ＳＳＲ標記在棉花遺傳育種中的應用

單　瑩　那艷斌　何偉鋒　沈　丹　趙　丹

摘要SSR是建立在PCR基礎上的分子標記，具有多態(tài)性高、重復性好、共顯性、操作簡單等優(yōu)點，已在棉花研究中被廣泛應用。綜述了SSR標記的原理與特點，以及其在棉花遺傳圖譜構建、功能基因及QTLs定位分析、標記輔助育種、種質鑒定及遺傳多樣性分析等方面的應用；展望了SSR分子標記技術廣闊的應用前景。

關鍵詞SSR；棉花；遺傳育種

中圖分類號 S562.032 文獻標識碼A文章編號 1007-5739（2009）04-0160-01

SSR（Simple Sequence Repeats）標記即微衛(wèi)星標記，是由1~6個核苷酸為單位串聯(lián)重復而成，長度一般在200bp以下，兩端為較保守的單拷貝序列。通過重復次數(shù)不同及重復程度不完全相同而呈現(xiàn)多態(tài)性，呈孟德爾式遺傳，共顯性。SSR標記廣泛存在于基因組的不同位置，根據(jù)兩側相對保守的單拷貝序列設計引物，進行PCR擴增，經(jīng)電泳、顯色，便能測出不同個體在某個SSR位點上的多態(tài)性，在此基礎上進行相應的分析。棉花基因組中存在豐富的SSR標記，而且分布均勻，檢測出的多態(tài)性頻率較高，已廣泛應用于遺傳圖譜構建、遺傳多樣性分析、種質鑒定、分子標記輔助選擇等方面的研究。

1SSR的基本原理及特點

微衛(wèi)星DNA由兩部分組成，即核心序列和兩翼的序列，核心序列即前面所稱“重復”的短序列，兩側一般是相對保守的單拷貝序列。在PCR基礎上的SSR分析是根據(jù)微衛(wèi)星DNA兩翼區(qū)域的序列設計位點專一的引物，以總基因組為模板進行PCR擴增，擴增產(chǎn)物經(jīng)變性聚丙烯酰胺凝膠分離，用放射自顯影、銀染或熒光進行檢測。這種序列廣泛分布于真核生物基因組，其重復次數(shù)的不同就產(chǎn)生了等位基因之間的多態(tài)性。由于SSR兩端多為相對保守的單拷貝序列，通過設計引物便可以PCR擴增，進行多態(tài)性檢測。

與其他分子標記相比，SSR有以下優(yōu)點：①共顯性遺傳，不易被自然選擇和人工選擇所淘汰，符合孟德爾遺傳定律[1，2]；②多態(tài)性高，可通過PCR擴增呈現(xiàn)出來，試驗程序簡單，重復性高；③SSR序列的兩側序列較保守，在等位基因中多相同，便于重復利用已知引物；④易于檢測、重復性好、可進行自動化分析，1個位點一般可在24h內(nèi)完成，且可同時進行多位點的檢測；⑤對DNA質量和數(shù)量的要求不高，僅需微量組織便能有效的分析鑒定。盡管微衛(wèi)星作為分子標記有許多優(yōu)點，但同樣存在不足之處，其中一個最大的麻煩就是必須預先知道試驗材料的基因組信息，至少必須知道重復序列兩翼的序列信息，才能設計出適宜的引物，這大大地限制了它的應用。

2SSR標記在棉花遺傳育種中的應用

2.1SSR標記在棉花遺傳圖譜構建中的應用

遺傳圖譜（Genetic map）是通過遺傳重組交換結果進行連鎖分析所得到的基因在染色體上相對位置的排列圖，是植物遺傳育種及分子克隆等應用研究的理論依據(jù)和基礎。而SSR作為一種新型分子標記技術，由于其豐富的多態(tài)性信息含量，被廣泛的應用于棉花遺傳圖譜的構建。2008年陳利等[3]利用3 458對SSR引物篩選陸地棉中棉所35和渝棉1號間的多態(tài)性引物，獲得了173對，以多態(tài)性引物檢測兩者雜交的F2群體180個單株的標記基因型，共獲得178個標記位點。構建的遺傳連鎖圖譜包括148個標記，36個連鎖群，總長1 309.2cm，標記間平均距離8.8cm，覆蓋了棉花基因組的29.5%。李朋波等[4]利用70個SSR標記和15個AFLP標記構建了總長為814cm的遺傳圖譜，覆蓋棉花基因組的18.3%。與AFLP標記相比，SSR標記通常只擴增1個基因座位，有利于遺傳圖譜之間的比較，這對于確定連鎖群所屬的染色體及QTL具有比較重要的意義。

