林木分子标记研究及其在育种中的应用

林木分子标记研究主要包括林木遗传连锁图谱构建、比较基因组研究、数量性状位点定位、标记辅助选择、系统演化及群体遗传变异和多样性等内容。迄今已有近 2 0个树种构建了基因组遗传连锁图谱 ,少数树种进行了目标性状位点定位研究 ,定位了为数不多的与分子标记连锁的数量性状位点。林木分子标记已在育种策略制定、辅助选择育种、基因型鉴别 ,以及目的基因的分离和克隆等分子育种研究中广泛应用。     

松树分子标记辅助育种研究进展

松树是世界上森林生态系统和人工林的重要树种,松树的遗传改良开展早,进展快,成效大.分子标记技术为缩短育种周期,提高育种效率提供了有力的工具.本文回顾了世界上松树分子标记遗传图谱构建、比较遗传作图、数量性状位点定位和标记辅助选择的研究进展.已经构建遗传连锁图的林木有13个属,近40个树种,其中松树占40%,而大多数松树遗传图谱仍然是不完整的,不能覆盖全基因组;比较遗传作图显示松属树种具有高度的遗传保守性;数量性状位点(QTL)定位表明,大多数性状的遗传基础存在着主效基因,为开展分子标记辅助选择提供了良好的基础.杂种松部分重要性状的遗传控制中存在着树种效应,对标记辅助选择和育种策略的制订具有指导意义.     

林木植物的全基因组选择

基因组选择(GS,也称全基因组选择)是利用捕捉到一个乃至多个数量性状大多数基因位点的全基因组标记估计基因组育种值(即所有标记效应的总和),并以此对目标性状进行选择的方法。目前,这种新的选择方法正在给家畜育种实践带来一场革命性的变化。同样的方法和设想也适用于林木育种。事实上,漫长的世代时间以及大多数复杂性状晚期表达的特性历来都是林木育种所面临的巨大困难和挑战。不仅如此,林木植物还具备诸多其它的有利条件有助于GS的开展和应用,例如:易于收集并建立较大的参考群体且某些性状已作过准确的表型分析;一些改良群体的连锁不平衡(LD)程度较高,这其中包括林木高世代育种程序中所常用到的一些有效群体大小(Ne)较小的群体。本研究利用确定性方程就LD(通过Ne和标记间距离进行模拟),训练集的大小,性状遗传力,以及数量性状位点(QTL)的数目等因素对GS的预期准确性的影响进行了分析评估。结果显示,GS有可能使树木育种的有效性得到根本性的提高。当Ne≤30时,即便标记密度仅大约2个标记/厘摩(cM),采用GS就能达到传统BLUP(最佳线性无偏预测)选择的基准精度。不过,当Ne较大时,标记密度则需达到20个标记/cM。采用GS可使育种周期缩短50%,进而使育种效率增加100%或以上。随着技术的快速进步和基因分型成本的下降,我们谨慎而乐观地看好GS在加速树木育种进程和提高育种效率上的巨大潜力。不过,在将此项技术推广应用之前,尚需作进一步的模拟研究及概念验证试验。     

林木分子标记研究进展

分子标记技术大大促进了林木有关研究的发展,林木分子标记研究主要包括林木遗传连锁图谱构建,比较基因组研究,数量性状位点定位,标记辅助选择,系统演化及群体遗传变异和多样性等内容。迄今,已有近２０个树种构建了基因组遗传连锁图谱,少数树种还进行了基因研究。     

分子标记技术在林木遗传育种中的应用

分子标记是一种新型的遗传标记,它为包括林木在内的植物遗传育种研究提供了新的手段,在缩短育种周期、提高育种效益等方面展现了广阔的应用前景。本文着重介绍分子标记技术在林木遗传育种中的应用：（１）指纹图谱绘制和基因型鉴定;（２）种质资源和育种群体的遗传结构分析;（３）遗传连锁图谱构建;（４）数量性状定位;（５）分子标记辅助选择;（６）目的基因定位与分离。     

分子标记辅助选择在林木育种中的应用

历史上,数量遗传学被认为是指导林木育种的唯一有效工具,这有两个方面的原因：第一,在林木上具有重要经济价值的性状,如树干材积生长、木材纤维长度及适应性等,均是以数量方式遗传的性状,并且控制这些性状的每一个过程是假设受微效多基因所控制的;第二,林木具有很长的世代间隔,很高的遗传杂合性和很高的遗传负荷,这些特性限制了一些经典的遗传材料,如近交系,突变体及特异类型的产生。然而,传统的数量遗传学方法用于指导林木育种的实践并不是完美无缺的。林木个体高大,占地面积大,且大多栽植在非农用耕地上,这样的环境异质性在很大程度上影响性状遗传力的提高,有些林木树种人工杂交比较困难,很难获得足够大的家系,从而产生不平衡的交配设计。Ｎａｍｋｏｏｎｇ 和Ｒｏｂｅｒｄｓ（１９７６） 认为,不平衡的交配设计很难获得准确的遗传参数估计。到目前为止,大多数成功的林木育种方案往往都是基于对表型的简单选择。这种表型选择不能利用林木固有的非加性效应,以及对异质环境的反应潜能,因而育种效果是极为有限的。分子标记技术为现代数量遗传学的发展提供了新的方向。通过利用中性标记与影响数量性状的位点（ＱＴＬ） 之间的连锁关系,人们已经提出了一套统计方法用来鉴定重要的Ｑ     

