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第1章 导论 1

1.1 作物的驯化 1

1.2 早期植物育种 3

1.3 植物育种史上的主要发展 4

1.3.1 育种和杂交 4

1.3.2 孟德尔遗传学 5

1.3.3 选择 5

1.3.4 育种类型和多倍性 5

1.3.5 遗传多样性和种质保护 5

1.3.6 数量遗传学和基因型×环境互作 5

1.3.7 杂种优势和杂交种育种 6

1.3.8 群体改良 6

1.3.9 细胞全能性、组织培养和体细胞无性系变异 7

1.3.10 遗传工程和基因转移 7

1.3.11 DNA标记和基因组学 8

1.3.12 公立部门和私营部门的育种工作 8

1.4 遗传变异 8

1.4.1 交换、遗传漂变和基因流动 9

1.4.2 突变 9

1.5 数量性状：方差、遗传率和选择指数 10

1.5.1 质量性状和数量性状 10

1.5.2 等位基因频率和基因型频率的概念 11

1.5.3 哈迪-温伯格平衡（HWE） 11

1.5.4 群体平均数和方差 12

1.5.5 遗传率 12

1.5.6 选择响应 13

1.5.7 选择指数和多性状选择 13

1.5.8 配合力 15

1.5.9 轮回选择 15

1.6 绿色革命和将来的挑战 16

1.7 植物育种的目标 17

1.8 分子育种 19

第2章 分子育种工具：标记和图谱 22

2.1 遗传标记 22

2.1.1 经典标记 23

2.1.2 DNA标记 25

2.2 分子图谱 44

2.2.1 染色体理论和连锁 44

2.2.2 遗传连锁图谱 44

2.2.3 遗传图谱的整合 55

第3章 分子育种工具：组学与阵列 58

3.1 组学中的分子技术 58

3.1.1 双向凝胶电泳 58

3.1.2 质谱分析 60

3.1.3 酵母双杂交系统 61

3.1.4 基因表达的系列分析 63

3.1.5 实时定量PCR 65

3.1.6 抑制性差减杂交 65

3.1.7 原位杂交 66

3.2 结构基因组学 67

3.2.1 基因组结构 67

3.2.2 物理图谱 68

3.2.3 基因组测序 72

3.2.4 cDNA测序 77

3.3 功能基因组学 79

3.3.1 转录组学 79

3.3.2 蛋白质组学 81

3.3.3 代谢组学 85

3.4 表型组学 88

3.4.1 表型在基因组学中的重要性 89

3.4.2 植物表型组学 89

3.5 比较基因组学 90

3.5.1 比较图谱 91

3.5.2 共线性 92

3.6 组学中的阵列技术 96

3.6.1 阵列的产生 97

3.6.2 试验设计 100

3.6.3 样品制备 101

3.6.4 标记 101

3.6.5 杂交和杂交后洗涤 102

3.6.6 数据采集和量化 102

3.6.7 统计分析和数据挖掘 103

3.6.8 蛋白质微阵列及其他 104

3.6.9 通用芯片或微阵列 105

3.6.10 应用Tiling微阵列进行全基因组分析 107

3.6.11 以阵列为基础的基因型鉴定 107

第4章 遗传育种中的群体 109

4.1 群体的特点和分类 109

4.1.1 基于遗传组成的分类 109

4.1.2 基于遗传维持的分类 109

4.1.3 基于遗传背景的分类 110

4.1.4 基于来源的分类 110

4.2 双单倍体 112

4.2.1 单倍体的产生 113

4.2.2 单倍体植株的二倍体化 120

4.2.3 DH品系的评价 120

4.2.4 DH系的数量遗传学 122

4.2.5 DH群体在基因组学中的应用 124

4.2.6 DH在植物育种中的应用 125

4.2.7 局限性和未来的前景 127

4.3 重组自交系（RIL） 127

4.3.1 近交及其遗传效应 128

4.3.2 RIL的培育 130

4.3.3 RIL群体中的图距和重组率 131

4.3.4 用RIL构建遗传图谱 132

4.3.5 互交的RIL和巢式RIL群体 134

4.4 近等基因系（NIL） 135

4.4.1 回交及其遗传效应 135

4.4.2 产生NIL的其他方法 137

4.4.3 渐渗系库 138

4.4.4 用NIL进行基因定位的策略 139

4.4.5 用NIL作图的理论考虑 140

4.4.6 NIL在基因定位中的应用 142

