分子植物育种

第1章导论1

1.1作物的驯化

1

1.2早期植物育种

3

1.3植物育种史上的主要发展

4

1.3.1育种和杂交

4

1.3.2孟德尔遗传学

5

1.3.3选择5

1.3.4育种类型和多倍性5

1.3.5遗传多样性和种质保护5

1.3.6数量遗传学和基因型^环境互作

5

1.3.7杂种优势和杂交种育种6

1.3.8群体改良

6

1.3.9细胞全能性、组织培养和体细胞无性系变异7

1.3.10遗传工程和基因转移

1.3.11DNA标记和基因组学

7

8

1.3.12公立部门和私营部门的育种工作

8

1.4遗传变异

8

1.4.1交换、遗传漂变和基因流动9

1.4.2突变9

1.5数量性状方差、遗传率和选择指数10

1.5.1质量性状和数量性状

10

1.5.2等位基因频率和基因型频率的概念

11

1.5.3哈迪温伯格平衡(HWE)11

1.5.4群体平均数和方差

12

1.5.5遗传率

12

1.5.6选择响应13

1.5.7选择指数和多性状选择

13

1.5.8配合力

15

1.5.9轮回选择15

1.6绿色革命和将来的挑战16

1.7植物育种的目标17

1.8分子育种19

第2章分子育种工具:标记和图谱22

2.1遗传标记22

2.1.1经典标记23

2.1.2DNA标记

25

2.2分子图谱44

2.2.1染色体理论和连锁

44

2.2.2遗传连锁图谱44

2.2.3遗传图谱的整合

55

第3章分子育种工具:组学与阵列58

3.1组学中的分子技术58

3.1.1双向凝胶电泳58

3.1.2质谱分析60

3.1.3酵母双杂交系统

61

3.1.4基因表达的系列分析

63

3.1.5实时定量PCR

3.1.6抑制性差减杂交

65

65

3.1.7原位杂交66

3.2结构基因组学67

3.2.1基因组结构67

3.2.2物理图谱68

3.2.3基因组测序72

3.2.4cDNA测序77

3.3功能基因组学79

3.3.1转录组学79

3.3.2蛋白质组学81

3.3.3代谢组学85

3.4表型组学88

3.4.1表型在基因组学中的重要性89

3.4.2植物表型组学89

3.5比较基因组学90

3.5.1比较图谱91

3.5.2共线性

92

3.6组学中的阵列技术96

3.6.1阵列的产生97

3.6.2试验设计

3.6.3样品制备

100

101

3.6.4标记101

3.6.5杂交和杂交后洗涤102

3.6.6数据采集和量化

102

3.6.7统计分析和数据挖掘103

3.6.8蛋白质微阵列及其他104

3.6.9通用芯片或微阵列105

3.6.10应用Tng微阵列进行全基因组分析

107

3.6.11以阵列为基础的基因型鉴定107

第4章遗传育种中的群体109

4.1群体的特点和分类

109

4.1.1基于遗传组成的分类109

4.1.2基于遗传维持的分类109

4.1.3基于遗传背景的分类110

4.1.4基于来源的分类

110

4.2双单倍体

112

4.2.1单倍体的产生

113

4.2.2单倍体植株的二倍体化120

4.2.3DH品系的评价120

4.2.4DH系的数量遗传学122

4.2.5DH群体在基因组学中的应用124

4.2.6DH在植物育种中的应用

125

4.2.7局限性和未来的前景127

4.3重组自交系(RIL)127

4.3.1近交及其遗传效应128

4.3.2RIL的培育

130

4.3.3RIL群体中的图距和重组率

131

4.3.4用RIL构建遗传图谱132

4.3.5互交的RIL和巢式RIL群体134

4.4近等基因系(NIL)135

4.4.1回交及其遗传效应135

4.4.2产生NIL的其他方法137

4.4.3渐渗系库

138

4.4.4用NIL进行基因定位的策略

139

4.4.5用NIL作图的理论考虑140

4.4.6NIL在基因定位中的应用

142

4.5不同群体的比较:重组率和选择142

4.5.1不同群体的重组率142

4.5.2群体构建过程中无意识的选择

143

第5章植物遗传资源:管理、评价与创新147

5.1遗传侵蚀和潜在的遗传脆弱性

148

5.1.1遗传侵蚀

148

5.1.2遗传脆弱性

150

5.2种质的概念

150

