目錄
第1章 導論 1
1.1 作物的馴化 1
1.2 早期植物育種 3
1.3 植物育種史上的主要發(fā)展 4
1.3.1 育種和雜交 4
1.3.2 孟德爾遺傳學 5
1.3.3 選擇 5
1.3.4 育種類型和多倍性 5
1.3.5 遺傳多樣性和種質(zhì)保護 5
1.3.6 數(shù)量遺傳學和基因型×環(huán)境互作 5
1.3.7 雜種優(yōu)勢和雜交種育種 6
1.3.8 群體改良 6
1.3.9 細胞全能性、組織培養(yǎng)和體細胞無性系變異 7
1.3.10 遺傳工程和基因轉(zhuǎn)移 7
1.3.11 DNA標記和基因組學 8
1.3.12 公立部門和私營部門的育種工作 8
1.4 遺傳變異 8
1.4.1 交換、遺傳漂變和基因流動 9
1.4.2 突變 9
1.5 數(shù)量性狀：方差、遺傳率和選擇指數(shù) 10
1.5.1 質(zhì)量性狀和數(shù)量性狀 10
1.5.2 等位基因頻率和基因型頻率的概念 11
1.5.3 哈迪溫伯格平衡(HwE) 11
1.5.4 群體平均數(shù)和方差 12
1.5.5 遺傳率 12
1.5.6 選擇響應 13
1.5.7 選擇指數(shù)和多性狀選擇 13
1.5.8 配合力 15
1.5.9 輪回選擇 15
1.6 綠色革命和將來的挑戰(zhàn) 16
1.7 植物育種的目標 17
1.8 分子育種 19
第2章 分子育種工具：標記和圖譜 22
2.1 遺傳標記 22
2.1.1 經(jīng)典標記 23
2.1.2 DNA標記 25
2.2 分子圖譜 44
2.2.1 染色體理論和連鎖 44
2.2.2 遺傳連鎖圖譜 44
2.2.3 遺傳圖譜的整合 55
第3章 分子育種工具：組學與陣列 58
3.1 組學中的分子技術(shù) 58
3.1.1 雙向凝膠電泳 58
3.1.2 質(zhì)譜分析 60
3.1.3 酵母雙雜交系統(tǒng) 61
3.1.4 基因表達的系列分析 63
3.1.5 實時定量PCR 65
3.1.6 抑制性差減雜交 65
3.1.7 原位雜交 66
3.2 結(jié)構(gòu)基因組學 67
3.2.1 基因組結(jié)構(gòu) 67
3.2.2 物理圖譜 68
3.2.3 基因組測序 72
3.2.4 cDNA測序 77
3.3 功能基因組學 79
3.3.1 轉(zhuǎn)錄組學 79
3.3.2 蛋白質(zhì)組學 81
3.3.3 代謝組學 85
3.4 表型組學 88
3.4.1 表型在基因組學中的重要性 89
3.4.2 植物表型組學 89
3.5 比較基因組學 90
3.5.1 比校圖譜 91
3.5.2 共線性 92
3.6 組學中的陣列技術(shù) 96
3.6.1 陣列的產(chǎn)生 97
3.6.2 試驗設計 100
3.6.3 樣品制備 101
3.6.4 標記 101
3.6.5 雜交和雜交后洗滌 102
3.6.6 數(shù)據(jù)采集和量化 102
3.6.7 統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)挖掘 103
3.6.8 蛋白質(zhì)微陣列及其他 104
3.6.9 通用芯片或微陣列 105
3.6.10 應用Ti1ing微陣列進行全基因組分析 107
3.6.11 以陣列為基礎的基因型鑒定 107
第4章 遺傳育種中的群體 109
4.1 群體的特點和分類 109
4.1.1 基于遺傳組成的分類 109
4.1.2 基于遺傳維持的分類 109
4.1.3 基于遺傳背景的分類 110
4.1.4 基于來源的分類 110
4.2 雙單倍體 112
4.2.1 單倍體的產(chǎn)生 113
4.2.2 單倍體植株的二倍體化 120
4.2.3 DH品系的評價 120
4.2.4 DH系的數(shù)量遺傳學 122
4.2.5 DH群體在基因組學中的應用 124
4.2.6 DH在植物育種中的應用 125
4.2.7 局限性和未來的前景 127
4.3 重組自交系(RIL) 127
4.3.1 近交及其遺傳效應 128
