遗传学在育种中的应用范例(3篇)

遗传学在育种中的应用范文篇1

关键词玉米自交系；表型性状；聚类分析

中图分类号S513文献标识码A文章编号1007-5739（2014）21-0026-03

玉米作为重要的饲料作物和粮食作物，其总产量早已超过水稻和小麦居世界首位[1]，中国玉米种植面积和总产量仅次于美国，居世界第2位[2]。在千百年来的进化历程中形成了极其丰富的遗传种质，经广大玉米育种工作者的努力，玉米种质资源的改良与创新研究取得了一定成效。但近年来玉米杂种优势的利用远不如初期那样效果明显，当前玉米育种的瓶颈之一是玉米育种基础材料血缘混乱遗传基础狭窄[3]。我国91.6%的玉米杂交种其亲本大都离不开约20个骨干自交系[4]。种质遗传基础狭窄是我国玉米育种的主要限制因素，这就要求对玉米种质进行扩增、改良与创新。纵观玉米育种和生产进程，总结经验、挖掘潜力进一步推动玉米种质资源的开发与利用工作是当前玉米育种工作着面临的首要任务[5-6]。杂种优势利用是玉米育种研究的重要内容，杂种优势理论建立在亲本遗传差异之上，因而种质的遗传多样性研究是杂种优势利用的前提。为有效利用新材料新自交系，明确其应用潜力，研究其遗传多样性是很有必要的。

因此，本研究选用了57份通过引进国内外种质资源新选育而稳定的自交系材料，从形态学上分析这批新材料的遗传差异，并结合前人的研究，对所选材料进行遗传差异评价，并对其综合性状表现进行初步的评价，明确其对育种的利用价值，以期更好地为选育优质高产玉米杂交种提供服务。

1材料与方法

1.1材料与田间设计

选用的57份玉米自交品系，是从引进的国内外种质资源中选育出的稳定自交系材料。2014年春季，试验设在四川省自贡市永和镇试验基地。采用随机区组设计，3次重复。行长3.5m，行距80cm，单行区，每行7穴，密度4.95万株/hm2。

1.2性状测定

田间测定性状：出苗期，抽雄期，吐丝期，散粉期，叶数；灌浆初期，每小区选取中间10株测定株高、穗位高、雄穗长、雄穗分支数、穗位叶长和宽等性状。室内考种性状：成熟后以小区为单位收获果穗，晒干后选取10个有代表性的果穗考种，考查穗长、穗粗、秃尖长、穗行数、行粒数、百粒重、籽粒深度及单株产量。测定方法参照周以飞等方法[7]和国家玉米区域试验记载项目和标准（试行）。

1.3数据统计分析

对田间测定及室内考种数据取小区平均值，对其进行方差分析，选留具显著差异的性状进行进一步的讨论分析。并用Jacobi法求特征根和特征向量，计算标准差标准化的主成分值，由标准化主成分向量计算遗传距离，利用类平均法进行聚类。

采用Office软件中Excel程序和DPS7.05数据处理系统[8]进行有关统计计算分析处理。

2结果与分析

2.1变异系数分析

计算各性状的表型变异系数CV（%）见表1，结果表明，变异系数在0.1（10%）以下的有叶片数、播种期至吐丝期天数；变异系数在0.1～0.2（10%～20%）的有株高、雄花长、穗长、穗粗、穗行数、籽粒深度；其余7个性状的变异系数均在0.3（30%）以上。以上情况说明在所测性状中大部分性状的变异系数在一个较小的范围内。

2.2方差分析

将15个性状方差分析结果列于表2，结果表明所考察的15个性状均达到极显著水平，表明这15个性状在57个自交系间存在真实差异，可进一步分析。

2.3主成分分析

对15个性状进行主成分分析，其中前6个主成分对总变异的贡献率达83.9306%（表3、表4）。因此，可用前6个主成分概括这些性状的总信息量，并以此对供试材料的57个自交系进行综合评价。

由表3、表4可知，如以第一主成分较大，则该自交系主要表现出单株产量较大、株高、穗位高较高、单株叶面积较大、穗较粗、穗长、行粒数和百粒重等经济性状较好等特点；如以第二主成分较大，则该自交系主要表现为籽粒深度较小、播种期至吐丝期天数较长、雄穗分枝数较多、百粒重较小等特点；如以第三主成分较大，则该自交系主要表现出播种期至吐丝期天数较长、穗行数较多、叶片较多、秃尖较长和行粒数较少等特点；如以第四主成分较大，则该自交系主要表现出雄穗分枝较少、秃尖较长、穗行数较少、穗粗较小等特征表现突出；如以第五主成分较大，则该材料主要表现出雄穗较长的特点；如以第六主成分较大，则该材料主要表现出行粒数较多、穗和秃尖均较长，穗位高和株高较低等特点。

