淺析分子標記在水稻遺傳育種中的應用

摘要：介紹了幾種DNA分子標記技術的原理、特點，并對分子標記在水稻遺傳圖譜的構建和基因定位及其在作物遺傳育種研究中的應用進行了綜述，并對其進行了展望。

關鍵詞：水稻；分子標記；育種

中圖分類號 S511 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）17-13-03

在水稻育種工作中，傳統的育種方法通過品種或品系間的雜交，從后代中通過表型觀察選擇理想的重組基因型，耗時費力，而且選擇難度大。近年來隨著分子生物學的發展和完善，不同類型的分子標記相繼被開發出來并應用到育種實踐當中，取得了豐碩的成果，分子標記輔助選擇（Marker Assisted Selection，MAS）也成為了水稻育種家們的研究熱點之一。

分子標記是遺傳標記的一種，分子標記輔助選擇原理是運用與目的基因緊密連鎖或共分離的分子標記，對目的基因進行直接篩選，避免環境條件的影響，保證了選擇的準確性。同時縮短了育種年限，加速了育種進程。

1 常用的分子標記

分子標記按技術特性主要分為4類：以分子雜交為基礎的DNA標記技術，如限制性片段長度多態性標記（Restriction Fragment Length Polymorphisms，RFLP）；以PCR為基礎的DNA標記技術，如微衛星標記（Simple Sequence Repeat，SSR）；以PCR為基礎結合限制性酶切的DNA標記技術，如擴增片段長度多態性標記（Amplified Fragment Length Polymorphism，AFLP）；以單核苷酸多態性為基礎DNA標記技術，如單核苷酸多態性標記（Single Nucleotide Polymorphism，SNP）。

水稻分子輔助育種中常用的標記主要有RFLP標記、SSR標記、AFLP標記、RAPD標記、ISSR標記和STS標記。分子標記眾多，每種標記技術都有各自的技術特點，因此針對不同的實驗材料及實驗條件，合理選用相應的標記技術，可以做到取長補短，順利完成實驗。表1是幾種標記技術的特點。

2 分子標記在水稻遺傳連鎖圖構建及基因定位中的應用

2.1 分子標記在水稻遺傳連鎖圖構建中的應用 水稻全基因組長度只有430Mb，是禾谷科作物中最小的一個。同時它與其它禾谷科作物具有共線性，因此被遺傳學及基因組學作為模式作物研究。1988年McCouch等[1]以秈稻IR34583及爪哇稻Bulu Dalam的F2代材料為作圖群體，通過135個RFLP標記構建了第一張水稻分子連鎖圖譜。日本水稻基因組計劃項目（RGP）以秈粳亞種F2為構圖群體，構建了一張長為1 521cM，包含了2 275個分子標記的遺傳連鎖圖，每2個標記間平均距離僅為190kb左右[2]。之后，該項目又加密了近1 000個標記，使總標記數達到3 267個。另外，國際水稻基因組測序計劃（IRGSP）以kasalath、Nipponbare、Azucena.和IR64等水稻品種為材料，相繼構建了10張飽和的遺傳連鎖圖[3]。

2.2 分子標記在水稻基因定位中的應用 在遺傳連鎖圖構建的基礎上，通過標記加密及表型鑒定，可以進一步進行基因定位，從而獲取目的基因，為進一步的基因克隆以及育種上的應用奠定重要的基礎。Sharma等[4]通過標記TRS26和TRS33將抗稻瘟病基因Pi-Kh定位到第11號染色體上，與兩標記距離分別為0.7cM和0.5cM。陳大洲等[5]通過分子標記RM280、RM337，將東鄉野生稻苗期耐冷性基因定位于第4、第8染色體上。蘇昌潮等[6]運用標記RM463和RM5341將抗褐飛虱基因Bph9定位在第12號染色體上，與兩標記距離分別為6.8cM和9.7cM。李金華等[7]通過SSR標記GR01和RM223將fgr基因定位在第8號染色體上，與兩標記的遺傳距離分別為3.3cM和5.7cM。

3 分子標記在水稻育種中的應用

3.1 在水稻質量性狀改良中的應用

3.1.1 分子標記在基因聚合中的應用 基因聚合是指將多個有利基因通過選育途徑聚合到一個品種中。倪大虎等[8]將抗白葉枯病基因Xa21和抗稻瘟病基因Pi29（t）聚合到一起，育成4個含雙抗基因的株系；鄧其名等[9]通過回交、MAS，將Xa21和Xa4兩個抗白葉枯病基因成功導入到感病的雜交稻恢復系綿恢725中；何光明等[10]通過分子標記輔助選擇結合回交轉育，首次成功進行了抗衰老IPT基因、抗白葉枯病基因Xa23和抗稻瘟病基因Pi26的聚合。

3.1.2 分子標記在基因滲入中的應用 基因滲入是指通過回交將供體材料中的有用基因滲入（轉移）到受體親本的遺傳背景中，從而達到改良其個別性狀的目的。王春明等[11]利用抗葉蟬基因Grh2的CAPS標記，選出聚合抗葉蟬基因的重要水稻中間材料；劉巧泉等[12]通過MAS、回交轉育等手段，將來自中等直鏈淀粉含量優質秈稻的Wx基因導入秈稻常規品種特青中，選育得到了仍保持原有親本主要農藝性狀的3個優質品系。陽海寧等[13]通過回交與分子標記輔助選擇相結合的方法將抗稻白葉枯病基因Xa23導入主栽雜交水稻品種的保持系先B、天B、盟B、龍特甫B和桂B中，獲得了穩定的單抗性基因導入系1 436份。

3.2 在水稻數量性狀改良中的應用 作物改良中大部分的性狀都是數量性狀，由多基因控制，基因都是微效基因。這些基因間沒有顯隱之分，而且表型受環境影響較大。傳統的育種方法對這些性狀的改良難度很大，效果也不甚理想。分子標記輔助選擇（MAS）為這些數量性狀的改良提供了更為高效的方法。Tanksley等[14]利用分子標記輔助選擇實現了將多個多QTL從野生近緣種向優良的栽培稻品種的轉移。Loanndoua等[15]將抗水稻黃斑病毒的主效QTL轉到改良品種IR64中，創建近等基因系，接種后的抗病性明顯提高。

4 展望

分子標記技術從應用于作物育種至今，在短短的幾十年間發揮了巨大的作用，成為作物育種中不可替代的重要途徑之一。水稻遺傳連鎖圖的構建，控制水稻不同性狀的重要基因的定位和克隆，分子標記輔助選擇等等，分子標記技術在水稻育種展現了廣闊的應用前景。與常規育種相比，標記輔助選擇育種打破了環境的影響，克服了傳統育種中抗性“易喪失”的特點。同時，其選擇效率高，育種進程短，結果鑒定方便。但同樣存在些問題，如分子標記與基因的位點不緊密，標記選擇過程中可能出現一定的假陽性，育種中許多與控制重要農藝性狀的目的基因緊密連鎖的分子標記還沒有找到和定位等。隨著分子標記技術的不斷發展和完善，快捷、簡單、穩定性好、成本低、更易于自動化的分子標記必將在作物遺傳育種的研究中發揮越來越重要的作用，并將極大地推動作物育種的進程。

參考文獻

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（責編：徐世紅）