4.3.2 RIL的培育 130
4.3.3 RIL群體中的圖距和重組率 131
4.3.4 用RIL構(gòu)建遺傳圖譜 132
4.3.5 互交的RIL和巢式RIL群體 134
4.4 近等基因系(NIL) 135
4.4.1 回交及其遺傳效應 135
4.4.2 產(chǎn)生NIL的其他方法 137
4.4.3 漸滲系庫 138
4.4.4 用NIL進行基因定位的策略 139
4.4.5 用NIL作圖的理論考慮 140
4.4.6 NIL在基因定位中的應用 142
4.5 不同群體的比較：重組率和選擇 142
4.5.1 不同群體的重組率 142
4.5.2 群體構(gòu)建過程中無意識的選擇 143
第5章 植物遺傳資源：管理、評價與創(chuàng)新 147
5.1 遺傳侵蝕和潛在的遺傳脆弱性 148
5.1.1 遺傳侵蝕 148
5.1.2 遺傳脆弱性 150
5.2 種質(zhì)的概念 150
5.2.1 廣義的種質(zhì)概念 150
5.2.2 經(jīng)典的種質(zhì) 153
5.2.3 人工或合成的種質(zhì) 153
5.2.4 原位或異位保存 154
5.3 收集/獲取 155
5.3.1 種質(zhì)收集的幾個問題 156
5.3.2 核心種質(zhì) 157
5.4 保存、復壯和繁殖 160
5.4.1 離體保存技術(shù) 161
5.4.2 超低溫儲藏 163
5.4.3 合成種子和DNA的儲存 163
5.4.4 復壯和繁殖 164
5.5 資源評價 164
5.5.1 標記輔助種質(zhì)評價 165
5.5.2 離體評價 167
5.5.3 遺傳多樣性 167
5.5.4 收集資源的冗余和缺失 174
5.5.5 遺傳漂移和基因流 175
5.5.6 特異種質(zhì) 177
5.5.7 等位基因挖掘 178
5.6 種質(zhì)創(chuàng)新 179
5.6.1 種質(zhì)樣本的純化 180
5.6.2 種質(zhì)創(chuàng)新中的組織培養(yǎng)和轉(zhuǎn)化 180
5.6.3 種質(zhì)改良中的基因漸滲 181
5.7 信息管理 181
5.7.1 信息系統(tǒng) 181
5.7.2 數(shù)據(jù)采集的標準化 182
5.7.3 信息整合與利用 183
5.8 前景展望 184
第6章 復雜性狀的分子剖析：理論 188
6.1 基于單標記的方法 190
6.1.1 假設 190
6.1.2 標記平均數(shù)的比較 192
6.1.3 方差分析 194
6.1.4 回歸方法 195
6.1.5 似然方法 195
6.2 區(qū)間作圖 196
6.2.1 假設 196
6.2.2 似然方法 197
6.3 復合區(qū)間作圖 200
6.3.1 基礎 200
6.3.2 模型 200
6.3.3 似然分析 201
6.3.4 假設檢驗 201
6.3.5 選擇標記作為輔助因子 202
6.3.6 完備區(qū)間作圖 203
6.4 多區(qū)間作圖 203
6.4.1 多區(qū)間作圖模型和似然分析 204
6.4.2 模型選擇 205
6.4.3 估計基因型值和QTL效應的方差分量 207
6.5 多個群體或雜交組合 208
6.5.1 試驗設計 208
6.5.2 多個雜交組合的QTL分析 209
6.5.3 合并分析 211
6.6 多個QTL 211
6.6.1 多個QTL的現(xiàn)實性 211
6.6.2 選擇一類QTL模型 212
6.6.3 多個具有上位性的QTL 213
6.7 貝葉斯作圖 214
6.7.1 貝葉斯作圖的優(yōu)點 214
6.7.2 貝葉斯作圖統(tǒng)計學概述 214
6.7.3 貝葉斯作圖方法 215
6.8 連鎖不平衡作圖 218
6.8.1 為什么要進行連鎖不平衡作圖？ 218
6.8.2 連鎖不平衡的度量 219
6.8.3 影響連鎖不平衡的因素 222
6.8.4 連鎖不平衡作圖的方法 224
6.8.5 連鎖不平衡作圖的應用 227
6.9 元分析 229
6.9.1 QTL位置的元分析 229