4.5 不同群体的比较：重组率和选择 142

4.5.1 不同群体的重组率 142

4.5.2 群体构建过程中无意识的选择 143

第5章 植物遗传资源：管理、评价与创新 147

5.1 遗传侵蚀和潜在的遗传脆弱性 148

5.1.1 遗传侵蚀 148

5.1.2 遗传脆弱性 150

5.2 种质的概念 150

5.2.1 广义的种质概念 150

5.2.2 经典的种质 153

5.2.3 人工或合成的种质 153

5.2.4 原位或异位保存 154

5.3 收集／获取 155

5.3.1 种质收集的几个问题 156

5.3.2 核心种质 157

5.4 保存、复壮和繁殖 160

5.4.1 离体保存技术 161

5.4.2 超低温储藏 163

5.4.3 合成种子和DNA的储存 163

5.4.4 复壮和繁殖 164

5.5 资源评价 164

5.5.1 标记辅助种质评价 165

5.5.2 离体评价 167

5.5.3 遗传多样性 167

5.5.4 收集资源的冗余和缺失 174

5.5.5 遗传漂移和基因流 175

5.5.6 特异种质 177

5.5.7 等位基因挖掘 178

5.6 种质创新 179

5.6.1 种质样本的纯化 180

5.6.2 种质创新中的组织培养和转化 180

5.6.3 种质改良中的基因渐渗 181

5.7 信息管理 181

5.7.1 信息系统 181

5.7.2 数据采集的标准化 182

5.7.3 信息整合与利用 183

5.8 前景展望 184

第6章 复杂性状的分子剖析：理论 188

6.1 基于单标记的方法 190

6.1.1 假设 190

6.1.2 标记平均数的比较 192

6.1.3 方差分析 194

6.1.4 回归方法 195

6.1.5 似然方法 195

6.2 区间作图 196

6.2.1 假设 196

6.2.2 似然方法 197

6.3 复合区间作图 200

6.3.1 基础 200

6.3.2 模型 200

6.3.3 似然分析 201

6.3.4 假设检验 201

6.3.5 选择标记作为辅助因子 202

6.3.6 完备区间作图 203

6.4 多区间作图 203

6.4.1 多区间作图模型和似然分析 204

6.4.2 模型选择 205

6.4.3 估计基因型值和QTL效应的方差分量 207

6.5 多个群体或杂交组合 208

6.5.1 试验设计 208

6.5.2 多个杂交组合的QTL分析 209

6.5.3 合并分析 211

6.6 多个QTL 211

6.6.1 多个QTL的现实性 211

6.6.2 选择一类QTL模型 212

6.6.3 多个具有上位性的QTL 213

6.7 贝叶斯作图 214

6.7.1 贝叶斯作图的优点 214

6.7.2 贝叶斯作图统计学概述 214

6.7.3 贝叶斯作图方法 215

6.8 连锁不平衡作图 218

6.8.1 为什么要进行连锁不平衡作图？ 218

6.8.2 连锁不平衡的度量 219

6.8.3 影响连锁不平衡的因素 222

6.8.4 连锁不平衡作图的方法 224

6.8.5 连锁不平衡作图的应用 227

6.9 元分析 229

6.9.1 QTL位置的元分析 229

6.9.2 QTL图谱的元分析 230

6.9.3 QTL效应的元分析 231

6.9.4 元分析的例子 231

6.10 计算机作图 233

6.10.1 优点和缺点 233

6.10.2 混合模型方法 233

6.10.3 统计功效 234

6.11 样本容量、功效和阈值 235

6.11.1 功效与样本容量 235

6.11.2 交叉验证与样本容量 238

6.11.3 QTL位置的置信区间 239

6.11.4 QTL阈值 240

6.11.5 错误发现率 242

6.12 总结和前景 244

第7章 复杂性状的分子剖析：实践 245

7.1 QTL分离 245

7.1.1 作图方法 246

7.1.2 对等位基因分散的筛选 250

7.2 复杂性状的QTL 253

7.2.1 性状组分 253

7.2.2 相关性状 254

7.2.3 质量-数量性状 255

7.2.4 种子性状 256

7.3 跨物种的QTL作图 257

7.4 跨遗传背景的QTL 259

7.4.1 同质的遗传背景 259

7.4.2 异质的遗传背景 260

7.4.3 上位性 262

