作物育种遗传学基础

作物育种的遗传学基础,内 容 1、孟德尔遗传规律（分离定律和自由组合定律） 2、细胞质遗传 3、作物引种,孟德尔遗传定律及其发展,遗传学之父。孟德尔长达8年的豌豆杂交实验，才揭示了生物性状传递的两个重要遗传规律基因分离定律和自由组合定律。,Mendel(1822-1884)简介,基本概念,性 状：生物体所表现的形态特、结构和生理生化等，能从亲代遗传给子代。 单位性状 ：个体表现的性状总体区分为各个单位之后的性状。如：动物的毛色，昆虫翅的大小，植株的花色、高度、抗病性，人的发色、肤色等。 相对性状 ：同一单位性状的相对差异。,等位基因：同源染色体的相同座位上控制同一性状的基因具有两种或两种以上的形式。在分子遗传学中，等位基因已扩展到由一个基因突变所产生的多种形式。,纯合体：在一定的座位上带有两个相同的等位基因的个体。 杂合体：在一定的座位上带有两个不同的等位基因的个体。,鸽子羽毛颜色,狗的毛色,鸡冠的形状,单片冠 胡桃冠 豌豆冠 玫瑰冠,南瓜的果形,显性性状：F1表现出来的性状。 隐性性状：F1未表现出来的性状。 显性基因：控制显性性状的基因。大写字母表示。 隐性基因：决定隐性性状的基因。小写字母表示。,A,a,杂交过程相关符号,P parent 亲本 母本 父本F filial generation 杂交后代F1 杂交第一代F2 F1自交或互交的子代F3 F2自交或互交的子代× 杂交 × 自交,一、分离定律,孟德尔的豌豆杂交试验 试验材料 豌豆（Pisum sativum） 严格的自花授粉植物 研究的性状 7对相对性状,2. 分离现象,紫花,白花,紫花,X,紫花 白花 705 2243 ： ,：,：,：,豌豆单因子杂交实验与分离定律,特点：F1性状表现一致，只表现一个亲本性状，另一个亲本性状隐藏。 F2分离：一些植株表现出这一亲本性状，另一些植株表现为另一亲本性状。说明隐性性状未消失。 F2群体中显隐性分离比例大致为3:1。,3. 分离定律,孟德尔提出以下假说： 性状是由颗粒性的遗传因子（基因）决定的。 生物的一对相对性状由一对等位基因决定，F1植株中至少有一个基因决定显性性状，另一个基因决定隐性性状。 每一对基因的成员均等地分配到生殖细胞中去，每一个生殖细胞含有每对基因中的一个。 个体细胞的每一对基因中，一个来自父本雄性生殖细胞，另一个来自母本雌性生殖细胞。 在形成下一代（或合子）时，配子的结合是随机的。,分离定律（遗传学第一定律）,一对等位基因在杂合状态下（Aa），互不干预，保持其独立性，在形成配子时各自（A或a）分配到不同配子中去。,分离定律的核心问题：等位基因的分离,二、自由组合定律,孟德尔以豌豆为材料，选用具有两对相对性状差异的纯合亲本进行杂交，研究两对相对性状的遗传后提出：自由组合定律（独立分配规律）。,1. 两对相对性状的遗传,P 黄色子叶、圆粒 × 绿色子叶、皱粒 F1 黄色子叶、圆粒 15株自交结556粒种子 F2种子 黄、圆 黄、皱 绿、圆 绿、皱 总数 实得粒数 315 101 108 32 556 理论比例 9 ： 3 ： 3 ： 1 16 理论粒数 312.75 104.25 104.25 34.75 556,在两对相对性状遗传时： F1出现显性性状； F2会出现4种类型：种亲本型 种新的重组型（两者成一定比例） 。,控制两对不同性状的等位基因在配子形成过程中，一对等位基因与另一对等位基因的分离和组合互不干扰，各自的相互分离，又可以重新组合在一起。,2. 自由组合定律的要点,自由组合的核心问题： 非等位基因的自由组合,P YYRR（黄色圆粒） × yyrr（绿色皱粒）配子 YR yrF1 YyRr（黄色圆粒）F2,3. 自由组合遗传现象的解释,F2群体共有9种基因型，其中：4种基因型为纯合体；1种基因型的两对基因均为杂合体，与F1一样；4种基因型中的一对基因纯合，另一对基因杂合。 F2群体中有4种表现型，因为Y对y显性，R对r显性。,孟德尔定律的应用,是遗传学中性状遗传最基本的规律，在理论上说明了生物界由于杂交的分离而出现变异的普遍性。 通过性状遗传研究，可以预期后代分离的类型和频率，进行有计划种植，以提高育种效果，加速育种进程。 良种生产中要防止天然杂交而发生分离退化，去杂去劣及适当隔离繁殖。 