序列指导的分子育种方法技术

本发明专利技术提供利用直接核酸序列信息提高植物种质的育种方法和组合物。所述方法描述了植物育种群体的种质中优选的核酸序列的鉴定和积累。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉参考本申请要求美国临时申请60/942,707(2007年6月8日提交)的优先权，该临时申请在此全文引入作为参考。
本专利技术属于植物育种领域。更具体而言，本专利技术涉及高通量测序技术在与种质改良有关的活动中的应用。
技术介绍
植物育种的主要目的是选择一对最佳的亲本进行杂交，然后选择一个或多个该杂交产生的优良后代。在杂种作物中，第三个目的是鉴定测交系(tester)以形成高表现的杂种种子。传统的植物育种依赖于植物或品系的目视观察和表现数据，以作出满足上述目的之一的选择。最近几年，已经证明分子育种在改进育种方法和提高遗传获得率方面大有希望。在分子育种中，分子标记为亲本、后代或测交系的选择提供基础；该方法也可以与基于表型的选择结合使用。与仅基于表型数据获得的结果相比，在育种计划中包括遗传标记加速了有价值的性状的鉴定和向种质库中的积累。在此，“种质”包括育种种质、育种群体、优良近交系的集合、随机杂交个体的群体和双亲杂交体。为使分子育种有效，标记基因型的差异必须与一个或多个表型或表现性状可遗传地相关联。这些关联是通过将标记基因型与一种或多种性状分离的品系或群体进行关联而建立的。遗传标记等位基因(“等位基因”是一个基因座处的替代序列)用来鉴定在一个或多个基因座处含有希望的基因型并且预期将该希望的基因型与一种或多种性状的希望的表型一起转移给其后代的植物。与表型高度相关的标记推定与该性状遗传连锁，因此，该标记然后可以代替评价该性状本身，用作选择决定的基础。不相关的标记将独立于性状遗传，并且对于选择无用，但是在比较品种和品系之间的相似性和/或测量它们的遗传距离方面可能具有价值。理想地，该标记将代表负责性状的实际基因组变异，因此总是与性状分离，尽管相关性可能被诸如环境相互作用或上位效应等现象所掩蔽。最初用于分子育种的标记平台不需要预先知道相关序列。这些标记基于限制片段长度多态性(RFLP)。随机或定向DNA探针在Southern杂交方案中使用，用来鉴定其大小随一对限制酶识别位点的位置和之间的距离而不同的靶片段。大小上的这些差异可能与测试群体中的性状有关。DNA探针然后用作能够检测相关限制片段长度多态性的标记，随后又可用于预测相关的性状。曾经使用了其它类型的标记，它们需要预先知道相关序列，并且包括但不限于使用扩增片段长度多态性(AFLP)或通用PCR引物(即RICE引物)的指纹分析。最近几年，已经基于相关序列的知识开发了标记。例如，微卫星或简单序列重复(SSR)标记依靠PCR和凝胶电泳来阐明DNA重复序列长度的变化。如果目标重复片段与相关性状遗传连锁，这些标记所揭示的重复片段长度的差异可能与该性状有关。-->但是，传统的标记平台不是最佳的，因为它们不适合自动化或高通量技术。另外，传统的标记平台易获得假的标记-性状相关性，其中两个品系之间基因型的同一性可能不反映共同的亲本，而是反映趋同序列(convergent sequence)，对于在多代中追踪特定标记等位基因来说，这是一个问题。可用作传统标记的其它类型的变异有单核苷酸多态性(SNP)。它们是在两个品系之间不同并且与遗传连锁的性状分离的单碱基变化。SNP可以通过多种商业上可获得的标记技术来检测。基于SNP的标记受到欢迎，因为其检测容易且精确、与信息系统兼容并且成本较低。但是，SNP标记仍然是查询相关序列的间接工具，并且SNP标记只限于检测两个等位基因，而不是可以在任意给定核苷酸位置处发现的四个可能的核苷酸。因此，本领域需要为了推动植物育种活动从至少一个植物基因组快速且精确地确定直接序列信息的方法，所述植物育种活动例如是品系开发、种质多样性分析、罕见等位基因挖掘、纯度测定、质量保证、特定基因组区域的渗入、基因组区域的堆积(stacking)、品系表现的预测以及杂种表现的预测。
技术实现思路