7.4.4 一个基因座上的复等位基因 265

7.5 不同生长和发育阶段的QTL 266

7.5.1 动态性状 266

7.5.2 动态作图 267

7.5.3 动态作图的统计方法 268

7.6 多性状和基因表达 269

7.6.1 基因表达的特点 269

7.6.2 植物中eQTL的例子 271

7.7 选择性基因型鉴定和DNA混合分析 273

7.7.1 主基因控制的性状 273

7.7.2 数量性状 274

7.7.3 选择性基因型鉴定和DNA混合分析的功效 275

7.7.4 选择性基因型鉴定和DNA混合分析的应用 278

第8章 标记辅助选择：理论 281

8.1 标记辅助选择的组分 282

8.1.1 遗传标记和图谱 283

8.1.2 标记的表征 284

8.1.3 标记-性状关联的验证 285

8.1.4 基因型鉴定和高通量基因型鉴定系统 287

8.1.5 数据管理和传送 287

8.2 标记辅助的基因渐渗 288

8.2.1 标记辅助的前景选择 289

8.2.2 标记辅助的背景选择 292

8.2.3 BC世代中的供体基因组含量 296

8.2.4 基因渐渗中的连锁累赘 298

8.2.5 基因组大小对基因渐渗的影响 299

8.2.6 携带者染色体上的背景选择 300

8.2.7 遗传背景的全基因组选择 301

8.2.8 通过重复回交的多基因渐渗 302

8.3 标记辅助的基因聚合 303

8.3.1 基因聚合方案 305

8.3.2 杂交和选择策略 309

8.3.3 不同性状的基因聚合 311

8.3.4 标记辅助的轮回选择与基因组选择的比较 312

8.4 数量性状的选择 314

8.4.1 根据表型值进行选择 314

8.4.2 根据标记得分进行选择 315

8.4.3 指数选择 316

8.4.4 基因型选择 319

8.4.5 综合的标记辅助选择 319

8.4.6 标记辅助选择的响应 320

8.5 长期选择 323

8.5.1 玉米中的长期选择 324

8.5.2 水稻中的歧化选择 330

第9章 标记辅助选择：实践 332

9.1 标记辅助选择的选择方案 333

9.1.1 不用测交或后裔测定的选择 333

9.1.2 独立于环境的选择 333

9.1.3 不需要繁重的田间工作或密集的实验室工作的选择 334

9.1.4 育种早期的选择 334

9.1.5 对多个基因和多个性状的选择 334

9.1.6 全基因组选择 334

9.2 标记辅助选择应用中的瓶颈 335

9.2.1 有效的标记-性状关联 338

9.2.2 有成本效益的高通量基因型鉴定系统 338

9.2.3 表型鉴定和样品追踪 339

9.2.4 上位性和基因×环境互作 339

9.3 降低成本增加规模和效率 340

9.3.1 成本效益分析 340

9.3.2 基于种子DNA的基因型鉴定和MAS系统 342

9.3.3 整合多样性分析、遗传作图和MAS 344

9.3.4 建立同时改良多个性状的育种策略 345

9.4 最适合MAS的性状 345

9.4.1 需要测交或后裔测定的性状 345

9.4.2 依赖于环境的性状 348

9.4.3 种子性状和品质性状 350

9.5 标记辅助的基因渐渗 352

9.5.1 从野生近缘种的标记辅助基因渐渗 353

9.5.2 从优良种质的标记辅助基因渐渗 355

9.5.3 耐旱性的标记辅助渐渗 356

9.5.4 品质性状的标记辅助基因渐渗 357

9.6 标记辅助的基因聚合 358

9.6.1 主基因的聚合 359

9.6.2 通过标记辅助轮回选择的基因聚合 362

9.7 标记辅助的杂交种预测 362

9.7.1 杂种优势的遗传基础 363

9.7.2 杂种优势群 366

9.7.3 标记辅助的杂交种预测 369

9.8 机遇和挑战 373

9.8.1 分子工具和育种系统 373

9.8.2 与特定作物相关的问题 374

9.8.3 数量性状 374

9.8.4 遗传网络 375

9.8.5 发展中国家的标记辅助选择 375

第10章 基因型×环境互作 377

10.1 多环境试验 378

10.1.1 试验设计 379

10.1.2 基本的数据分析和解释 380

10.2 环境的刻画 382

10.2.1 环境的分类 383

10.2.2 GIS和环境刻画 386

10.2.3 选择试验地点 389

