SSR分子標記在玉米種質研究中的應用

柴美清，原佳敏

（山西省農業科學院試驗研究中心，山西太原030006）

種質資源是玉米育種的遺傳物質基礎，育種成效的大小取決于擁有優異種質數量的多少。因此，對玉米種質遺傳多樣性深入認識是合理利用種質的前提。多年來，玉米種質間的人工雜交構成的復合群體，形成了一些新的變異類型種質，很難用傳統的形態學或細胞學的方法進行鑒定評價；同工酶標記也曾被用于玉米種質遺傳關系研究，但由于標記位點數量有限，表現出一定的局限性[1-3]。

SSR標記是依據作物群體間的遺傳距離或親緣關系對群體進行分類的一種手段，它以揭示基因組DNA的變異為基礎。理論上，它可體現單個核苷酸的差異。因此，SSR分子標記在數量上幾乎是無限的。與其他的遺傳標記相比，其具有直接以DNA表現、標記數量多、遺傳穩定、多態性豐富、呈共顯性或顯性、無組織器官特異性、不受環境影響等優點[4-5]，彌補了長期以來在親本選配上以表現型差異確定遺傳距離的不足，是最為理想的遺傳標記，給玉米種質資源的研究提供了新的技術途徑。

本文主要闡述近年來利用SSR分子標記技術進行玉米種質研究取得的一些進展，以供玉米育種者參考。

1 SSR分子標記的原理

SSR分子標記是以DNA序列的多態性為基礎的遺傳標記，它可以反映生物個體和群體基因組的差異，而這種差異通過將基因組限制性內切酶酶切、PCR擴增、分子雜交等技術，可在凝膠電泳上檢測出來。

在高等生物基因組中普遍存在著1～6個堿基組成的簡單重復序列SSR，通常又稱微衛星DNA，因其重復次數不同而造成多態性。微衛星位點兩側序列是相當保守的單拷貝序列，因此，可以根據兩側序列設計1對特異引物，進行PCR擴增，然后經高濃度瓊脂糖凝膠電泳或聚丙烯酰胺凝膠電泳分離擴增產物，經EB或銀染色，從而精確地檢測出待定位點微衛星DNA的長度多態性。這種長度多態性反映了不同基因型個體在特定微衛星DNA位點的多態性。

2 SSR分子標記技術的應用

2.1 指紋圖譜的構建

對品種遺傳本質DUS（特異性、一致性、穩定性）的客觀描述是品種鑒定和保護的前提。SSR分子標記建立的品種指紋圖譜已用于品種鑒定。指紋圖譜是鑒定品種、自交系的有力工具，它具有高度的個體特異性、迅速、準確等優點，在檢測種子真偽和純度、利用優良自交系及保護知識產權等方面均有重要的意義。

李曉輝等[6-7]從220對引物中篩選出多態性豐富的58對引物，以21份玉米自交系和組配的13個雜交種為材料，進行SSR標記分析，用2個或3個引物組合構建SSR圖譜，可將13個雜交種區分。王風格等[8]用SSR技術構建的中國玉米品種DNA指紋庫，將是國家品種質量鑒定的重要依據。

2.2 玉米雜種優勢群的劃分

雜種優勢是玉米品種選育的基本理論依據，雜種優勢群及雜種優勢模式的概念已為玉米育種工作者普遍接受。20世紀末，育種家以不同時期雜交種中主要親本所占百分比對我國的玉米種質進行了探討，通過種質系譜、地理來源分析對我國玉米自交系進行了初步的類群劃分，也有學者以植株的某些性狀的總配合力效應值為依據對自交系進行了分類[9]。將玉米優良自交系劃分成不同雜種優勢群，進而建立玉米的雜種優勢模式，已成為玉米育種的一個重要研究方向。

國內外學者利用SSR標記進行了雜種優勢群劃分，大多取得了很好的結果。聶永心等[10]利用SSR標記進行雜種優勢群的劃分，將20份玉米自交系劃分為5個類群，分類結果與系譜基本一致，劃群后群間平均距離大于群內平均距離，群間平均產量大于群內平均產量。李新海等[11]用UPGMA方法將70份玉米自交系劃分為四平頭，旅大紅骨，PA，PB，BSSS，Lancaster這 6 個類群，劃群結果與其系譜分析和育種家經驗基本相符。Smith等[12]利用SSR標記對37份玉米自交系進行了劃群，并得到較為滿意的結果。

