回交育种

第六章回交育种

一、概念

两个品种杂交后,子一代与其亲本之一再进行杂交,称为回交。

A× B F1× B BC1,

BC1× B BC2……

采用一次或多次回交的育种方法,称为回交育种。

回交育种图示

二、表示方法

[(A X B) X A] X A……;

A3 X B;

A X 3 / B

轮回亲本(recurrent parent)与非轮回亲本(non-recurrent parent)

用于多次回交的亲本称轮回亲本(亲本A);只在第一次杂交时应用的亲本称非轮回亲(亲本B)。 [(A X B) X A] X A……

受体亲本(receptor)与供体亲本(donor)

有利性状(目标性状)的接受者,称受体亲本(亲本A);目标性状的提供者,称供体亲本(亲本B)。

[(A X B) X A] X A……

第一节回交育种的意义及遗传效应

一、回交育种的意义

回交育种法速度快,在改良作物品种个别缺点时是一种快速有效方法

二、回交的遗传效应

?在回交杂合基因群体中,杂合基因型逐渐减少,纯合基因型相应地增加,纯合基因型变化的频率是(1-1/2r)n (n为杂种的杂合基因对数,r为回交的次数),其中纯合基因型仅为轮回亲本的基因型。

一对基因自交和回交群体内aa型个体的比率(%)

回交育种

回交的遗传效应

假设二亲本只有一对基因的差异:

不论是回交还是自交,每增加一个世代,杂合体减少 1/2 ,纯合体增加 1/2 ;所不同的是在自交后代,纯合体中 AA 和 aa 基因型各占一半,

100 99.22

98.44

96.88

93.75

87.5

75

50.0

Aa×aa

50 49.61

49.22

48.44

46.88

43.75

37.5

25.0

Aa×Aa

8 7

6

5

4

3

2

1

世代数

而回交后代的全部纯合体均属于与轮回亲本相同的 AA 基因型。

?1. 在不加选择的情况下,回交的最后产物为轮回亲本;

在选择的情况下可得到非轮回亲本的目标性状 + 轮回亲本综合性状的后代,即将供体亲本的目标性状转移到受体亲本。

2. 有利打破连锁

若非轮回亲本中目标性状基因与不良基因连锁时,则轮回亲本优良基因置换非轮回亲本的相应不良基因的进程将要减缓,其减缓程度依连锁的紧密程度即交换价( C )的大小而异。

例:抗病亲本乙(抗病基因 R 与不良基因 b 连锁):

?在不施加选择的条件下,轮回亲本的相对基因置换连锁的不良基因的获得重组的机率是:1-(1-P)m+1

其中 P 是连锁基因的重组率, m 是回交次数

?就一种纯合基因型来说,回交比自交达到某种纯合基因型个体的频率快。

三、回交育种步骤

AB杂交,A为轮回亲本,B为抗病亲本,抗病性为显性,F1回交于A,从回交一代中选择抗病株回交于A,从二次回交一代中选择抗病株回交于A,从三次回交一代中选择抗病株回交于A,四次回交F1自交并选择优良抗病株,自交选择抗病株种成株系,选择农艺性状优良的抗病株系

A×B→ F1×A→ BC1F1×A→ BC2F1×A→ BC3F1×A→ BC4F1→ BC4F2

三、回交育种步骤

1. 双亲杂交, F 1回交于轮回亲本;

2. 从回交后代中选择具有目标性状(象非轮回亲本)和综合性状(象轮回亲本)的植株与轮回亲本连续回交;

3. 自交纯化,在自交过程中选择具有目标性状且农艺性状优良的植株及稳定系统。

4. 按常规进行产量比较试验,区域试验,生产试验。

第二节回交育种方法

一、回交亲本选择

n轮回亲本(或受体亲本)

轮回亲本是接受改良的对象,要求综合性状好、适应性强、有丰产潜力。应选用在当地栽培时间长,综合性状好的推广品种或最有希望推广的优良品种。这些品种某一、二个性状存在缺点。这些缺点经回交可以得到改良,并在改良后仍能在生产上有较长时期的使用价值。

n非轮回亲本(或供体亲本):

供体亲本是目标性状的提供者,它必须具备轮回亲本所缺少的那一、二个优良性状,而且这一、

二个优良性状要非常突出。控制该性状的基因只能有一、两个,最好是显性的,以利于回交后代的选择。

尽可能没有严重缺点。

二、回交后代的选择

(一)质量性状基因的回交转育

1.当被转移的目标性状为显性时

轮回亲本非轮回亲本

P 甲AABBcc×aabbCC 乙

回交育种

F1A a B bC c×AABBcc

BC1A—B—C c

回交育种

回交育种

回交育种

BC2 A—B—C c

BC3F1A—B—C c

BC3F2A—B—C—

BC3F3AABB CC 由一对显性基因控制的性状转移每代

选择

的性状为乙的输出性状

??

2. 当被转移的目标性状为隐性时

回交育种

回交育种

(1)同时进行回交和自交 (2)每次回交之前均自交一次

回交育种

回交育种

回交育种

回交育种

每代选择的性状为乙 的输出性状

(二)数量性状基因的回交转育 ü控制某一性状的基因的数目:

当控制某一性状的基因数目增加时,回交后代出现目标性状基因型的比例势必减少。为了导入目标性状基因,必须种植的植株数应当增加。所以数量性状转育的第一个问题是回交后代必须有相当大的群体。进行数量性状基因的转育,尤其要注意非轮回亲本的选择。尽可能选择目标性状比预期要求更好和更高的材料,才能达到理想的回交育种的结果。

ü环境条件对目标性状基因表现的影响

回交能否成功决定于每一世代对基因型的准确鉴定。当环境条件对性状的表现有重大影响时,鉴

轮回亲本 非轮回亲本

P 甲 aabb CC × AABB cc òò

F 1 A a B bC c × aabb CC

BC 1

A —B

BC 2

A —

BC 3F 1 A —B BC 3F 2 A —B —cc

BC 3F 3

aabb cc

由一对隐性基因控制的性状转移 ?