5.2.1广义的种质概念

150

5.2.2经典的种质

153

5.2.3人工或合成的种质153

5.2.4原位或异位保存

154

5.3收集/获取155

5.3.1种质收集的几个问题156

5.3.2核心种质

157

5.4保存、复壮和繁殖160

5.4.1离体保存技术

161

5.4.2超低温储藏

163

5.4.3合成种子和DNA的储存

163

5.4.4复壮和繁殖

164

5.5资源评价

164

5.5.1标记辅助种质评价165

5.5.2离体评价

167

5.5.3遗传多样性

167

5.5.4收集资源的冗余和缺失174

5.5.5遗传漂移和基因流175

5.5.6特异种质

177

5.5.7等位基因挖掘

178

5.6种质创新

179

5.6.1种质样本的纯化

180

5.6.2种质创新中的组织培养和转化

180

5.6.3种质改良中的基因渐渗181

5.7信息管理

181

5.7.1信息系统

181

5.7.2数据采集的标准化182

5.7.3信息整合与利用

183

5.8前景展望

184

第6章复杂性状的分子剖析:理论

188

6.1基于单标记的方法

190

6.1.1假设190

6.1.2标记平均数的比较192

6.1.3方差分析

6.1.4回归方法

194

195

6.1.5似然方法

195

6.2区间作图

196

6.2.1假设196

6.2.2似然方法

6.3复合区间作图

197

200

6.3.1基础200

6.3.2模型200

6.3.3似然分析

6.3.4假设检验

201

201

6.3.5选择标记作为辅助因子202

6.3.6完备区间作图

203

6.4多区间作图

203

6.4.1多区间作图模型和似然分析

204

6.4.2模型选择

205

6.4.3估计基因型值和QTL效应的方差分量

207

6.5多个群体或杂交组合

208

6.5.1试验设计

208

6.5.2多个杂交组合的QTL分析209

6.5.3合并分析

211

6.6多个QTL

211

6.6.1多个QTL的现实性

6.6.2选择一类QTL模型

211

212

6.6.3多个具有上位性的QTL

213

6.7贝叶斯作图

214

6.7.1贝叶斯作图的优点214

6.7.2贝叶斯作图统计学概述214

6.7.3贝叶斯作图方法

215

6.8连锁不平衡作图

218

6.8.1为什么要进行连锁不平衡作图γ

218

6.8.2连锁不平衡的度量219

6.8.3影响连锁不平衡的因素222

6.8.4连锁不平衡作图的方法224

6.8.5连锁不平衡作图的应用227

6.9元分析229

6.9.1QTL位置的元分析229

6.9.2QTL图谱的元分析

230

6.9.3QTL效应的元分析231

6.9.4元分析的例子231

6.10计算机作图233

6.10.1优点和缺点233

6.10.2混合模型方法233

6.10.3统计功效234

6.11样本容量、功效和阈值

235

6.11.1功效与样本容量

235

6.11.2交叉验证与样本容量

6.11.3QTL位置的置信区间

238

239

6.11.4QTL阈值

240

6.11.5错误发现率242

6.12总结和前景244

第7章复杂性状的分子剖析:实践

245

7.1QTL分离245

7.1.1作图方法

246

7.1.2对等位基因分散的筛选250

7.2复杂性状的QTL

253

7.2.1性状组分

7.2.2相关性状

253

254

7.2.3质量数量性状

255

7.2.4种子性状

256

7.3跨物种的QTL作图

7.4跨遗传背景的QTL

7.4.1同质的遗传背景

7.4.2异质的遗传背景

257

259

259

260

7.4.3上位性262

7.4.4一个基因座上的复等位基因

7.5不同生长和发育阶段的QTL

265

266

7.5.1动态性状

7.5.2动态作图

266

267

7.5.3动态作图的统计方法268

7.6多性状和基因表达

7.6.1基因表达的特点

269

269

7.6.2植物中eQTL的例子271

7.7选择性基因型鉴定和DNA混合分析

273

7.7.1主基因控制的性状273

7.7.2数量性状