6.9.2 QTL圖譜的元分析 230
6.9.3 QTL效應的元分析 231
6.9.4 元分析的例子 231
6.10 計算機作圖 233
6.10.1 優(yōu)點和缺點 233
6.10.2 混合模型方法 233
6.10.3 統(tǒng)計功效 234
6.11 樣本容量、功效和閾值 235
6.11.1 功效與樣本容量 235
6.11.2 交叉驗證與樣本容量 238
6.11.3 QTL位置的置信區(qū)間 239
6.11.4 QTL閾值 240
6.11.5 錯誤發(fā)現(xiàn)率 242
6.12 總結(jié)和前景 244
第7章 復雜性狀的分子剖析：實踐 245
7.1 QTL分離 245
7.1.1 作圖方法 246
7.1.2 對等位基因分散的篩選 250
7.2 復雜性狀的QTL 253
7.2.1 性狀組分 253
7.2.2 相關(guān)性狀 254
7.2.3 質(zhì)量-數(shù)量性狀 255
7.2.4 種子性狀 256
7.3 跨物種的QTL作圖 257
7.4 跨遺傳背景的QTL 259
7.4.1 同質(zhì)的遺傳背景 259
7.4.2 異質(zhì)的遺傳背景 260
7.4.3 上位性 262
7.4.4 一個基因座上的復等位基因 265
7.5 不同生長和發(fā)育階段的QTL 266
7.5.1 動態(tài)性狀 266
7.5.2 動態(tài)作圖 267
7.5.3 動態(tài)作圖的統(tǒng)計方法 268
7.6 多性狀和基因表達 269
7.6.1 基因表達的特點 269
7.6.2 植物中eQTL的例子 271
7.7 選擇性基因型鑒定和DNA混合分析 273
7.7.1 主基因控制的性狀 273
7.7.2 數(shù)量性狀 274
7.7.3 選擇性基因型鑒定和DNA混合分析的功效 275
7.7.4 選擇性基因型鑒定和DNA混合分析的應用 278
第8章 標記輔助選擇：理論 281
8.1 標記輔助選擇的組分 282
8.1.1 遺傳標記和圖譜 283
8.1.2 標記的表征 284
8.1.3 標記性狀關(guān)聯(lián)的驗證 285
8.1.4 基因型鑒定和高通量基因型鑒定系統(tǒng) 287
8.1.5 數(shù)據(jù)管理和傳送 287
8.2 標記輔助的基因漸滲 288
8.2.1 標記輔助的前景選擇 289
8.2.2 標記輔助的背景選擇 292
8.2.3 BC世代中的供體基因組含量 296
8.2.4 基因漸滲中的連鎖累贅 298
8.2.5 基因組大小對基因漸滲的影響 299
8.2.6 攜帶者染色體上的背景選擇 300
8.2.7 遺傳背景的全基因組選擇 301
8.2.8 通過重復回交的多基因漸滲 302
8.3 標記輔助的基因聚合 303
8.3.1 基因聚合方案 305
8.3.2 雜交和選擇策略 309
8.3.3 不同性狀的基因聚合 311
8.3.4 標記輔助的輪回選擇與基因組選擇的比較 312
8.4 數(shù)量性狀的選擇 314
8.4.1 根據(jù)表型值進行選擇 314
8.4.2 根據(jù)標記得分進行選擇 315
8.4.3 指數(shù)選擇 316
8.4.4 基因型選擇 319
8.4.5 綜合的標記輔助選擇 319
8.4.6 標記輔助選擇的響應 320
8.5 長期選擇 323
8.5.1 玉米中的長期選擇 324
8.5.2 水稻中的歧化選擇 330
第9章 標記輔助選擇：實踐 332
9.1 標記輔助選擇的選擇方案 333
9.1.1 不用測交或后裔測定的選擇 333
9.1.2 獨立于環(huán)境的選擇 333
9.1.3 不需要繁重的田間工作或密集的實驗室工作的選擇 334
9.1.4 育種早期的選擇 334
9.1.5 對多個基因和多個性狀的選擇 334
9.1.6 全基因組選擇 334
9.2 標記輔助選擇應用中的瓶頸 335
9.2.1 有效的標記性狀關(guān)聯(lián) 338
9.2.2 有成本效益的高通量基因型鑒定系統(tǒng) 338
