂交亲本，建立遗传作图群体，筛选多态标记，检测群体中每个个体的标记型分析标记数据，建立连锁群，确定连锁群所属的染色体 遗传图谱分子图谱物理图谱整合（判断题，能否整合）遗传作图的基本原理：连锁分析 影响因素：亲本的选择：DNA 多态性：亲本之间的遗传多态性纯合度：遗传位点纯合育性：杂交种育性、远

16、缘杂交细胞学特性：易位染色体 群体的类型 群体的大小 目前用于构建 DNA 标记连锁图的软件有 Linkage，Mapmaker，MapManager，Joinmap4.0 等 14.组学中的分子技术（原理，研究对象）双向凝胶电泳（2D）：分析蛋白质的电泳技术。质谱分析：通过测量一个实物样品离子质荷比来确定其组分的分析技术，分析复杂蛋白质样品的首选方法 酵母双杂交系统:分析蛋白质-蛋白质互作的遗传途径。基因表达的系列分析:全面地分析基因表达模式的方法。实时定量 PCR:在扩增过程中通过荧光实时测定 PCR 的扩增量。抑制性差减杂交:利用 PCR 快速比较不同样品的 mRNA 的表达，并显示这些

17、分子的相对浓度差异的技术。原位杂交:使用标记的CDNA或RNA链(探针)来定位一个组织中特定的DNA或RNA 序列的杂交方法。遗传作图(genetic mapping)：采用遗传学分析方法将基因或其他 DNA 顺序标定在染色体上构建连锁图。物理作图（physical mapping）:采用分子生物学技术直接将 DNA 分子标记、基因或克隆标定在基因组的实际位置。15.遗传图谱的局限性（物理图谱 Vs 遗传图谱）(1)有限的分辨率:1CM 约 1MB。因为遗传图的分辨率取决于统计的Crossovers(2)覆盖面较低:染色体因为有些区域容易发生重组，而另一些区域比较不容易发生(3)遗传图分子标记

18、的排列有时会出现差错。16.物理作图的方法(1)限制性作图（最简单的给图判断推测物理图谱）必考 (2)基于克隆的基因组作图(3)荧光杂交法(4)序列标签位点 17.基因组测序的目的:(1)期望通过基因组测序，了解所有基因的序列(2)期望通过基因组测序，了解基因的功能以及基因与基因之间的相互作用(3)了解近缘的、更复杂的基因组中同源基因的功能(4)期望通过基因组测序，进行基因或者基因组进化方面的分析 18.基因组测序的方法:第一代测序方法:化学降解法，链终止法(Sanger 法)第二代测序方法:454 测序（400bp），illumina 测序，abi solid 测序 第三代测序方法:纳米孔单

19、分子测序 高通量测序技术 19.功能基因组学包括的内容 转录组(trascriptome)是指在某一特定条件下单个或一组细胞所具有的mRNA 的总和。对转录组的分析，就是检测各种 mRNA 的表达水平，由此可以反映各种基因的表达调控，推断其可能的功能和作用网络。蛋白组(proteome)是指细胞中所有蛋白质的总和。通过对蛋白组的分析，可以在蛋白质和生化代谢水平上了解基因组的表达调控、代谢路径网络、蛋白质的结构和功能蛋白质间的相互作用等，从而更好地理解基因组。蛋白质组分析方法 二维凝胶电泳（2D gel electrophoresis）质谱分析（mass spectrometry，MS）蛋白质测

20、序（protein sequencing）蛋白质/配合体阵列（protein/ligand array）代谢组是指生物体内源性代谢物质的动态整体。检测技术仪器高效液相色谱（HPLC）质谱仪 比较基因组学研究的内容（简答，答要点）1、通过研究不同生物基因组结构和功能上的相似之处，不仅能勾画出一张详细的系统进化树，而且还将显示出进化过程中主要变化发生的时间和特点，据此可以追踪物种的起源和分支路径。2、了解同源基因的功能。3、对序列差异性的研究有助于认识产生大自然生物多样性的基础。方法（重点）两种基于测序的基于杂交的 基因组进化的分子基础（填空？）突变重组转座 基于微阵列的方法：转录谱分析、基因型鉴