近亲婚配,作物育种方式,自交异交,自 交,自交，是指来自同一个体的雌雄配子的结合或具有相同基因型个体间的交配或来自同一无性繁殖系的个体间的交配。在显化植物雌雄同株十分普遍，因此，自交也很普遍。,异 交,即杂交，是基因型不同的两亲配子的受精结合。异交产生的后代具有杂合基因型。两亲的基因型差异愈大，则其后代基因型杂合程度愈大，即杂合的等位基因位点愈多。杂合基因型是产生基因交换、重组和产生新基因型的基础。,杂交方式,1.单交 2.复交 3.回交 4.正交与反交,1.单交：两个亲本成对杂交。甲×乙,特点：只进行一次杂交，简单易行。分离时间短，稳定的快。杂交的数量和后代群体规模小。,2. 复交：两个以上的亲本先后多次杂交。,复交的特点： 遗传基础丰富。 分离早，分离时间长，类型多。 杂交的数量和后代群体规模相对大,4、回交法（test cross）：也称测交法。两个亲本杂交后，子一代再与双亲之一重复杂交。即把被测验的个体与隐性纯合基型的亲本杂交， 根据测交子代（Ft）的表现型和比例测知该个体的 基因型。,供测个体 x 隐性纯合亲本 Ft 测交子代。例如红花 x 白花 红花 x 白花AA aa Aa aaFt 红花 红花 白花Aa Aa aa比例 全部 1 : 1,4、正交与反交：指的是分别用一对相对性状的两种性状作父本和母本进行两次杂交的方法。可用于判断某对性状的遗传方式是细胞质遗传还是细胞核遗传、判断控制某对性状的基因位于XY染色体上的同源区段还是非同源区段上、判断植物的某种性状是由子房壁（珠被）发育而来的还是由受精胚珠发育而来的。,细胞质遗传,一、 细胞质遗传的基础,细胞质遗传：指由细胞质基因所决定的遗传现象和遗传规律，又称核外遗传、母体遗传。,细胞质遗传的概念;细胞质遗传：由胞质遗传物质引起的遗传现象(又称非染色体遗传、非孟德尔遗传、染色体外遗传、核外遗传、母性遗传)。,细胞质基因组：所有细胞器和细胞质颗粒中遗传物质的统称。,细胞质遗传的特点; 细胞质遗传一般表现为母系遗传，正交和反交子代的表型不一致，F1代通常只表现母本性状。 遗传方式是非孟德尔式的，杂种后代的遗传行为不符合孟德尔遗传定律，杂交后代一般不出现一定比例的分离。 通过连续回交能将母本的核基因几乎全部置换，甚至可以用核移植技术将母本核基因全部置换，但母本细胞质基因及其所控制的性状不会消失。 具有细胞质异质性与细胞质分离和重组。,叶绿体遗传,1、叶绿体遗传的表现Correns在花斑的紫茉莉中发现三种叶片枝条：绿色、白色和花斑。分别进行以下杂交,紫茉莉花斑性状的遗传,结 果：,子代总是表现母本性状，与父本提供的花粉无关，称为母体遗传。 白 子代：白 绿 子代：绿 花斑子代：白、绿、花斑 枝条和叶色的遗传物质是通过母本传递的。,细胞学证据：,白色白色质体 绿色叶绿体 花斑白色质体和叶绿体 精卵受精时，由于精子的细胞质不进入受精卵，所以枝条的颜色完全由母本卵细胞的细胞质决定。,叶肉细胞,二、细胞质遗传的特点,1.遗传物质在细胞器上，通过细胞质进行上下代的传递。 2.正反交结果不同，F1代的表现总是和母本一致，又称为母系遗传. 3.遗传方式是非孟德尔式的，杂交后代一般不出现一定的分离比例。 4. 细胞质基因不能在染色体上定位，它控制的性状不随染色体的转移而改变。 5.细胞质基因在一定程度上是独立的，能自我复制。,三 植物的雄性不育,（一）植物雄性不育性的概念当不育是由于植株不能产生正常的花药、花粉或雄配子时，称为雄性不育。,（二）植物雄性不育的特征：,植物雄性不育在植物界较为普遍，至少已在18个科的110多种植物中发现。 植物雄性不育是指植物花粉败育的现象，表现为花蕊发育不正常，不能产生可育的花粉，但能产生正常的卵细胞，可接受外来花粉而受精结籽。,（三）植物雄性不育的原因：,环境因素：如高温杀雄（不遗传）。 染色体数目或结构上的变异（雌雄均不育）。 由基因控制的不育：核不育型及核-质不育型。,（四）植物雄性不育性类型,1.核不育型 2.细胞质不育型 3. 核-质不育型：这种类型的不育既与核基因有关，也与细胞质基因有关。 细胞质基因：N为雄性可育基因，S为雄性不育基因。 核基因：Rf为雄性可育基因，rf为不育基因，Rfrf 显性，表现为孟德尔式遗传。 不育的基因型：S(rf rf ) 可育基因型: N(Rf Rf)，N(Rf rf )，N(rf rf)，S(Rf Rf)，S(Rf rf),