9.2.3 表型鑒定和樣品追蹤 339
9.2.4 上位性和基因×環(huán)境互作 339
9.3 降低成本增加規(guī)模和效率 340
9.3.1 成本效益分析 340
9.3.2 基于種子DNA的基因型鑒定和MAS系統(tǒng) 342
9.3.3 整合多樣性分析、遺傳作圖和MAS 344
9.3.4 建立同時改良多個性狀的育種策略 345
9.4 最適合MAS的性狀 345
9.4.1 需要測交或后裔測定的性狀 345
9.4.2 依賴于環(huán)境的性狀 348
9.4.3 種子性狀和品質(zhì)性狀 350
9.5 標記輔助的基因漸滲 352
9.5.1 從野生近緣種的標記輔助基因漸滲 353
9.5.2 從優(yōu)良種質(zhì)的標記輔助基因漸滲 355
9.5.3 耐旱性的標記輔助漸滲 356
9.5.4 品質(zhì)性狀的標記輔助基因漸滲 357
9.6 標記輔助的基因聚合 358
9.6.1 主基因的聚合 359
9.6.2 通過標記輔助輪回選擇的基因聚合 362
9.7 標記輔助的雜交種預測 362
9.7.1 雜種優(yōu)勢的遺傳基礎 363
9.7.2 雜種優(yōu)勢群 366
9.7.3 標記輔助的雜交種預測 369
9.8 機遇和挑戰(zhàn) 373
9.8.1 分子工具和育種系統(tǒng) 373
9.8.2 與特定作物相關(guān)的問題 374
9.8.3 數(shù)量性狀 374
9.8.4 遺傳網(wǎng)絡 375
9.8.5 發(fā)展中國家的標記輔助選擇 375
第10章 基因型×環(huán)境互作 377
10.1 多環(huán)境試驗 378
10.1.1 試驗設計 379
10.1.2 基本的數(shù)據(jù)分析和解釋 380
10.2 環(huán)境的刻畫 382
10.2.1 環(huán)境的分類 383
10.2.2 GIS和環(huán)境刻畫 386
10.2.3 選擇試驗地點 389
10.3 基因型表現(xiàn)的穩(wěn)定性 390
10.3.1 研究GEI的線性雙線性模型 391
10.3.2 GGE雙標圖分析 393
10.3.3 混合模型 395
10.4 GEI的分子剖析 397
10.4.1 環(huán)境因素的剖分 398
10.4.2 跨環(huán)境的QTL作圖 399
10.4.3 結(jié)合了GEI的QTL作圖 401
10.4.4 MET和基因型數(shù)據(jù)的應用 405
10.5 GEI的育種 405
10.5.1 資源有限環(huán)境的育種 406
10.5.2 對適應性和穩(wěn)定性的育種 407
10.5.3 育種計劃中GEI的度量 408
10.5.4 QEI的MAS 409
10.6 展望 410
第11章 基因的分離和功能分析 412
11.1 計算機預測 414
11.1.1 基于證據(jù)的基因預測 415
11.1.2 基于同源性的基因預測 415
11.1.3 從頭開始的基因預測 418
11.1.4 通過綜合的方法預測基因 419
11.1.5 根據(jù)基因組序列檢測蛋白質(zhì)功能 420
11.2 基因分離的比較法 421
11.2.1 比較法的基因組學基礎 421
11.2.2 比較分析中涉及的實驗程序 422
11.2.3 主效基因輔助的QTL克隆 424
11.3 基于cDNA測序的克隆 426
11.3.1 EST的產(chǎn)生 426
11.3.2 全長cDNA的產(chǎn)生 427
11.3.3 全長cDNA的測序 428
11.3.4 鑒定基因的定向EST篩選 428
11.3.5 用于基因發(fā)現(xiàn)與注釋的全長cDNA 429
11.4 定位克隆 429
11.4.1 定位克隆的理論考慮 429
11.4.2 定位克隆的例子 433
11.5 通過誘變鑒定基因 436
11.5.1 突變體群體的產(chǎn)生 437
11.5.2 插入誘變 438
11.5.3 非標簽誘變 443
11.5.4 RNA干擾 446
11.5.5 通過誘變分離基因 447