?

定便比较困难。在这样情况下,最好每回交一次,接着就进行自交一次,并在BC1F2群体进行选择。三、回交的次数

在回交工作中,根据育种目标及亲本性状差异的大小,通常进行4—5次回交,即可恢复轮回亲本的大部分优良性状。

原则:回交次数以轮回亲本的特征特性基本得到恢复为准。一般双亲差异小,回交次数可少些;相反,亲本差异大,或目标性状与不良性状连锁时,应适当增加回交次数。

1. 轮回亲本性状的恢复在不存在基因连锁的情况下,如果双亲间有n对基因差异,则回交t次以后,从轮回亲本导入基因的纯合体比率可按公式(1-1/2t)n计算出来。

2. 非轮回亲本的目标性状和不利性状连锁的程度:

假如用C表示重组率,那么打破不利的连锁,获得希望的重组类型的机率为1-(1-C)t。 t是表示回交的次数

3. 严格选择有助于轮回亲本性状的迅速恢复,可以减少回交次数。

早期世代在回交群体中,除必须选择非轮回亲本的目标性状外,针对轮回亲本的性状也严格进行选择,这样做对轮回亲本性状的恢复有利,相应地可以减少回交的次数。

四、回交中所需要的植株数

log(1-a )

M ≥

log(1-p)

m代表所需的植株数,p代表在杂种群体中合乎需要的基因型的期望比率,α代表机率平准。

五、回交方法

1. 逐步回交法(stepwise backcross method)

即在同一回交方案中同时转移几个目标性状基因。选择几个分别具有不同目标性状基因的供体亲本,这几个亲本的基因应该都是独立遗传的。先以一个供体亲本进行性状转移,获得一个性状得到改良的材料后,再以它为轮回亲本,进行第二个性状的转移,如此等等。

?2、双回交法

(1)分散在A和B两个品种内时,先将A和B杂交,并用其F1分别同轮回亲本A和B进行回交。

(2)从每次回交后代群体中,选取具有轮回亲本优良性状的个体再进行回交数次。

(3)最后一次回交后进行自交,育成两个品系,一个具有B品种优良性状的A品系,一个具有A品种优良性状的B品系。

(4)将A和B两个品系杂交,再自交,就会育成优于双亲的改良品种。

回交育种

3、聚合回交法—convergent backcross method

B × A 1 × A

BC 1

× A

BC 2 × A

BC 3

B × A

B ×

F 1 B × BC 1 B × BC 2

BC3

BC 3F 2 × BC 3F 2 自交

自交

F 1 F 2 自交

选出优于双亲的品种

双回交法在玉米上的应用示意图 每代选种皮柔嫩,具有香味的个体进行回交

在几个不同的回交方案中分别地转移不同基因,最后通过杂交将它们组合于同一个体中。

在玉米的自交系改良中应用:

根据超亲积累与回交结合原理的聚合杂交(聚合回交)

第一年A×B A×C A×D A×E A占50%

第二年A2×B A2×C A2×D A2×E A占75% 第三年A3×B A3×C A3×D A3×E A占88% 第四年A4×B A4×C A4×D A4×E A占94% 第五年××A占94%

第六年×

A(BCDE)

第三节回交育种的用途

1. 用于改良品种的个别缺点,而保持其优良性状是抗病育种的有效手段,当优良品种感染某种病害时,

可将抗病品种作为非轮回亲本,以原品种做轮回亲本,将抗病基因导入原品种中,育成抗病且具有原品种全部优良性能的新品种。

2. 杂种优势利用中,不育系和恢复系的转育

3. 用于远缘杂交,解决杂种不育和分离世代过长等问题

例:(籼×粳)×籼——偏籼型

(籼×粳)×粳——偏粳型

草棉与陆地棉杂交,用陆地棉的花粉回交可提高杂种的结实率。

4. 打破基因连锁

例:抗病亲本乙(抗病基因 R 与不良基因 b 连锁):

回交育种

?5. 选育近等基因系和多系品种

如:抗病的多系品种,选择一个综合性状好的品种为轮回亲本同具有不同抗病基因的非轮回亲本回交.育成以A品种为遗传背景但具有不同抗性基因的近似品系,然后根据需要混合其中若干品系组成多系品种用于生产。

第四节回交育种法的应用价值及其局限性

应用价值:

既可保持轮回亲本的基本性状,又增添了非轮回亲本特定的目标性状。

育种群体比杂交育种所需的群体小,在回交育种过程中,主要是针对被转移的目标性状进行选择,所以可以利用温室、异地或异季加代以缩短育种年限。

有利于打破目标基因与不良基因间的连锁,增加基因重组频率,提高优良重组类型出现的机率。

用回交法育成的品种形态上与轮回亲本大体相似,在轮回亲本品种的推广地区容易为农民所接受。

局限性

如果轮回亲本选择得不恰当,则回交改良的品种往往不能适应农业生产发展的要求。虽可以逐步回交法,但延长了育种年限。

往往仅限于由少数主基因控制的性状,至于改良数量性状则比较困难,

回交的每一世代都需进行人工杂交,工作量很大。

目标基因可能存在多效性,或目标基因与不利基因紧密连锁仍是回交育种中需要克服的重大障碍。 回交群体回复为轮回亲本基因型经常出现一些偏离。

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