作物分子育种进展及其应用——刘康

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1、作物分子育种进展及其应用前景南京农业大学刘康2016-9-25，南京1提纲一、作物生产面临的挑战及育种目标二、新一代作物育种三、如何开展分子育种2一、作物生产面临的挑战及育种目标（一）作物生产面临的主要挑战世界人口增长环境变化资源、耕地面积减少，水资源枯竭从事农业活动的人口减少3一、作物生产面临的挑战及育种目标（二）育种目标新一代作物，新一代作物，NextNext--GenerationCropsGenerationCrops高产优质广适/专用（环境、耕作制度）资源高效利用（肥料、水）人力资源节约型（机械化生产、轻简栽培）4二、新一代作物

2、育种（一）分子育种的一些基本概念传统育种：变异：自然变异、人工诱导变异、自然重组、人工诱导重组选择：根据表现型选择。P=G+E，V=V+VPGE分子育种：变异：通过分子手段导入外源基因、DNA重组转基因、基因组编辑选择：根据基因组信息，通过基因型间接选择表现型。MAS、GS5二、新一代作物育种质量性状：文字描述、差异明显可以分组求比例、单（寡）基因控制、环境影响小。例如雄性不育恢复基因，抗病基因。M1GM2标记1基因标记2单边标记：M1G如果M1与G之间的遗传距离是5%，因为交换，可以产生四种配子：m1gM1G（47.5%）虽然选择了M1，但是仍然M

3、1g（2.5%）有很大的一部分选择了g：如果m1G（2.5%）是在F2群体中选择，误选率m1g（47.5%）（假阳性率）为3.25%6二、新一代作物育种双边双边标记标记M1GM2标记1基因标记2××标记1基因标记2m1gm2M1GM2如果M1、M2与G之间的遗传距离都是20%，m1gm2可以产生8种配子，其中，M1gM2配子比例只占4%，同时然选择MM时，误选率（假阳性12M1gM2率）与5%的单边标记还低。20%×20%=4%7二、新一代作物育种数量性状：需要测量、差异不明显、微效多基因控制、环境影响大。经济性状多半是数量性状。QTL（数量性状位点）：

4、微效多基因单个基因的效应难以鉴定。M1QTLM28二、新一代作物育种（二）分子育种发展表型选择基因型选择基因组育种1、基因型鉴定（Genotyping）（1）基于DNA片段的分子标记（fragment-based）：RFLPs,AFLPs,SSR……标记数目有限、分布不均、单个标记成本较高。（2）基于基因组序列的标记：sequence-based(SNPs)NGS（Next-generationsequencing）新一代DNA测序：标记数目多、分布无偏、高通量、快速经济（单个数据点成本降低）9二、新一代作物育种（二）分子育种发展（2）基于基因组序列的

5、标记：sequence-based(SNPs)首先获得某个物种的参考基因组：基因组组成、进化部分测序或者重测序：无数SNPs单倍型QTL标记通过重测序解析遗传多样性更多标记应用于GWAS（全基因组关联分析）更多标记才能进行基因组选择基因组编辑或者突变体选择：新的等位性变异使表型鉴定（准确性和通量）以及重组频率成为瓶颈。10二、新一代作物育种（二）分子育种发展（2）基于基因组序列的标记：sequence-based(SNPs)首先获得某个物种的参考基因组：基因组组成、进化部分测序或者重测序：无数SNPs单倍型QTL标记SNPs检测：

6、UniplexSNPs:TaqMan,competitiveallele-specificPCRMultiplexSNPs:一些公司的技术平台，例如IlluminaBeadXpress或者芯片从几千个到百万个SNPs简化基因组测序：RAD（Restriction-siteAssociatedDNAsequencing）GBS（GenotypingbySequencing）11二、新一代作物育种（二）分子育种发展2、表型鉴定（Phenotyping）广：各种多样的种质资源、多种性状、不同生育期测定（动态变化）深：某一性状的贡献性状，例如抗盐性功能性表型

7、：基因表达量、蛋白质表达量、代谢组表达量隐形表型：特殊仪器或者测试方法才能获得精：现代技术和设备的不断更新改良，各种成像设备瞬时获取数据控制条件下获取数据细：同一器官的性状，多种描述方法或者参数宏观宏观--微观、自动化、信息化、精准化、无损微观、自动化、信息化、精准化、无损12二、新一代作物育种（二）分子育种发展3、基因组学辅助育种（Genomics-assistedBreeding，GAB）①种质资源库：核心种质、小核心种质、参考集(referencesets):兼顾多样性和代表性②做图群体：遗传群体或者核心种质库③遗传分析和关联分析鉴定关联基因组区域：

8、QTL、GWAS④标记应用于育种：分子标记辅助选择（MAS）：前