11.6 基因分離的其他方法 449
11.6.1 基因表達分析 450
11.6.2 使用同源探針 451
第12章 轉(zhuǎn)基因和遺傳修飾植物 453
12.1 植物組織培養(yǎng)和遺傳轉(zhuǎn)化 453
12.1.1 植物組織培養(yǎng) 453
12.1.2 遺傳轉(zhuǎn)化 453
12.1.3 重要植物遺傳轉(zhuǎn)化的發(fā)展 456
12.2 遺傳轉(zhuǎn)化方法 456
12.2.1 農(nóng)桿菌介導的遺傳轉(zhuǎn)化方法 456
12.2.2 微粒轟擊 458
12.2.3 電擊法和其他直接轉(zhuǎn)化法 461
12.3 表達載體 462
12.3.1 雙元載體 463
12.3.2 基于Gateway的雙元載體 465
12.3.3 轉(zhuǎn)化載體的選擇 466
12.4 基因選擇標記 466
12.4.1 選擇標記的功能 467
12.4.2 植物的標記基因 467
12.4.3 正向選擇 470
12.4.4 轉(zhuǎn)基因植物中選擇標記基因的去除 471
12.5 基因整合、表達和定位 473
12.5.1 外源基因的整合 473
12.5.2 外源基因的表達 474
12.5.3 轉(zhuǎn)基因植株的鑒定和功能分析 474
12.5.4 報告基因 476
12.5.5 啟動子 478
12.5.6 基因失活 479
12.6 轉(zhuǎn)基因疊加 480
12.6.1 有性雜交 480
12.6.2 質(zhì)粒輔助共轉(zhuǎn)化 482
12.6.3 微粒轟擊下的共轉(zhuǎn)化 482
12.7 轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化 483
12.7.1 商業(yè)目的 484
12.7.2 轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化現(xiàn)狀 485
12.7.3 轉(zhuǎn)基因作物的監(jiān)管 488
12.7.4 產(chǎn)品釋放和市場營銷策略 489
12.7.5 轉(zhuǎn)基因監(jiān)測 490
12.8 展望 491
第13章 知識產(chǎn)權(quán)和植物品種保護 492
13.1 知識產(chǎn)權(quán)和植物育種家的權(quán)利 492
13.1.1 知識產(chǎn)權(quán)的基本方面 492
13.1.2 植物育種中的知識產(chǎn)權(quán) 493
13.2 植物品種保護：需求和影響 494
13.2.1 作物品種保護的需求 494
13.2.2 植物品種保護的影響 497
13.3 涉及植物育種的國際協(xié)定 500
13.3.1 UPOV公約和國際植物新品種保護聯(lián)盟 500
13.3.2 1983年《國際植物遺傳資源約定》 504
13.3.3 1992年《生物多樣性公約》 505
13.3.4 1994年TRIPS協(xié)定 506
13.3.5 2001年糧食和農(nóng)業(yè)植物遺傳資源國際條約 507
13.4 植物品種保護策略 508
13.4.1 植物品種保護或植物育種者權(quán)利 508
13.4.2 專利 509
13.4.3 生物學的保護 510
13.4.4 種子法 511
13.4.5 合同法 512
13.4.6 品牌和商標 512
13.4.7 商業(yè)秘密 513
13.5 影響分子育種的知識產(chǎn)權(quán) 513
13.5.1 基因轉(zhuǎn)化技術(shù) 513
13.5.2 標記輔助植物育種 522
13.5.3 產(chǎn)品開發(fā)和商業(yè)化 524
13.6 分子技術(shù)在植物品種保護中的應用 525
13.6.1 DUS測試 525
13.6.2 實質(zhì)性派生品種 526
13.6.3 品種鑒定 528
13.6.4 種子認證 529
13.6.5 種子提純 529
13.7 植物品種保護的實踐 530