根据入选的特征根和相应的特征向量，以及自交系各性状标准化的基因型值，分析得出57个自交系的6个标准化主成分值（表5），结合具体的主成分值和上述分析的选择标准，可以看出3号材料、9号材料植株较高大、穗较粗、穗长、行粒数和百粒重等经济性状表现良好；7号材料吐丝期较长，穗行数、叶片数较多，百粒重较大，但其秃尖长较长及行粒数较少；4号材料其雄穗较长，播种期至吐丝期天数较短，秃尖长较短、行粒数较多的特点；46号材料和44号材料均表现出植株较矮小、穗较小等特点；其余自交系则各具特色，在育种实践中应结合育种目标有针对性地利用。

2.4遗传距离与聚类分析

依据入选6个主成分向量计算各自交系间的的欧氏遗传距离。结果表明，各自交系间的遗传距离变幅为1.0108～11.0787，平均遗传距离为4.9345，其中29号与55号材料之间遗传距离最小，只有1.0108；9号材料与44号材料间的遗传距离最大，达11.0787。遗传距离是反映遗传差异的具体指标，遗传距离变幅较大，说明供试自交系具有较为丰富的遗传多样性。利用类平均法对供试自交系进行聚类（表6、图1），结果表明，当以聚类距离5.41为标准时可将57个自交系分为4类：第1类包括4个材料：5号材料、7号材料、9号材料、32号材料，占供试材料的7.02%，其特点表现为播种期至吐丝期天数长、秃尖长，叶片数多，穗行数较多，自身经济产量中等，其余性状表现中等；第2类仅有3号材料，占供试自交系的1.75%，该自交系植株高大，吐丝期偏短，单株产量高，穗长、穗粗、穗行数、行粒数等经济性状表现良好；第3类仅含自交系49号材料，占供试自交系的1.75%，其特点是播种期至吐丝期天数较长，其他性状不突出；其余51个自交系聚为第4类，占全部供试材料的89.48%，当以聚类距离4.446为标准时，可进一步将第4类划分为3个亚类（表6、图1）：第一亚类主要有4号材料、56号材料和21号材料等20个自交系，其主要性状表现为雄穗较长，播种期至吐丝期天数较短，秃尖长较短、行粒数较多的特点；第二亚类包括46号材料、15号材料和30号材料等13个自交系，其特征表现为植株较矮小、穗较小；第三亚类含1号材料、57号材料和51号材料等18个自交系，其主要特征表现为播种期至吐丝期天数较短，雄穗分枝数较多、籽粒深度较小等特点。

3结论与讨论

玉米杂交种的遗传多样性一直是玉米育种工作者十分关注的问题，了解玉米组合的遗传多样性及其变化趋势，有助于确定育种目标，制定育种策略，扩大种质来源和利用。从以往研究结果看，玉米遗传基础狭窄是普遍存在的问题[9-11]。在玉米育种实践中，普遍认为通过遗传距离来划分材料间的杂种优势类群，可以更好地指导材料的应用[12-14]。本研究根据各供试自交系间的遗传距离将57个自交系划分为4个类群：第1类包括有4个材料，占全部供试自交系的7.02%；第2类和第3类分别只有1个自交系，分别占全部供试自交系的1.75%；第4类含51个自交系，占供试品种的89.48%。以上结果表明，所聚类型少，且大多数自交系都集中在第4类，说明供试品种间距离较近，遗传差异较小，遗传基础相对狭窄。

20世纪80年代以来，育种工作者对我国玉米品种遗传多样性进行了大量研究，提出了杂交种亲本种类较少、骨干系集中、玉米遗传基础狭窄等问题。造成目前育成玉米品种遗传基础狭窄的主要原因是种质资源遗传基础狭窄，我国不是玉米的起源地，也不是玉米的多样性中心，种质资源相对贫乏。因此，今后玉米育种的重点应是开展种质扩增、改良、创新与利用研究的工作，育种工作者要着眼于中长期育种目标的制定，充分利用地方种质、外来资源、野生近缘种等材料，选用合理的群体改良和轮回选择方法，运用物理、化学、生物工程等手段进行玉米种质的创新、改良与利用。