2.3 玉米自交系遺傳變異的研究

隨著分子生物學的發展，分子標記已成為作物遺傳育種研究的重要手段，同時為評價玉米的遺傳變異提供了方便、快捷的研究方法。SSR分子標記能夠從本質上揭示其變異規律，并用群體中某一位點等位基因數、多態性位點百分率、每個位點的平均等位基因數、多態信息量（PIC）等指標評價玉米種質遺傳多樣性，現已成為分析自交系遺傳變異的有效工具。李凌雨等[13]利用10對SSR引物在10份玉米自交系中共檢測出40個等位基因變異，平均多態信息含量值為0.65。李新海等[14-15]利用43對SSR引物在21份玉米自交系中共檢測出127個等位基因變異，平均每對SSR引物檢測等位基因為2.95個。

2.4 玉米新品種純度及真偽的鑒定

種子純度是評定種子質量等級的主要依據，玉米雜交種子純度鑒定是玉米種子質量控制體系中的關鍵環節。在玉米雜交種生產與銷售過程中，建立以質量檢測為中心的良種繁育與種子管理體系，對穩定和推廣優良品種起重要作用。

蛋白質和同工酶電泳是目前常用的玉米雜交種純度室內檢測技術，多數玉米雜交種和自交系能夠用這種方法鑒別，但由于蛋白質和同工酶是基因表達的產物，產生的多態性有限，對親緣關系較近及遺傳基礎復雜的材料難以鑒別，還有一些雜交種應用這2種方法得出的室內純度檢驗結果與實際純度不符。SSR分子標記是近年來發展起來的，建立在PCR基礎上的新型的DNA指紋技術，具有可靠性強、重復性高、多態性豐富等優點[8]。同時，由于SSR標記呈共顯性，在玉米雜交種的純度和真偽鑒定方面具有明顯優勢，目前玉米數據庫已公布了1 700多對SSR引物，為SSR技術在玉米品種純度鑒定上的應用提供了有利條件。李群等[16]以登海11號玉米雜交種和9對SSR位點引物為材料，建立了一套利用SSR標記技術進行玉米雜交種純度鑒定的技術規程。李素玲等[17]以強盛1號和6對SSR位點引物為材料，建立了一套簡單、快速、準確、可靠的種子純度鑒定方法。

3 存在問題與應用前景

SSR技術必須針對每個染色體座位的微衛星，發現其兩端的單拷貝序列，才能設計引物，這給微衛星標記的開發帶來一定的困難。

選擇遺傳多態性高的SSR引物組成核心引物，可以快速、有效地對供試材料進行遺傳差異分析，但這些引物首先需要能夠產生穩定且易區分的帶型，其次需要具有較高的PIC，此外，最好均勻地分布于不同染色體上。

結合育種實踐分析，目前，我國玉米生產存在2個最常用的雜種優勢模式：北方春玉米區為四平頭和旅大紅骨×Lancaster，黃淮海夏玉米區為四平頭和旅大紅骨×PA。雜種優勢群的鑒定與雜種優勢模式原理對選育新型自交系或雜交組合具有重要指導意義。

在SSR分子標記的應用中，應考慮幾個問題：利用SSR分子標記挖掘、鑒定與玉米高產、優質、抗逆性有關的新基因；積極尋找與目標農藝性狀基因緊密連鎖經濟高效的分子標記；分子標記與形態標記、細胞標記和生化標記等技術有機結合，以獲得對玉米種質的完整評價；簡化SSR分子標記技術，降低成本。隨著分子生物學的飛速發展和DNA分子標記技術的日臻完善，SSR分子標記必將為玉米種質的進一步深入研究利用搭建技術平臺。SSR分子標記在玉米種質遺傳多樣性評價、品種鑒定、指紋圖譜繪制、雜種優勢群劃分和雜交種純度鑒定等方面具有重要的應用價值。

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