13.7.1 歐盟的植物品種保護 530
13.7.2 美國的植物品種保護 530
13.7.3 加拿大的植物品種保護 531
13.7.4 發(fā)展中國家的植物品種保護 531
13.7.5 參與式植物育種和植物品種保護 532
13.8 展望 532
13.8.1 擴展和執(zhí)法 532
13.8.2 實施PVP的管理挑戰(zhàn) 533
13.8.3 國際植物新品種保護聯(lián)盟的更新需要 534
13.8.4 遺傳資源使用中的協(xié)作 535
13.8.5 技術(shù)和知識產(chǎn)權(quán)的相互作用 535
13.8.6 種子保存和植物品種保護 536
13.8.7 其他植物產(chǎn)品 537
第14章 育種信息學 539
14.1 信息驅(qū)動的植物育種 539
14.1.1 信息學基礎 540
14.1.2 生物信息學和植物育種之間的空白 541
14.1.3 信息管理和數(shù)據(jù)分析的通用系統(tǒng) 542
14.1.4 將信息轉(zhuǎn)化成新品種 542
14.2 信息收集 543
14.2.1 數(shù)據(jù)收集方法 543
14.2.2 種質(zhì)信息 544
14.2.3 基因型信息 546
14.2.4 表型信息 549
14.2.5 環(huán)境信息 550
14.3 信息整合 551
14.3.1 數(shù)據(jù)標準化 552
14.3.2 通用數(shù)據(jù)庫的開發(fā) 552
14.3.3 規(guī)范化詞表和語義學的使用 553
14.3.4 可互操作的查詢系統(tǒng) 555
14.3.5 冗余數(shù)據(jù)濃縮 556
14.3.6 數(shù)據(jù)庫整合 556
14.3.7 以工具為基礎的信息整合 557
14.4 信息檢索和挖掘 557
14.4.1 信息檢索 557
14.4.2 信息挖掘 560
14.5 信息管理系統(tǒng) 562
14.5.1 實驗室信息管理系統(tǒng) 562
14.5.2 育種信息管理系統(tǒng) 563
14.5.3 國際作物信息系統(tǒng) 564
14.5.4 其他的信息學工具 566
14.5.5 信息學工具的未來需要 567
14.6 植物數(shù)據(jù)庫 568
14.6.1 序列數(shù)據(jù)庫 570
14.6.2 通用的基因組學和蛋白質(zhì)組學數(shù)據(jù)庫 572
14.6.3 通用的植物數(shù)據(jù)庫 574
14.6.4 單個植物的數(shù)據(jù)庫 579
14.7 育種信息學的前景 585
第15章 決策支持工具 586
15.1 種質(zhì)和育種群體的管理與評價 587
15.1.1 種質(zhì)管理和評價 587
15.1.2 育種群體管理 590
15.2 遺傳作圖和標記-性狀關(guān)聯(lián)分析 592
15.2.1 構(gòu)建遺傳圖譜 592
15.2.2 以連鎖為基礎的QTL作圖 592
15.2.3 eQTL作圖 595
15.2.4 基于連鎖不平衡的QTL作圖 595
15.2.5 基因型×環(huán)境互作分析 598
15.2.6 比較作圖和一致圖譜 599
15.3 標記輔助選擇 600
15.3.1 MAS有法和實施 601
15.3.2 標記輔助的自交系和綜合品種培育 602
15.4 模擬和建模 602
15.4.1 模擬和建模的重要性 602
15.4.2 模擬中使用的遺傳模型 603
15.4.3 一個用于遺傳學和育種的模擬模塊：QULINE 606
15.4.4 模擬和建模的將來 607
15.5 設計育種 608
15.5.1 親本的選擇 609
15.5.2 育種產(chǎn)品預測 609
15.5.3 選擇方法評價 610
15.6 展望 611
分子植物育種：進展與展望——中文版跋 613
原書參考文獻 643
譯后記 733
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