本专利技术描述了利用高通量测序和分子育种方法以便能够在分子植物育种中使用直接测序信息的新方法。本专利技术还包括在序列测定之前选择性靶向特定基因座和DNA标签样品的手段。结合起来，本专利技术的方法能够为植物育种者提供用于亲本选择、后代选择、选择测交系组合、开发系谱、样品指纹分析、单元型多样性筛选、保证质量、评估种质多样性、检测育种进展、提供品种或品系说明和建立序列与性状和表现数据的关联数据库的更好的工具。这些数据库为计算一种或多种性状的核酸效应估计值提供了基础，其中可以从头进行关联或者通过梳理(leveraging)历史核酸序列-性状相关数据进行关联。本专利技术提供序列指导的选择(SDS)、序列指导的育种(SDB)和序列指导的指纹分析(SDF)的方法，及其在进行亲本选择、后代选择、测交系组合、等位基因变体渗入和至少两份种质、指纹、系谱之间至少一个变体的定向选择中以及在建立单元型和表型信息数据库中的新应用，该信息可用于计算核酸序列效应估计值，并最终可用于计算育种值。这种先验信息有助于为序列指导的预测育种(SDPB)所作的决定。在本专利技术中，育种选择在序列基础上直接进行，而不是在标记基础上间接进行，其中第一植物与第二植物杂交，该第二植物含有与第一植物的一种或多种序列不同的至少一种序列；通过检测第一植物的序列或序列组选择至少一个后代植物，其中该后代植物在其基因组中包含第一植物的一种或多种目标序列和第二植物的至少一种目标序列；并且在与种质改良有关的活动中使用该后代植物，与种质改良有关的活动在此被定义为包括使用植物进行品系和品种开发、杂种开发、转基因事件选择、进行育种杂交、通过自体受精测试和开发植物、纯化品系或亚系、使用植物或其部分进行转化、使用植物或其部分作为表达构建体的候选物、以及使用植物或其部分进行诱变。本专利技术包括植物育种方法，该植物例如是玉米(Zea mays)、大豆(Glycine max)、棉花(陆地棉(Gossypium hirsutum))、花生(Arachis hypogaea)、大麦(Hordeum vulgare)；燕麦(Avena sativa)；野茅(Dactylis glomerata)；水稻(Oryza sativa，包括籼稻(indica)和粳稻(japonica)变种)；高粱(双色高粱(Sorghum bicolor))；甘蔗-->(甘蔗属的种(Saccharum sp))；高羊茅(Festuca arundinacea)；草皮草物种(例如物种：四季青(Agrostis stolonifera)、草地早熟禾(Poa pratensis)、钝叶草(Stenotaphrum secundatum))；小麦(Triticumaestivum)、苜蓿(Medicago sativa)、芸苔属的成员、花茎甘蓝、卷心菜、胡萝卜、花椰菜、大白菜、黄瓜、干豆、茄子、茴香、青刀豆、葫芦、韭菜、莴苣、甜瓜、秋葵、洋葱、豌豆、胡椒、南瓜、萝卜、菠菜、笋瓜(squash)、甜玉米、蕃茄、西瓜、观赏植物以及其它水果、蔬菜、块茎、油籽和块根农作物，其中油籽作物包括大豆、芸苔(Canola)、油菜、油棕、向日葵、橄榄、玉米、棉籽、花生、亚麻籽、红花和椰子，它们具有增强的性状，包括至少一种目的序列，进一步定义为赋予优选的性质，该性质选自除草剂耐受性、抗病性、昆虫或害虫抗性、改变的脂肪酸、蛋白质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种植物育种方法，包括：确定育种群体中至少一个或多个植物的基因组内多个核酸的序列；将每个核酸序列与一个数值相关联；和基于该数值对所述一个或多个植物作出至少一个植物育种决定。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2007.06.08 US 60/942,7071.一种植物育种方法，包括：确定育种群体中至少一个或多个植物的基因组内多个核酸的序列；将每个核酸序列与一个数值相关联；和基于该数值对所述一个或多个植物作出至少一个植物育种决定。2.权利要求1的方法，其中所述植物选自饲料作物、油籽作物、谷类作物、水果作物、观赏植物、蔬菜作物、纤维作物、香料作物、坚果作物、草料作物、糖料作物、饮料作物、块茎作物、块根作物和森林作物。3.权利要求1的方法，其中所述数值是核酸序列效应估计值。4.权利要求1的方法，其中所述数值是育种值。5.权利要求1的方法，其中所述数值是核酸频率。6.