Молекулярная селекция - это применение инструментов молекулярной биологии , часто в селекции растений [1] [2] и животноводстве. [3] [4] В широком смысле молекулярное разведение можно определить как использование генетических манипуляций, выполняемых на уровне ДНК для улучшения представляющих интерес признаков у растений и животных, и оно также может включать генную инженерию или генные манипуляции, молекулярные селекция с помощью маркеров и геномная селекция. [5]Однако чаще молекулярная селекция подразумевает селекцию с помощью молекулярных маркеров (МАБ) и определяется как применение молекулярных биотехнологий, в частности молекулярных маркеров, в сочетании с картами сцепления и геномикой, для изменения и улучшения свойств растений или животных на основе генотипические анализы. [6]
Области молекулярного разведения включают:
- Картирование QTL или открытие гена
- Отбор с помощью маркеров и геномный отбор [7] [8] [9]
- Генная инженерия
- Генетическая трансформация
Аспекты молекулярного разведения
Разведение с помощью маркеров
- Генотипирование и создание молекулярных карт - геномика
- Обычно используемые маркеры включают простые повторы последовательностей (или микросателлиты ), однонуклеотидные полиморфизмы (SNP). Процесс идентификации генотипов растений известен как генотипирование .
Разработка SNP произвела революцию в процессе молекулярного разведения, поскольку помогает создавать плотные маркеры. [ требуется уточнение ] Еще одна развивающаяся область - это генотипирование путем секвенирования . [10]
- Фенотипирование - феномика
- Чтобы идентифицировать гены, связанные с признаками, важно измерить ценность признака - известную как фенотип [ сомнительно ] . «Омикс» для измерения фенотипов называется феномикой. Фенотип может указывать на измерение самого признака или косвенно родственного или коррелированного признака.
- Отображение QTL или сопоставление ассоциаций
- Идентифицируются гены (локусы количественных признаков (сокращенно QTL) или гены количественных признаков или второстепенные гены или основные гены), участвующие в контроле представляющего интерес признака. Этот процесс известен как отображение. Картирование таких генов можно выполнить с помощью молекулярных маркеров . Картирование QTL может включать одну большую семью, неродственных особей или несколько семей (см .: Картирование QTL на основе семейства ). Основная идея состоит в том, чтобы идентифицировать гены или маркеры, связанные с генами, которые коррелируют с фенотипическим измерением и которые могут использоваться в селекции / селекции с помощью маркеров.
- Отбор с помощью маркеров или генетический отбор
- Как только гены или маркеры идентифицированы, их можно использовать для генотипирования и принятия решений о выборе.
- Бэккроссинг с использованием маркеров (MABC)
- Обратное скрещивание - это скрещивание F1 с его родителями для переноса ограниченного числа локусов (например, трансгена, локусов устойчивости к болезням и т. Д.) От одного генетического фона к другому. Обычно получателем таких генов является сорт, который уже хорошо себя чувствует, за исключением гена, который должен быть передан. Таким образом, мы хотим сохранить генетический фон генотипов реципиентов, что достигается 4-6 раундами повторных обратных скрещиваний при выборе интересующего гена. Мы можем использовать маркеры всего генома для быстрого восстановления генома за 2-3 раунда обратного скрещивания, что может быть достаточно хорошим в такой ситуации. [ требуется разъяснение ]
- Рекуррентный отбор с помощью маркеров (MARS)
- MARS включает идентификацию и отбор нескольких участков генома (до 20 или даже больше) по сложным признакам в пределах одной популяции.
- Геномный отбор
- Геномный отбор - это новый подход к традиционному отбору с помощью маркеров, при котором отбор осуществляется только на основе нескольких маркеров. [7] Вместо того, чтобы стремиться идентифицировать отдельные локусы, существенно связанные с признаком, геномика использует все данные маркеров в качестве предикторов производительности и, следовательно, обеспечивает более точные прогнозы. Отбор может быть основан на прогнозах геномного отбора, что потенциально может привести к более быстрому и снижению затрат на селекцию. Геномное предсказание объединяет маркерные данные с фенотипическими и родословными (если они есть) в попытке повысить точность предсказания племенных и генотипических значений. [11]
Генетическая трансформация или генная инженерия
Перенос генов делает возможным горизонтальный перенос генов от одного организма к другому. Таким образом, растения могут получать гены от человека, водорослей или любого другого организма. Это дает безграничные возможности в выращивании сельскохозяйственных культур.
Рекомендации
- ^ Voosen P (2009) Молекулярная селекция делает культуры более жесткими и питательными. Маркеры, нокауты и другие технические достижения улучшают селекцию без изменения генов, Scientific American
- ^ Стивен П. Муз * и Рита Х. Мамм (2008) Молекулярная селекция растений как основа для улучшения сельскохозяйственных культур 21-го века, Физиология растений 147: 969-977
- ^ Деккерс, Джек CM; Больница, Фредерик (2002). «Использование молекулярной генетики в улучшении сельскохозяйственных популяций». Природа Обзоры Генетики . 3 (1): 22–32. DOI : 10.1038 / nrg701 . PMID 11823788 .
- ^ CM Деккерс, Джек (2012). «Применение инструментов геномики в животноводстве» . Текущая геномика . 13 (3): 207–212. DOI : 10.2174 / 138920212800543057 . PMC 3382275 . PMID 23115522 .
- ^ Рибо, Дж. М.; де Висенте, Мак; Делэнней, X (апрель 2010 г.). «Молекулярное разведение в развивающихся странах: проблемы и перспективы» . Текущее мнение в биологии растений . 13 (2): 213–218. DOI : 10.1016 / j.pbi.2009.12.011 .
- ^ Холлингтон, Пенсильвания; Стил, Кэтрин А., «Совместная селекция для засухоустойчивых и солеустойчивых культур» , « Достижения в молекулярной селекции для засухоустойчивых и солеустойчивых культур» , Дордрехт: Springer, Нидерланды, стр. 455–478, ISBN 978-1-4020-5577-5, получено 02.10.2020
- ^ а б Meuwissen, THE; Hayes, BJ; Годдард, Мэн (2001-04-01). «Прогнозирование общей генетической ценности с использованием плотных карт маркеров для всего генома» . Генетика . 157 (4): 1819–1829. ISSN 0016-6731 . PMC 1461589 . PMID 11290733 .
- ^ Жаннинк, Жан-Люк; Лоренц, Аарон Дж .; Ивата, Хироёши (01.03.2010). «Геномный отбор в селекции растений: от теории к практике» . Брифинги по функциональной геномике . 9 (2): 166–177. DOI : 10.1093 / bfgp / elq001 . ISSN 2041-2649 . PMID 20156985 .
- ^ Heffner, Elliot L .; Сорреллс, Марк Э .; Жаннинк, Жан-Люк (01.01.2009). «Геномный отбор для улучшения урожая» . Наука о растениеводстве . 49 (1): 1–12. DOI : 10.2135 / cropsci2008.08.0512 . ISSN 1435-0653 .
- ^ "Анализ | Bucklerlab" .
- ^ Годдард, Мэн ; Хейс, Б.Дж. (2007). «Геномный отбор» . Журнал животноводства и генетики = Zeitschrift für Tierzuchtung und Zuchtungsbiologie . 124 (6): 323–30. DOI : 10.1111 / j.1439-0388.2007.00702.x . PMID 18076469 .
дальнейшее чтение
- Бейкер, Р.Дж. (1 сентября 1986 г.). Показатели селекции в селекции растений . CRC Press. ISBN 978-0-8493-6377-1.