4参考文献

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遗传学在育种中的应用范文

【关键词】玉米；基因工程；分子标记；转基因；遗传育种

玉米(ZeamaysL)是世界上重要的粮食和饲料作物，种植面积仅次于小麦和水稻，单位面积产量居全球之首。由于玉米在中国乃至世界粮食生产上的重要地位，所以玉米的育种工作非常重要。

玉米育种工作者都希望培育出性状优良的品种，而实现这一目标的关键是得到目的基因和对高产、优质、抗病虫等目标性状的选择。过去人们多借用形态学和同工酶等遗传标记来辅助育种，并已在玉米育种中获得了成功。但由于受环境等因素影响，这些方法要求经验丰富的育种者花费较长的时间。近年来，基因工程在玉米遗传育种中取得了巨大进展。基因工程弥补了玉米遗传资源的不足，并解决了过去不能解决的难题。

1.分子标记技术在玉米遗传育种中的应用

玉米是利用分子标记技术最早的作物之一，并且取得了丰富成果。从上个世纪80年代到90年代初期对玉米进行分子标记方面的研究多是基础性的课题研究，如分子标记连锁图谱的建立、遗传多样性的评价基因定位等。90年代中期以后，重要基因定位方面的研究成为一重要方向。由于分子标记直接以DNA形式表现，具有不受环境条件和发育阶段的影响、标记的数目多、多态性高等优点，因而发展迅速，且种类不断增多，目前已开发的分子标记有主要有：限制性片段长度多态性（RFLP）、随机扩增多态DNA（RAPD）、扩增片段长度多态性（AFLP）、简单序列重复（SSR）、序列特异扩增区域（SCAR）、单链构象多态性（SSCP）、单核苷酸多态性（SNP）和数量可变串联重复（VNTR）等。

1.1玉米分子图谱的构建

Helent等人（1991）利用（H427×761）组合的群体构建了玉米上的第一张RFLP连锁图谱，标记了50个RFLP位点，但当时只是把位点定位在连锁群上，后来又利用单体系列材料把这些位点定位在不同的染色体上。他们又利用两个组合（H427×761，T303×Co159）把217个RFLP位点和一些形态学及同工酶标记定位在图谱上，这样就把传统连锁图与分子连锁图联系起来，再用B-A易位系材料把这些RFLP位点更细致地定位在染色体上。SSR标记起步晚，但由于其所具有的优势，发展较快。Cupta等（1994）用（DE811×B73）组合将32个SSR位点绘于图谱上。到1998年底，在密苏里大学发表的遗传图谱上已含有近570多个SSR位点。此外，其他分子标记如RAPD、AFLP也被逐步定位在连锁图中。在构建起越来越饱和的连锁图谱之后，对某些节段进行物理定位和精确定位就此成为可能。根据分子标记图谱可以准确定位玉米的质量性状基因和数量性状基因，使育种者更清楚地了解这些重要性状的遗传基础，有助于根据基因间的互作效应、基因与标记间的遗传距离等，决定选用那种育种方法，配制多少组合及培育多大供选群体，从而制定高效育种计划。

1.2分子标记在玉米自交系亲缘关系与遗传多样性研究中的应用

分子标记技术的日趋成熟为玉米自交系亲缘关系和遗传多样性的研究提供了新的手段和方法。对玉米自交系的亲缘关系进行研究进而划分类群，是构建玉米杂种优势群的重要依据，是提高选育效率的基础性研究，这在玉米育种中尤为重要。

1.3分子标记在QTL分析中的应用

玉米的许多性状如生育期、株高、产量等都属于数量性状，在双亲杂交后代自交分离群体中表现出连续变异，个体间这些性状差异与分离比例很难用孟德尔遗传定律来解释。传统的数量遗传学是通过一定的统计分析模型对数量性状进行遗传研究。分子标记技术能够在DNA水平上鉴定出控制数量性状表达的基因数目，及其在染色体上的位置与遗传效应。数量性状基因又称数量性状基因座位（位点），记为QTL，找到QTL在染色体上的位置为QTL作图。1989年以来QTL作图与效应评估逐渐成为数量遗传学研究的重点。

1.4分子标记辅助选择

分子标记辅助选择（MARKERASSISTEDSELECTION）是指在植物育种中改良中利用分子标记提高选择效率，基本上可分为两个方面，一方面是利用分子标记获得的信息如玉米遗传多样性的评价来帮助选择亲本；另一方面是应用分子标记技术于具体的选择过程中如筛选分离群体的个体，也可用其来鉴定外来种质是否存在有利基因。