274

7.7.3选择性基因型鉴定和DNA混合分析的功效

7.7.4选择性基因型鉴定和DNA混合分析的应用

275

278

第8章标记辅助选择:理论

281

8.1标记辅助选择的组分

8.1.1遗传标记和图谱

282

283

8.1.2标记的表征

284

8.1.3标记-性状关联的验证

285

8.1.4基因型鉴定和高通量基因型鉴定系统287

8.1.5数据管理和传送

8.2标记辅助的基因渐渗

287

288

8.2.1标记辅助的前景选择289

8.2.2标记辅助的背景选择292

8.2.3BC世代中的供体基因组含量296

8.2.4基因渐渗中的连锁累赘298

8.2.5基因组大小对基因渐渗的影响

299

8.2.6携带者染色体上的背景选择

300

8.2.7遗传背景的全基因组选择

301

8.2.8通过重复回交的多基因渐渗

302

8.3标记辅助的基因聚合

303

8.3.1基因聚合方案305

8.3.2杂交和选择策略

309

8.3.3不同性状的基因聚合311

8.3.4标记辅助的轮回选择与基因组选择的比较

312

8.4数量性状的选择

314

8.4.1根据表型值进行选择314

8.4.2根据标记得分进行选择315

8.4.3指数选择

316

8.4.4基因型选择

319

8.4.5综合的标记辅助选择319

8.4.6标记辅助选择的响应320

8.5长期选择

323

8.5.1玉米中的长期选择324

8.5.2水稻中的歧化选择330

第9章标记辅助选择:实践

332

9.1标记辅助选择的选择方案

333

9.1.1不用测交或后裔测定的选择

333

9.1.2独立于环境的选择333

9.1.3不需要繁重的田间工作或密集的实验室工作的选择334

9.1.4育种早期的选择

334

9.1.5对多个基因和多个性状的选择

334

9.1.6全基因组选择

334

9.2标记辅助选择应用中的瓶颈

335

9.2.1有效的标记性状关联

338

9.2.2有成本效益的高通量基因型鉴定系统338

9.2.3表型鉴定和样品追踪339

9.2.4上位性和基因×环境互作

339

9.3降低成本增加规模和效率

340

9.3.1成本效益分析

340

9.3.2基于种子DNA的基因型鉴定和MAS系统342

9.3.3整合多样性分析、遗传作图和MAS

344

9.3.4建立同时改良多个性状的育种策略345

9.4最适合MAS的性状

345

9.4.1需要测交或后裔测定的性状

345

9.4.2依赖于环境的性状348

9.4.3种子性状和品质性状350

9.5标记辅助的基因渐渗

352

9.5.1从野生近缘种的标记辅助基因渐渗353

9.5.2从优良种质的标记辅助基因渐渗

355

9.5.3耐旱性的标记辅助渐渗356

9.5.4品质性状的标记辅助基因渐渗

357

9.6标记辅助的基因聚合

358

9.6.1主基因的聚合

359

9.6.2通过标记辅助轮回选择的基因聚合362

9.7标记辅助的杂交种预测

362

9.7.1杂种优势的遗传基础363

9.7.2杂种优势群

366

9.7.3标记辅助的杂交种预测369

9.8机遇和挑战

373

9.8.1分子工具和育种系统373

9.8.2与特定作物相关的问题374

9.8.3数量性状374

9.8.4遗传网络

375

9.8.5发展中国家的标记辅助选择

375

第10章基因型×环境互作

377

10.1多环境试验378

10.1.1试验设计379

10.1.2基本的数据分析和解释

380

10.2环境的刻画382

10.2.1环境的分类383

10.2.2G1S和环境刻画

386

10.2.3选择试验地点389

10.3基因型表现的稳定性390

10.3.1研究GE1的线性一双线性模型

391

10.3.2GGE双标图分析393

10.3.3混合模型395

10.4GE1的分子剖析397

10.4.1环境因素的剖分

398

10.4.2跨环境的QTL作图399

10.4.3结合了GE1的QTL作图401

10.4.4MET和基因型数据的应用

405

10.5GE1的育种405

10.5.1资源有限环境的育种

406

10.5.2对适应性和稳定性的育种407

10.5.3育种计划中GE1的度量

408