10.3 基因型表现的稳定性 390

10.3.1 研究GEI的线性-双线性模型 391

10.3.2 GGE双标图分析 393

10.3.3 混合模型 395

10.4 GEI的分子剖析 397

10.4.1 环境因素的剖分 398

10.4.2 跨环境的QTL作图 399

10.4.3 结合了GEI的QTL作图 401

10.4.4 MET和基因型数据的应用 405

10.5 GEI的育种 405

10.5.1 资源有限环境的育种 406

10.5.2 对适应性和稳定性的育种 407

10.5.3 育种计划中GEI的度量 408

10.5.4 QEI的MAS 409

10.6 展望 410

第11章 基因的分离和功能分析 412

11.1 计算机预测 414

11.1.1 基于证据的基因预测 415

11.1.2 基于同源性的基因预测 415

11.1.3 从头开始的基因预测 418

11.1.4 通过综合的方法预测基因 419

11.1.5 根据基因组序列检测蛋白质功能 420

11.2 基因分离的比较法 421

11.2.1 比较法的基因组学基础 421

11.2.2 比较分析中涉及的实验程序 422

11.2.3 主效基因辅助的QTL克隆 424

11.3 基于cDNA测序的克隆 426

11.3.1 EST的产生 426

11.3.2 全长cDNA的产生 427

11.3.3 全长cDNA的测序 428

11.3.4 鉴定基因的定向EST筛选 428

11.3.5 用于基因发现与注释的全长cDNA 429

11.4 定位克隆 429

11.4.1 定位克隆的理论考虑 429

11.4.2 定位克隆的例子 433

11.5 通过诱变鉴定基因 436

11.5.1 突变体群体的产生 437

11.5.2 插入诱变 438

11.5.3 非标签诱变 443

11.5.4 RNA干扰 446

11.5.5 通过诱变分离基因 447

11.6 基因分离的其他方法 449

11.6.1 基因表达分析 450

11.6.2 使用同源探针 451

第12章 转基因和遗传修饰植物 453

12.1 植物组织培养和遗传转化 453

12.1.1 植物组织培养 453

12.1.2 遗传转化 453

12.1.3 重要植物遗传转化的发展 456

12.2 遗传转化方法 456

12.2.1 农杆菌介导的遗传转化方法 456

12.2.2 微粒轰击 458

12.2.3 电击法和其他直接转化法 461

12.3 表达载体 462

12.3.1 双元载体 463

12.3.2 基于Gateway的双元载体 465

12.3.3 转化载体的选择 466

12.4 基因选择标记 466

12.4.1 选择标记的功能 467

12.4.2 植物的标记基因 467

12.4.3 正向选择 470

12.4.4 转基因植物中选择标记基因的去除 471

12.5 基因整合、表达和定位 473

12.5.1 外源基因的整合 473

12.5.2 外源基因的表达 474

12.5.3 转基因植株的鉴定和功能分析 474

12.5.4 报告基因 476

12.5.5 启动子 478

12.5.6 基因失活 479

12.6 转基因叠加 480

12.6.1 有性杂交 480

12.6.2 质粒辅助共转化 482

12.6.3 微粒轰击下的共转化 482

12.7 转基因作物商业化 483

12.7.1 商业目的 484

12.7.2 转基因作物商业化现状 485

12.7.3 转基因作物的监管 488

12.7.4 产品释放和市场营销策略 489

12.7.5 转基因监测 490

12.8 展望 491

第13章 知识产权和植物品种保护 492

13.1 知识产权和植物育种家的权利 492

13.1.1 知识产权的基本方面 492

13.1.2 植物育种中的知识产权 493

13.2 植物品种保护：需求和影响 494

13.2.1 作物品种保护的需求 494

13.2.2 植物品种保护的影响 497

13.3 涉及植物育种的国际协定 500

13.3.1 UPOV公约和国际植物新品种保护联盟 500

13.3.2 1983年《国际植物遗传资源约定》 504

13.3.3 1992年《生物多样性公约》 505

13.3.4 1994年TRIPS协定 506

13.3.5 2001年粮食和农业植物遗传资源国际条约 507

