分子標記在作物遺傳育種中的應用

譚建萍，李映萍，余江勇，楊 雪，金生英，譚本智

（廣州市東籬環境藝術有限公司，廣東 廣州510335）

1 引言

作物品種選育主要是對作物的目標性狀如高產性、穩產性、優質性、抗逆性等性狀進行選擇。分子生物學發展以后，多種類型的基于DNA多態性的分子標記技術被應用于作物遺傳育種，相比傳統的遺傳育種方式，分子標記表現出明顯的優越性，并將作物遺傳育種提升到一個新的高度。

2 分子標記的概念

DNA水平遺傳多態性能通過分子標記直接反映。DNA分子標記技術與其他幾種類型的遺傳標記技術如形態學標記、生物化學標記、細胞學標記等遺傳標記技術相比，具有以下6種優越性［1］，見表1。

表1 DNA分子標記的優越性

3 分子標記在作物遺傳育種中的應用

隨著人類遺傳育種工作的不斷開展，以及分子標記技術在育種工作中表現出來的優越性，DNA分子標記技術在作物基因圖譜構建、基因定位、品種純度鑒定等方面體系的建立和研究也日趨成熟。

3.1 構建分子標記遺傳圖譜

遺傳圖譜是以某一個標記位點為基礎，在DNA片段上相隔一定距離找到一個多態性標記，通過標記之間的連鎖分析反映遺傳標記之間的相對關系，遺傳圖譜的構建可以為建立植物種質資源庫、育種及分子克隆等應用方面的研究提供扎實的理論依據。分子標記技術被廣泛地應用于常見農作物遺傳圖譜的構建，見表2。

3.2 基因定位

基因定位是遺傳圖譜在植物遺傳育種上的一個重要應用，主要包括質量性狀的基因定位和數量性狀的基因定位。

近等基因系分析法和分離群體分組分析法是質量性狀基因定位常用的兩種方法。水稻半矮桿基因sdg［19］、番茄抗病毒基因Tm－2a［20］等抗性基因是利用近等基因系定位的基因；利用分離群體分組分析法定位的基因有水稻抗稻瘟病基因［21］、水稻抗癭蚊基因［22］和小麥抗白粉病基因［23～25］等。

表2 常見農作物遺傳圖譜的構建

表3 幾種農作物主要數量性狀分析

數量性狀基因的定位在DNA分子標記出現以后才得到迅速的發展，具體應用見表3。

3.3 品種純度的鑒定

以電泳譜帶反映生物個體或種群間基因組特異性的DNA片段是DNA分子標記技術鑒定品種純度的主要方式。DNA分子標記鑒定品種純度能從根本上杜絕傳統的田間形態鑒別法通過對樣本中品種內單株的性狀表現來剔除表型不一的單株后估算的總體純度數據的不確定性，并避免環境對植物的影響。如王利英等利用已有的236對SSR分子標記篩選和鑒定1－2010、3－2010和9－2010 3個茄子品種的純度和獲取指紋信息，并證明用分子標記技術檢測茄子雜交種的純度更加高效［31］。殷長生通過提取玉米種子種胚、整粒種子和種苗不同部位提取的DNA進行SSR分子標記檢測后發現，芽尖和初生葉是SSR分子標記技術進行玉米品種純度鑒定最適宜的部位［32］。同時，SSR分子標記技術被認為是雜交水稻種純度很適合的鑒定方式［33］。

3.4 遺傳多樣性和物種親緣關系研究

遺傳多樣性是種內個體之間或一個群體內不同個體的遺傳變異的總和。遺傳多樣性不僅是物種多樣性和生態系統多樣性的基礎，還是生物多樣性的重要組成部分。一般而言，物種的遺傳多樣性表現得越高，對環境的適應能力也越強，其分布范圍也越廣泛［34］。利用分子標記檢測種質資源的遺傳多樣性及親緣關系對育種工作而言具有重要意義。房嫌嫌采用SSR分子標記對7個半野生種系，即瑪利加郎特棉、尖斑棉、尤卡坦棉、莫利爾棉、帕默爾棉、雷奇蒙地棉、闊葉棉的64份種質資源研究陸地棉半野生系與陸地棉栽培品種之間的親緣關系及遺傳與演化，結果發現瑪利加郎特棉的遺傳多樣性最高，尖斑棉的最低，在相似系數為0.690處被聚為四大類，其中親緣關系最近的是帕默爾棉、闊葉棉及栽培陸地棉［35］。付杰用RAPDs標記和微衛星標記揭示出中國薺菜具有80%以上的遺傳多樣性水平和變異水平；白菜和黑芥兩親本中，與白菜的親緣關系更加接近［36］。金雪在運用田間檢測、ISSR、SSR和 AFLP四種技術研究分蘗洋蔥的遺傳多樣性時，認為以AFLP分子標記技術評價分蘗洋蔥的遺傳多樣性最為適合［34］。

3.5 分子標記輔助育種

分子標記輔助選擇結合傳統育種技術與現代生物技術，能從分子水平上快速準確地分析個體的遺傳組成，實現對基因型的直接選擇，能在原有育種技術的基礎上有效地加快育種進程。分子標記輔助選擇育種的優勢主要體現在：①植物發育的階段、基因表達和環境變化對目標性狀的選擇不造成影響；②純合體和雜合體中出現的貢獻性標記可被區分，植株基因型在分離世代即可鑒定，毋需在下一代鑒定；③基因型鑒定某些表型鑒定困難的性狀更簡單迅速；④多個有利基因可被聚合，提高育種效率；⑤能克服不良性狀連鎖，導入遠緣優良基因［37］。例如，在草菇生產中，4℃的常規冷藏溫度會引起菌絲體自溶、子實體會液化變軟。高溫高濕是草菇生產的實際生長環境，這使得低溫高產草菇新菌株的人工選育十分困難。采用交配型基因作為分子標記，則可以較快速地建立草菇分子標記輔助雜交育種技術體系，并能培育出低溫高產的優良草菇新菌株［38］。

4 分子標記技術的展望

分子標記技術在作物的遺傳育種研究中已取得了較大的成果，并獲得了大量與各種作物農藝性狀相關聯的分子標記。在今后各種農作物雜交育種工作中，這些分子標記能為親本選擇、輔助篩選、遺傳圖譜構建及定向的基因改良等提供良好的分子基礎。在今后的作物遺傳育種研究中，分子標記技術將有更大的發展空間。

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