2.基因工程在玉米遗传育种中的应用展望

2.1基因工程在玉米遗传育种中存在的问题

遗传学在育种中的应用范文

论文关键词:分子标记,苹果,应用

1DNA分子标记技术

随着人类对基因从现象到本质的认识,遗传标记逐步从形态标记、细胞学标记和生化标记发展到能直接反应DNA水平上遗传多态性的DNA分子标记。与经典的遗传标记相比较,DNA分子标记具有不受材料来源和环境的限制,遗传稳定、多态性高、标记位点多、共显性、选择中性、重复性好、检测迅速、操作简便等优势,所以DNA分子标记被视为理想的遗传标记技术,而且迅速得到发展。目前,已有20多种分子标记技术被发展和利用。基于DNA多态性的分子标记技术主要可以分为三类:第一类以传统的Southern杂交为基础,RFLP(RestrictionFragmentLengthPolymorphism)为代表;第二类以PCR技术为基础,RAPD(RandomlyAmplifiedPolymorphicDNA)、STS(SequenCETaggedSite)、SCAR(SequenceCharacterizedAmplifiedRegion)和AFLP(AmplifiedFragmentLengthPolymorphism)为代表;第三类以重复序列为基础,SSR(SmipleSequenceRepeat)为代表。

随着分子生物学、遗传学、生物化学等学科理论研究的不断深入和实践应用的不断成功,DNA分子标记技术已被广泛的应用于遗传育种、种质资源鉴定、植物抗病基因定位、植物分类等诸多研究领域。经常应用于果树研究的DNA分子标记有RFLP、RAPD、AFLP、SSR和SCAR等。

2DNA分子标记技术在苹果研究中应用

2.1品种的鉴定

苹果是多年生木本植物,栽培历史悠久,不同地域间的种质交流频繁,导致种质混乱,同名异种现象普遍。传统的形态和同工酶分析方法误差大、效率低,难于对相似的品种进行准确的鉴定。DNA分子标记技术直接从DNA分子水平上对果树品种(系)进行鉴定和分类,准确性更强,效率更高,信息量更大,近几年已得到广泛应用。

Koller等用引物P2(5’ACGAGGGACT3’)成功地区分了11个苹果品种。Tancred等将澳大利亚选育的特早熟品种GB-63-43与其余3个相似品种区分开。祝军等应利用AFLP技术区分了25个苹果品种,用RAPD技术区分了16个苹果品种。周爱琴等用RAPD分析绘制了19个苹果生产上主要砧木的DNA指纹图谱,为苹果砧木的鉴定提供了新的依据。

2.2亲缘关系的确定

苹果中存在许多天然杂种,对一些经实生选种或采用混合花粉杂交选育的品种的亲本无法确定,在品种DNA指纹图谱建立的基础上对其进行聚类分析,可将品种进行分类以鉴定物种起源的亲缘关系。苹果品种津轻是日本1936年以金冠为母本杂交育成,经RAPD结合RFLP分析确认其父本为红玉。乔纳金和陆奥是两个三倍体品种,是金冠分别与红玉、印度杂交而成,RAPD分析表明二者都含有金冠的2n配子。王涛等利用AFLP分析了20个重要苹果砧木间的亲缘关系,聚类分析表明苹果属(MalusMill.)中的两个亚属的砧木被分别聚成两个大组,即花楸苹果亚属(SorbomalusZabel)大组和真苹果亚属(Eu-malusZabel)大组。

2.3种质资源的保存

果树种质资源是为生产提供优良品种的源泉,是果树育种和品种改良的物质基础,因此果树种质资源是人类的宝贵财富。遗传资源的长期保存需要消耗巨大的人力物力,核心种质(corecollection)的概念就是为了尽可能降低消耗而被提出的,利用核心种质理论来长期保存种质资源是提高种质资源管理质量和效率的重要途径,它不但要求对种质的农艺性状进行研究,还要研究它们的遗传变异,以避免重复、减少缺失。Mcferson认为分子标记可以用于核心种质的确定。HokansonS.C.等用SSR结合园艺性状建立了苹果的核心种质。

2.4遗传多样性的检测

遗传多样性一般是指种内的差异水平,它反映着一个物种适应环境的能力及其被改造和利用的潜力。遗传多样性是生命系统的基本特征,也是物种适应自然和发生进化的遗传基础。分子标记产物的多态性反映了被测材料的多样性。分子标记是检测种质资源遗传多样性的有效工具。张开春等用38个随机引物进行RAPD分析,在DNA水平上说明了我国的苹果无融合生殖资源平邑甜茶(Malushupehensis)具有丰富的遗传多样性。