常规林木育种研究现状与发展趋势

常规林木育种最重要的途径是利用树种现有的自然遗传变异以及利用育种手段创造遗传变异,通过选择获得优良品种,使目的性状在遗传上得到改良。把常规育种的分阶段遗传试验如种源试验、子代测定等整合到同一试验,以及对多个性状的综合选择,使传统的田间试验所需时间大大缩短,缩短育种周期,加速育种进程,为育种项目带来巨大的经济效益。另一方面,随着计算机技术的迅速发展,进行复杂模拟和运算的能力不断提高,使育种值估计和预测的精确度越来越高,也使采用复杂的试验设计成为可能。随着许多林木育种项目进入高世代,多世代育种受到日益广泛的重视。在育种群体或种子园内,通过建立优化育种模型对遗传材料进行优化配置。未来林木育种策略和育种目标将会把育种成本等经济因素考虑在内,根据育种项目的经济效果来确定育种方法。育种新技术必须以常规育种项目为依托,才能真正发挥作用。     

RAPD技术在林木遗传育种中的应用

RAPD是用以检测种一级水平基因多样性的分子遗传标记技术。该文对RAPD标记的基本原理进行了介绍 ,并综述了近年来RAPD分子标记在林木种质资源研究 ,分子遗传图谱的构建 ,数量性状位点定位 ,分子标记辅助育种 ,群体遗传结构及多样性等方面的应用 ,最后指出了存在的问题与展望     

单核苷酸多态性的检测及其在林木育种中的应用

单核苷酸多态性(sNP),被称为第三代遗传标记,广泛存在于植物基因组中,其位点丰富,遗传稳定性高,在遗传图谱构建、生物多样性研究、基因定位、关联分析等方面都具有重要的作用,目前已经成为医学研究的重要工具,而在木育种研究中的使用尚处于起步阶段.综述了用于植物SNP研究的主要方法和当前SNP分子标记技术在林木育种中应用的研究进展.并展望了其在林木育种中的应用前景.     

松树基因组学研究进展

介绍在松树遗传群体育种中遗传标记的特点,并总结遗传图谱构建、数量性状基因定位和与功能基因组相关的EST序列的研究进展,并对目前分子标数量性状基因定位和基因组在松树育种中应用的局限性、存在问题和未来发展方向进行了讨论。     

林木基因型与环境互作的研究方法及其应用

我国是全球第一大木材进口国和第二大木材消费国,木材对外依存度已连续多年超过50%。然而,我国每公顷森林年均生长量约为林业发达国家水平的一半,这说明我国林木育种水平与林业发达国家相比仍有较大差距。因此,加强林木的规模化试验与精准遗传评估,通过林木良种的精确选育与推广对提高我国人工林的生产力水平具有重要意义。基因型与环境互作是林木规模化试验与精准遗传评估的重要环节之一。基因型与环境互作(G×E)是指基因型的相对表现在不同环境下缺乏稳定性,表现为不同环境下基因型排序变化或基因型间差别不恒定。现有研究证实,林木G×E很普遍且通常很大,要找到具有广泛适应性的优良基因型往往较困难。由于G×E会减小遗传力和遗传增益,因此了解G×E效应及其驱动环境因子,对育种设计、良种选育和种苗配置至关重要。本文归纳了目前研究G×E的主流分析方法(包括因子分析法、BLUP-GGE联合分析法)和遗传力的估算方法,也比较了这些G×E分析方法(包括稳定性分析、B型遗传相关、AMMI分析、GGE双标法、因子分析法和BLUP-GGE联合分析法)的优缺点,其次综述了全球重要经济树种(湿地松、火炬松、欧洲云杉、巨桉、辐射松、花旗松,等)近年来在生长性状(胸径、树高、材积,等)、形质性状(通直度、分枝角度、分枝大小,等)和材性性状(木材密度、弹性模量,等)的G×E研究进展,进而讨论了林木G×E的环境驱动因子及其应对策略,最后针对林木G×E研究新方法开发、加强多性状的G×E分析以及将基因组选择融入G×E分析方面对未来研究方向提出建议:1)新的林木遗传分析模型与G×E分析的联合应用;2)林木多环境、多性状的G×E的模式和幅度;3)特定环境的林木基因组育种值的精准估计。     

Genomic selection in forest tree breeding: the concept and an outlook to the future

Using large numbers of DNA markers to predict genetic merit [genomic selection (GS)] is a new frontier in plant and animal breeding programs. GS is now routinely used to select superior bulls in dairy cattle breeding. In forest trees, a few empirical proof of-concept studies suggest that GS could be successful. However, application of GS in forest tree breeding is still in its infancy. The major hurdle is lack of high throughput genotyping platforms for trees, and the high genotyping costs, though, the cost of genotyping will likely decrease in the future. There has been a growing interest in GS among tree breeders, forest geneticists, and tree improvement managers. A broad overview of pedigree reconstruction and GS is presented. Underlying reasons for failures of marker-assisted selection were summarized and compared with GS. Challenges of GS in forest tree breeding and the outlook for the future are discussed, and a GS plan for a cloned loblolly pine breeding population is presented. This review is intended for tree breeders, forest managers, scientist and students who are not necessarily familiar with genomic or quantitative genetics jargon.     