权利要求1的方法，其中所述表型性状选自除草剂耐受性、抗病性、昆虫或害虫抗性、改变的脂肪酸、蛋白质或碳水化合物代谢、增加的谷物产量、增加的油、增加的营养成分含量、提高的生长速度、增强的应激耐受性、优选的成熟度、增强的感官特性、改变的形态特征、不育性、其它农学性状、用于工业应用的性状、或对消费者有提高的吸引力的性状。7.权利要求1的方法，其中所述作出至少一个植物育种决定的步骤包括基于所述至少一个数值在育种群体中选择。8.权利要求1的方法，其中所述作出至少一个植物育种决定的步骤包括基于所述至少一个数值在一个或多个育种群体中选择后代。9.权利要求1的方法，其中所述作出至少一个植物育种决定的步骤包括预测亲本品系的后代表现，和基于预测的后代表现选择亲本品系。10.权利要求1的方法，其中所述作出至少一个植物育种决定的步骤包括为杂种种子生产选择测交系。11.权利要求1的方法，其中所述作出至少一个植物育种决定的步骤包括基于所述至少一个数值在种质改良活动中发展品系。12.权利要求11的方法，其中所述种质改良活动选自品系和品种开发、杂种开发、转基因事件选择，进行育种杂交、通过自体受精测试和发展植物、品系或亚系的纯化、使用植物或其部分进行转化、使用植物或其部分作为表达构建体的候选物、和使用植物或其部分进行诱变。13.权利要求1的方法，其中所述作出至少一个植物育种决定的步骤包括基于至少一个与另一表型性状相关的数值选择至少一个表型性状。14.一种植物育种方法，该方法包括；提供至少两个植物，其中已经对该至少两个植物中的每一个确定了至少一个基因座的至少一个核酸的序列信息；对所述至少一个基因座的至少两个核酸序列确定对于至少一个表型性状的核酸序列效应估计值；和基于确定的对于至少一个表型性状的核酸序列效应估计值作出至少一个植物育种决定。15.权利要求14的方法，其中所述植物选自饲料作物、油籽作物、谷类作物、水果作物、观赏植物、蔬菜作物、纤维作物、香料作物、坚果作物、草料作物、糖料作物、饮料作物、块茎作物、块根作物和森林作物。16.权利要求14的方法，其中所述表型性状选自除草剂耐受性、抗病性、昆虫或害虫抗性、改变的脂肪酸、蛋白质或碳水化合物代谢、增加的谷物产量、增加的油、增加的营养成分含量、提高的生长速度、增强的应激耐受性、优选的成熟度、增强的感官特性、改变的形态特征、不育性、其它农学性状、用于工业应用的性状、或对消费者有提高的吸引力的性状。17.权利要求14的方法，其中所述作出至少一个植物育种决定的步骤包括基于一个或多个确定的核酸效应估计值在育种群体中选择。18.权利要求14的方法，其中所述作出至少一个植物育种决定的步骤包括基于一个或多个确定的核酸效应估计值在一个或多个育种群体的后代中选择。19.权利要求14的方法，其中所述作出至少一个植物育种决定的步骤包括基于一个或多个确定的核酸效应估计值选择亲本品系的预测的后代表现，和基于预测的后代表现在亲本品系中选择。20.权利要求14的方法，其中所述作出至少一个植物育种决定的步骤包括为杂种种子生产选择测交系。21.权利要求14的方法，其中所述作出至少一个植物育种决定的步骤包括基于一个或多个确定的核酸效应估计值在种质改良活动中发展品系。22.权利要求21的方法，其中所述种质改良活动选自品系和品种开发、杂种开发、转基因事件选择，进行育种杂交、通过自体受精测试和发展植物、品系或亚系的纯化、使用植物或其部分进行转化、使用植物或其部分作为表达构建体的候选物、和使用植物或其部分进行诱变。23.权利要求14的方法，其中所述作出至少一个植物育种决定的步骤包括基于至少一个与另一表型性状相关的数值选择至少一个表型性状。24.一种植物育种方法，该方法包括：建立定义育种群体基因组内的多个基因座的指纹图谱；将具有已知图谱位置的QTL等位基因与作图群体中的表型性状相关联；使用与表型性状相关联的多个基因座中的至少一个的至少一个核酸序列检测至少一个其它植物中QTL等位基因的存在。25.权利要求24的方法，其中所述植物选自饲料作物、油籽作物、谷类作物、水果作物、观赏植...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·多森，F·董，F·阿查德，S·埃辛顿，N·陶，Z·玛卡丁，
申请(专利权)人：孟山都技术公司，
类型：发明
国别省市：US