21、定、未知外显子分析、DNA 结构分析、重测序、大规模测序等 20.群体的分类 分类标准:遗传组成遗传维持、遗传背景、遗传来源 遗传组成:同质群体:基因型完全相同的个体组成的群体 异质群体:基因型不同的个体组成的群体 遗传维持:暂时性群体:不同基因型个体组成的群体，自交(或近交)改变群体遗传组成。永久性群体:一系列纯合品系组成的群体，来自两个亲本或者一组共同的亲本品系内，个体基因型相同品系同；品系间，个体基因型不同，自交(或近交)不改变群体遗传组成。遗传背景:近等基因的遗传背景异质性的遗传背景 遗传来源:自然品种群体:从大量品种中根据特定目标性状或者甚于特定的系谱关系选择。遗传交配群体专为遗传研

22、究设计，选择的遗传材料进行特定的遗传交配设计。(双列杂交、北卡罗来纳设计、三重测交)21.DH(双单倍体):结构特点：由单倍体通过染色体加倍得到的二倍体。产生方法:自然产生:番茄、水稻、玉米等。(大麦控制单倍性的 hap 启动基因，hap/hap 做母本，杂交子代单倍体高达 8%。)人工诱导:1.广泛杂交继之以杂交亲本之一(通常是授粉亲本)的染色体剔除。2.雌核发育:将花芽的未受精胚珠或子房分离出来进行培养，从胚囊细胞发育成胚。3.雄核发育:培养的花粉或分离的小孢子直接或者通过中间愈伤组织进行胚胎发生或器官发生。4.单性生殖:通过假受精、半配子生殖或无配子生殖产生胚胎。5.基于诱导系的方法:用

23、单倍体诱导品系来产生单倍体。遗传效应:随机性:偏分离 稳定性:DH 品系理论上的特点一品系内完全同质和纯合。实际上，DH 品系不稳定，原因:1.体细胞无性系变异;2.来源于供体植株的遗传变异;3.组培过程中产生的遗传变异 应用:基因组学应用:遗传学研究，用于复原隐性性状;遗传作图的理想材料 植物育种应用:获得固定自交系所需要的时间非常短。22.RIL(重组自交系)RIL 来自于从 F2 群体开始的连续的近交(自交或同胞交配)，直到纯合.产生方法:全同胞交配:异交作物，亲本的后代之间进行交配。异交作物高度杂合，必须近交若干代以便接近纯合。自交:自花授粉作物，直接杂交后不断自交。(1)集团法:杂交

24、后代混种混收至 F5-F8,种植成家系(2)单粒传(SSD):从 F2 开始，每个单株收一粒或者几粒，种植下一代直至 F5-F8 代。应用:一次基因型鉴定;鉴定系内多个个体的表型;一套基因组上获得多个表型;高频率重组，高分辨率遗传作图。23.NIL(近等基因系):产生:(1)来源于自交的NIL:通过连续自交同时保持目标性状基因座杂合，可以培育成对的 NIL。其他遗传基因座固定后，再自交一代产生一对 NIL，它们仅在目标座位上有差异。(2)永久群体的全基因组选择:RIL 和 DH 等永久性群体，根据全基因组分子标记信息，寻找其他基因座完全相同，但一个或者少数几个基因座不同的材料。(3)突变:产生

25、供体亲本的单基因座突变体，是获得大量 NIL 的快速方法。大多数突变仅发生在一个或几个基因座，可以看作野生型供体的 NIL,称为等突变系。(4)染色体替换利用基因工程或 MAS,建立整个或部分染色体的替换系，每个系有一条染色体或部分染色体被替换。应用:NIL 在基因定位中的应用:回交显著减少连锁累赘;回交次数越多，NIL 之间越不容易发现假阳性；分子标记可以提高回交效率;表明连锁累赘对回交育种计划的影响;利用多个NIL 显著降低假阳性;对受体亲本进行表型选择，降低供体亲本比例。24.聚合方案包括两部分:系谱：目的在于将所有的目标基因积累在单个基因型中(根基因型);固定步：目的在于格自标基因固定