分子标记在林业辅助选择育种中的应用

本文主要阐述分子标记在林木辅助选择育种中的应用。利用多种分子标记(RAPD,RFLP,AFLP,STS,SSR,STR等),可以在林木早期生长阶段对一些性状进行鉴别, 构建单种分子标记遗传连锁图谱或几种分子标记共存的混合连锁图谱和对控制数量性状的基因进行定位, 对林木群体遗传结构、遗传变异、遗传分化和基因流动进行研究, 在基因工程中, 能够追踪目的基因行为和对控制质量性状的基因进行鉴别, 对单株进行指纹图谱, 对种子质量进行监测和对品系、品种和无性系进行鉴定。     

生物技术与林木试管微型选育

本文对生物技术在林木遗传育种方面的应用潜力、现状和前景进行了分析,论述了林木试管微型选育系统的一般原理及各主要方面。     

Tree growth performance and estimation of wood quality in plantation trials for Maesopsis eminii and Shorea spp.

Plantations of tropical species are becoming an increasingly important source of wood.However, it is important that research trials focus not only on tree growth performance, but also on wood quality.The aims of this study were to assess the growth performance of six commercially and ecologically important tree species from separate plantation trials in Indonesia and to determine the relationships between tree growth and wood quality in terms of the dynamic modulus of elasticity(MOE) and wood density.Forty-eight 7-year Maesopsis eminii Engl.and thirty-five 9-year specimens(7 each of 5 Shorea spp.)were selected from two trials.The MOE, based on acoustic velocity, was indirectly measured to evaluate wood stiffness.Tree-growth performance was evaluated, and correlations between growth traits and acoustic velocity as well as density and wood stiffness properties were estimated.The growth performance of M.eminii in terms of tree volume was significantly different in three different categories of growth(i.e.fast, medium, slow).Of the five Shorea spp.studied, Shorea leprosula Miq.had the highest growth rate, as expected since it is known to be a fastgrowing Shorea species.Indirect measurement of wood quality by means of non-destructive ultrasonic methods showed a weak negative correlation between tree volume and acoustic velocity and dynamic MOE.Although each fast-growing tree could reach a merchantable size faster than other varieties or species, wood traits of various species tested were not significantly different based on tree growth rate performance.The findings from this study could be used to improve selection criteria in future breeding trials; indirect measurements of the dynamic modulus of elasticity can be used in mass pre-selection of genetic materials, to choose the most-promising material for in-depth evaluation.     

Genomic and physiological approaches to advancing forest tree improvement

The recent completion of a draft sequence of the poplar (Populus trichocarpa Torr. & Gray ex Brayshaw) genome has advanced forest tree genetics to an unprecedented level. A "parts list" for a forest tree has been produced, opening up new opportunities for dissecting the interworkings of tree growth and development. In the relatively near future we can anticipate additional reference genome sequences, including the much larger Pinus genome. One goal is to use this information to define the genomic attributes that affect the phenotypic performances of trees growing in various environments. A first step is the definition of ideotypes that constitute optimal tree and stand-level performance. Following this, the genome can be systematically searched for genetic elements and their allelic variants that affect the specified traits. Knowledge of these alleles and their effects will facilitate the development of efficient tree improvement programs through genome-guided breeding and genetic engineering and further our mechanistic understanding of trait variation. Improved mechanistic understanding of tree growth and development is needed to develop process models that will allow us to anticipate and manage change in forest ecosystems. Here we consider the development of an ideotype for loblolly pine (Pinus taeda L.) and discuss genomic approaches for studying the component traits that will enable advances in process model development and the genetic improvement of this important conifer.     

核桃主要性状遗传规律的研究进展

文章综述了核桃主要性状遗传规律的研究概况,包括树体生长性状、开花结果相关性状、果实相关性状及抗性相关性状等,以期通过对遗传规律的分析,为核桃新品种选育过程中的亲本选配提供理论参考。     

Application of Molecular Marking Technologies in Heredity Breeding of Eucalyptus

Two clonal trial stands of Chinese Fir （Cunninghamia lanceolata） were used in this study, one was 19-year-old stand which included 38 clones, and the other was 17-year-old stand including 102 clones.The statistical analyses showed that there were very significant genetic variations in height, DBH,volume and ratio of heartwood(R_hw),wood basic density（ρ_b ） of the clones in the two stands. The repeatability of clones was in median to high level,and the genetic CV was different over the all five traits.There were very significant phenotypic and genetic correlations among height,DBH and volume,and negative correlations among growth, R_hw andρ_b.The selection method experiment indicated that index selection could improve volume, R_hw andρ_b,showing synthetically superior selection effects compared to any individual trait selection methods.