13.4 植物品种保护策略 508

13.4.1 植物品种保护或植物育种者权利 508

13.4.2 专利 509

13.4.3 生物学的保护 510

13.4.4 种子法 511

13.4.5 合同法 512

13.4.6 品牌和商标 512

13.4.7 商业秘密 513

13.5 影响分子育种的知识产权 513

13.5.1 基因转化技术 513

13.5.2 标记辅助植物育种 522

13.5.3 产品开发和商业化 524

13.6 分子技术在植物品种保护中的应用 525

13.6.1 DUS测试 525

13.6.2 实质性派生品种 526

13.6.3 品种鉴定 528

13.6.4 种子认证 529

13.6.5 种子提纯 529

13.7 植物品种保护的实践 530

13.7.1 欧盟的植物品种保护 530

13.7.2 美国的植物品种保护 530

13.7.3 加拿大的植物品种保护 531

13.7.4 发展中国家的植物品种保护 531

13.7.5 参与式植物育种和植物品种保护 532

13.8 展望 532

13.8.1 扩展和执法 532

13.8.2 实施PVP的管理挑战 533

13.8.3 国际植物新品种保护联盟的更新需要 534

13.8.4 遗传资源使用中的协作 535

13.8.5 技术和知识产权的相互作用 535

13.8.6 种子保存和植物品种保护 536

13.8.7 其他植物产品 537

第14章 育种信息学 539

14.1 信息驱动的植物育种 539

14.1.1 信息学基础 540

14.1.2 生物信息学和植物育种之间的空白 541

14.1.3 信息管理和数据分析的通用系统 542

14.1.4 将信息转化成新品种 542

14.2 信息收集 543

14.2.1 数据收集方法 543

14.2.2 种质信息 544

14.2.3 基因型信息 546

14.2.4 表型信息 549

14.2.5 环境信息 550

14.3 信息整合 551

14.3.1 数据标准化 552

14.3.2 通用数据库的开发 552

14.3.3 规范化词表和语义学的使用 553

14.3.4 可互操作的查询系统 555

14.3.5 冗余数据浓缩 556

14.3.6 数据库整合 556

14.3.7 以工具为基础的信息整合 557

14.4 信息检索和挖掘 557

14.4.1 信息检索 557

14.4.2 信息挖掘 560

14.5 信息管理系统 562

14.5.1 实验室信息管理系统 562

14.5.2 育种信息管理系统 563

14.5.3 国际作物信息系统 564

14.5.4 其他的信息学工具 566

14.5.5 信息学工具的未来需要 567

14.6 植物数据库 568

14.6.1 序列数据库 570

14.6.2 通用的基因组学和蛋白质组学数据库 572

14.6.3 通用的植物数据库 574

14.6.4 单个植物的数据库 579

14.7 育种信息学的前景 585

第15章 决策支持工具 586

15.1 种质和育种群体的管理与评价 587

15.1.1 种质管理和评价 587

15.1.2 育种群体管理 590

15.2 遗传作图和标记-性状关联分析 592

15.2.1 构建遗传图谱 592

15.2.2 以连锁为基础的QTL作图 592

15.2.3 eQTL作图 595

15.2.4 基于连锁不平衡的QTL作图 595

15.2.5 基因型×环境互作分析 598

15.2.6 比较作图和一致图谱 599

15.3 标记辅助选择 600

15.3.1 MAS方法和实施 601

15.3.2 标记辅助的自交系和综合品种培育 602

15.4 模拟和建模 602

15.4.1 模拟和建模的重要性 602

15.4.2 模拟中使用的遗传模型 603

15.4.3 一个用于遗传学和育种的模拟模块：QULINE 606

15.4.4 模拟和建模的将来 607

15.5 设计育种 608

15.5.1 亲本的选择 609

15.5.2 育种产品预测 609

15.5.3 选择方法评价 610

15.6 展望 611

分子植物育种：进展与展望——中文版跋 613

原书参考文献 643

译后记 733

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