26、到纯合的状态(从根基因型中获得理想型)。25.杂交和选择策略:不同的杂交和选择策略可能需要极其不同的群体大小以相同的可靠性复原一个目标基因型，即使使用相同的亲本。最有效率的策略显著地减少将一组目标等位基因组合到一个理想基因型里需要的资源(植株、小区、标记测定和劳动力等)利用群体遗传学理论建立需要的标记数目、最好的杂交策略 以及近交水平的一般规则。26.数量性状的选择方法(1)根据表型值进行选择(2)根据表型值进行选择:直接依据个体的加性效应值进行选择(3)指数选择(4)基因型选择(5)综合的标记辅助选择 27.标记辅助选择:优点:1、多态性直接在 DNA 平上显现，无组织器官和发育阶段特异性，

27、不受环境条件、基因互作的影响;2、数量多，理论上遍及整个基因组;3、多态性高;4、对目标性状表达无不良影响，与不良性状无必然连锁;5、部分标记呈共显性，可鉴别杂合体还是纯合体;6、可大规模进行，随着技术、仪器设备改进，效率可大大提高，成本可进一步降低。局限性:1、标记数量不够多，尤其是多基因控制的数量性状标记少;2、受遗传背最影响，一些 Qm 在不同作图群体中结果不一致;3、遗传图密度不够，标记与目标性状之间的遗传距离太大;4、分子标记辅助选择的技术要求高，成本高。标记辅助育种的策略 1.构建更多作图群体遗传图加密 寻找与目标基因紧密连锁的分子标记 2.开发、应用以 PCR 技术为基础的分子标

28、记，简化 DNA 提取方法，改进 PCR 技术、降低成本、提高效率 3.在育种过程中巧妙使用分子标记辅助选择，建立分子育种技术平台 28.标记辅助选择的选择方案:一、不用测交或后裔测定的选择 二、独立于环境的选择 三、不需田间工作和密集实验工作的选择 四、育种早期的选择 五、多基因、多性状的选择 六、全基因组选择 29.MAS 应用中的瓶颈:从等开始运转一个高效且完全运作的、基于 MS 的有种计划对于育种公司或研究所来说需要付出巨大的投资。将有希望的出版物转换成田间育种中的实实际应用需要突破许多实践的,程序性的以及遗传的瓶颈。这些瓶颈包括开发简单、快速廉价的取样、DNA 提取和基因型鉴定的技术

29、规程;建立样品和数据追踪及管理系统，以及强大的决策支持工具。30.最适合 MAS 的性状:(1)需要测交或后裔测定的性状:细胞质雄性不育性和育性恢复;异交性广亲和性;杂种优势 (2)依赖于环境的性状:光周期/温度敏感性;环境诱导的雄性核不育性;生物和非生物胁迫(3)种子品质性状:种子性状;杂交种种子性状;品质性状 31.标记辅助的基因渐渗:一、从野生近缘种的标记辅助基因渐渗 二、从优良品质的标记辅助基因渐渗 三、耐旱性的标记辅助基因渐渗 四、品质性状的标记辅助基因渐渗 32.标记辅助的基因聚合:基因聚合指的是将分散在不同品种中的基因或等位基因集中到一个品种/基因型中的过程。QTL 聚集是一个从

30、基因组学研究到基于所有性状值的作物改良的重要策 略。33.标记辅助的机遇和挑战:一、分子工具和育种系统:增加 MAS 在育种中的可用性的先决条件是建立高效的育种系统 二、与特定作物相关的问题:MAS 的瓶颈可能与特定的作物有关;MAS 在相对复杂的群体(如综合品种等)中的效率还没有得到研究；对于开放授粉作物，复杂性状的育种还受到一个额外瓶颈的限制:没有标准化的流程可用于 MAS。三、数量性状传统上数量性状的遗传力是不同植物育种方法的遗传增益的最常用的预测指标 四、遗传网络:MAS 在作物改良中的应用潜力应该随着我们对基因组、环境和表型之间关系的了解而增加。候选的转基因将经常地开发，它们对作物改良的贡献将利用 MAS 以最有效的方式实现。五、发展中国家的 MAS:有很多额外的因素将影响 MAS 在发展中国家的应用。为国家研究计划人员培训必要的技能，并确保那些计划拥有或者可以使用足够的能力是必不可少的先决条件。公立部门和私营部门的育种工作 公立部门 国际性农业研究中心：国际水稻研究所（IRRI，菲律宾）国际玉米小麦改良中心（CIMMYT，墨西哥）国际农业研究协商小组（1971 年建立）私立部门 私营公司：孟山都、拜耳、巴斯夫；隆平高科、登海种业、科荟种业 质量性状与数量性状差异