10.5.4QE1的MAS

409

10.6展望410

第11章基因的分离和功能分析

412

11.1计算机预测414

11.1.1基于证据的基因预测

415

11.1.2基于同源性的基因预测

415

11.1.3从头开始的基因预测

418

11.1.4通过综合的方法预测基因419

11.1.5根据基因组序列检测蛋白质功能

420

11.2基因分离的比较法421

11.2.1比较法的基因组学基础

421

11.2.2比较分析中涉及的实验程序422

11.2.3主效基因辅助的QTL克隆

424

11.3基于cDNA测序的克隆

426

11.3.1EST的产生426

11.3.2全长cDNA的产生427

11.3.3全长cDNA的测序

428

11.3.4鉴定基因的定向EST筛选

428

11.3.5用于基因发现与注释的全长cDNA

429

11.4定位克隆429

11.4.1定位克隆的理论考虑

429

11.4.2定位克隆的例子

433

11.5通过诱变鉴定基因436

11.5.1突变体群体的产生

437

11.5.2插入诱变438

11.5.3非标签诱变443

11.5.4RNA干扰

446

11.5.5通过诱变分离基因

447

11.6基因分离的其他方法449

11.6.1基因表达分析450

11.6.2使用同源探针451

第12章转基因和遗传修饰植物

453

12.1植物组织培养和遗传转化453

12.1.1植物组织培养453

12.1.2遗传转化453

12.1.3重要植物遗传转化的发展456

12.2遗传转化方法456

12.2.1农杆菌介导的遗传转化方法456

12.2.2微粒轰击458

12.2.3电击法和其他直接转化法461

12.3表达载体462

12.3.1双元载体463

12.3.2基于GAtewAy的双元载体465

12.3.3转化载体的选择

466

12.4基因选择标记466

12.4.1选择标记的功能467

12.4.2植物的标记基因

467

12.4.3正向选择470

12.4.4转基因植物中选择标记基因的去除

471

12.5基因整合、表达和定位

473

12.5.1外源基因的整合473

12.5.2外源基因的表达

474

12.5.3转基因植株的鉴定和功能分析474

12.5.4报告基因476

12.5.5启动子478

12.5.6基因失活479

12.6转基因叠加480

12.6.1有性杂交480

12.6.2质粒辅助共转化

482

12.6.3微粒轰击下的共转化

482

12.7转基因作物商业化483

12.7.1商业目的484

12.7.2转基因作物商业化现状

485

12.7.3转基因作物的监管

488

12.7.4产品释放和市场营销策略489

12.7.5转基因监测490

12.8展望491

第13章知识产权和植物品种保护

492

13.1知识产权和植物育种家的权利492

13.1.1知识产权的基本方面

492

13.1.2植物育种中的知识产权493

13.2植物品种保护:需求和影响

494

13.2.1作物品种保护的需求494

13.2.2植物品种保护的影响

497

13.3涉及植物育种的国际协定500

13.3.1UPQV公约和国际植物新品种保护联盟

500

13.3.2 1983年《国际植物遗传资源约定》504

13.3.3 1992年《生物多样性公约》

505

13.3.4 1994年TRIPS协定506

13.3.5 2001年粮食和农业植物遗传资源国际条约

507

13.4植物品种保护策略508

13.4.1植物品种保护或植物育种者权利

508

13.4.2专利

509

13.4.3生物学的保护510

13.4.4种子法511

13.4.5合同法512

13.4.6品牌和商标512

13.4.7商业秘密513

13.5影响分子育种的知识产权513

13.5.1基因转化技术513

13.5.2标记辅助植物育种522

13.5.3产品开发和商业化

524

13.6分子技术在植物品种保护中的应用525

13.6.1DUS测试

525

13.6.2实质性派生品种

526

13.6.3品种鉴定528

13.6.4种子认证529

13.6.5种子提纯529

13.7植物品种保护的实践530