2.2SSR標記在棉花功能基因及QTLs定位分析中的應用

QTLs定位是闡明控制有關數(shù)量性狀的主要基因數(shù)目，這些基因在染色體上的位置，以及其聯(lián)合效應的遺傳圖。高密度SSR連鎖圖的構建為基因或QTL定位奠定了基礎。利用SSR標記技術對棉花遺傳育種進行研究的一個重要方面就是QTLs定位。利用SSR標記技術，可使棉花育種表型選擇逐步過渡到基因型選擇，進一步利用QTLs定位的成果進行標記輔助選擇，大大提高育種的效率。楊昶等[5]用5 300對SSR引物篩選親本多態(tài)，獲得了115個多態(tài)位點并進行標記間連鎖分析，構建了一張包括20個連鎖群全長560.1cm的陸地棉品種間分子標記遺傳圖譜。用復合區(qū)間作圖法進行QTL定位，在苗期檢測到了3個抗病QTL，成株期檢測到9個與纖維品質相關性狀的QTL及11個產(chǎn)量構成因素的QTL，為棉花抗病育種同時兼顧產(chǎn)量和品質育種提供了非常有用的信息。胡文靜等[6]用陸地棉優(yōu)質品系7235、渝棉1號做親本，以7235×渝棉1號的F2與F2：3分離群體為材料，從5514對SSR引物中篩選到117個多態(tài)性標記，并用其中80個標記構建了總長為1 147.8cm的遺傳圖譜；應用復合區(qū)間作圖分析了該組合的F2單株和F2：3家系纖維品質性狀，共檢測到36個纖維品質QTL。

2.3SSR標記在棉花標記輔助育種中的應用

分子標記輔助育種（molecular marker-assisted selection MAS）是現(xiàn)代分子生物學與傳統(tǒng)遺傳育種相結合，借助分子標記對育種材料從DNA水平上進行選擇，從而達到作物產(chǎn)量、品質和抗性等綜合性狀的高效改良[7]。它是通過分析與目標基因緊密連鎖的分子標記來判斷目標基因是否存在[8]。與傳統(tǒng)的表型性狀選擇相比，標記輔助育種具有標記基因型鑒定可以在低世代和植株生長的任何階段進行、共顯性的分子標記允許在雜合體階段鑒定隱性基因、對目的基因的選擇不受基因表達和環(huán)境條件的影響等優(yōu)點。應用標記輔助育種，理論上只要回交3代就可以選到理想的材料。因此，可以加快育種速度，提高選擇效率，特別是對多基因位點控制的許多重要農(nóng)藝性狀的準確選擇很有利，同時對于開發(fā)高新產(chǎn)品具有重要意義。石玉真等[9]用一個已定位的高強纖維QTL緊密連鎖的2個SSR標記，在2套雜交組合的不同世代群體中進行分析研究，成功培育出9個纖維優(yōu)質的株系。

2.4SSR標記在棉花種質鑒定及遺傳多樣性分析中的應用

遺傳多樣性是指生物種內(nèi)不同群體之間或群體內(nèi)不同個體間遺傳變異的總和，它是生物多樣性的基礎和重要組成部分[10]。不同基因型的種質材料或棉花品種中存在簡單重復核苷酸序列差異，應用同一個SSR引物進行PCR擴增時，由于引物互補的模板DNA數(shù)目和位點不同，所擴增條帶的數(shù)目和片斷大小就存在差異，從而呈現(xiàn)出多態(tài)性。武耀廷等[11]對36份陸地棉栽培品種SSR遺傳多樣性研究表明，分子標記確定的遺傳關系基本上與品種系譜的種質系統(tǒng)一致，但并不能按系譜或種植生態(tài)區(qū)簡單的確定品種的歸屬。龐朝友等[12]利用37對多態(tài)性SSR引物和15個表型性狀對155份棉屬種間雜交基因漸滲系及其10份陸地棉親本進行了聚類分析，SSR聚類結果與種質材料的系譜來源基本吻合，而表型性狀聚類結果與材料系譜來源相差懸殊。因此，綜合利用SSR、表型性狀聚類結果將促進棉屬種間雜交基因漸滲材料的高效利用。朱四元等[13]利用22對多態(tài)SSR引物對14份不同類型的抗蟲棉花材料進行擴增，運用Jaccard遺傳相似系數(shù)計算14個品種間的遺傳距離為0.035~1.056，聚類分析表明14份棉花品種可分為2大類4亞類，揭示了大多數(shù)品種的遺傳基礎比較狹窄。陳光等[14]利用24對擴增效果好的引物對53個海島棉種質資源進行遺傳多樣性的檢測分析，共檢測出多態(tài)性等位基因變異97個，占總數(shù)的91.5%，采用UPGMA法對所選材料進行聚類分析表明，53個品種被分為2大類，與系譜來源一致，這證明了SSR分子標記在鑒別品種和品種遺傳多樣性研究方面具有重要的作用。

3展望

與其他分子標記技術相比，SSR分子標記技術是一種較為快捷、簡單、穩(wěn)定的遺傳標記。在未來的發(fā)展中，相信隨著大量可利用的微衛(wèi)星序列的開發(fā)，其在棉花遺傳育種中的應用前景會更加廣闊。

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