13.7.1欧盟的植物品种保护530

13.7.2美国的植物品种保护

530

13.7.3加拿大的植物品种保护

531

13.7.4发展中国家的植物品种保护531

13.7.5参与式植物育种和植物品种保护

532

13.8展望532

13.8.1扩展和执法532

13.8.2实施PVP的管理挑战533

13.8.3国际植物新品种保护联盟的更新需要

534

13.8.4遗传资源使用中的协作

535

13.8.5技术和知识产权的相互作用535

13.8.6种子保存和植物品种保护536

13.8.7其他植物产品537

第14章育种信息学

539

14.1信息驱动的植物育种539

14.1.1信息学基础540

14.1.2生物信息学和植物育种之间的空白

541

14.1.3信息管理和数据分析的通用系统

542

14.1.4将信息转化成新品种

542

14.2信息收集543

14.2.1数据收集方法543

14.2.2种质信息544

14.2.3基因型信息546

14.2.4表型信息549

14.2.5环境信息550

14.3信息整合551

14.3.1数据标准化552

14.3.2通用数据库的开发

552

14.3.3规范化词表和语义学的使用553

14.3.4可互操作的查询系统

555

14.3.5冗余数据浓缩556

14.3.6数据库整合556

14.3.7以工具为基础的信息整合557

14.4信息检索和挖掘557

14.4.1信息检索557

14.4.2信息挖掘560

14.5信息管理系统562

14.5.1实验室信息管理系统562

14.5.2育种信息管理系统

563

14.5.3国际作物信息系统

564

14.5.4其他的信息学工具566

14.5.5信息学工具的未来需要

567

14.6植物数据库568

14.6.1序列数据库570

14.6.2通用的基因组学和蛋白质组学数据库

572

14.6.3通用的植物数据库574

14.6.4单个植物的数据库

579

14.7育种信息学的前景585

第15章决策支持工具

586

15.1种质和育种群体的管理与评价587

15.1.1种质管理和评价

587

15.1.2育种群体管理590

15.2遗传作图和标记性状关联分析

592

15.2.1构建遗传图谱592

15.2.2以连锁为基础的QTL作图

592

15.2.3eQTL作图

595

15.2.4基于连锁不平衡的QTL作图

595

15.2.5基因型×环境互作分析

598

15.2.6比较作图和一致图谱

599

15.3标记辅助选择600

15.3.1MAS方法和实施601

15.3.2标记辅助的自交系和综合品种培育

602

15.4模拟和建模602

15.4.1模拟和建模的重要性

602

15.4.2模拟中使用的遗传模型

603

15.4.3一个用于遗传学和育种的模拟模块:QULINE

606

15.4.4模拟和建模的将来

607

15.5设计育种608

15.5.1亲本的选择609

15.5.2育种产品预测609

15.5.3选择方法评价610

15.6展望611

分子植物育种:进展与展望中文版跋

613

原书参考文献643译后记733彩图

分子植物育种是国际上首部有关植物分子育种的百科分子植物育种式综合参考书和教材，分子植物育种共15章，涵盖了植物分子育种的各个方面，包括：DNA标记技术, 遗传图谱的构建,高通量，组学，技术,植物遗传学和作物改良的常用群体,分子工具在植物遗传资源管理、评价和创新中的应用，复杂性状分子剖析的理论和实践，标记辅助育种的理论与应用，基因型*环境互作的分析，基因的分离与功能分析，基因转移和遗传修饰植物，知识产权和植物品种保护， 育种信息学，决策支持工具!每一章都经过同行评阅，包含了大量较新信息，并有表格、数据和参考文献的支持。

适读人群 ：分子植物育种填补了基因组学与植物育种之间的鸿沟、是植物育种家的参考手册、也适合用作植物遗传育种及相关专业的本科生和研究生教材和参考资料

1. 从构思到出版历经10年，国际首部植物分子育种领域百科全书式著作。　　2. 农业领域诺贝尔奖获得者布劳格博士、美国科学院院士菲利普斯博士为之作序。　　3. 多家外文期刊发表书评，国际知名大学推荐作为研究生教学参考书，出版三年内重印两次。　　4. 全书15章，每一章在完成前都经过多位国际专业学者的评阅。