SSR標記在玉米遺傳育種中的應用與研究

石祥鵬 謝雨彤 吳曼妮 朱光楓

1 玉米概述

玉米是具有糧、經(jīng)、果、飼、能多元用途的中國重要作物之一，其種植面積和產(chǎn)量均居我國四大作物之首，其生產(chǎn)水平在農(nóng)業(yè)、工業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。然而由于來自國內外4個種群（塘四平頭、旅大紅骨、瑞德和蘭卡斯特）少量優(yōu)異自交系的頻繁利用及其本身的自交衰退，我國育種面臨著種質資源遺傳基礎狹窄、單產(chǎn)增長緩慢、抗病和抗逆能力下降等諸多瓶頸[1]，且玉米生產(chǎn)水平與發(fā)達國家相比差距明顯。針對當前面臨的競爭力弱、商業(yè)化育種進程緩慢、優(yōu)良品種匱乏等問題，構建商業(yè)化育種技術體系、引進國外優(yōu)良種質、明確種質資源間的親緣關系、育強優(yōu)勢的自交系組合成為解決問題的突破點[1]。

傳統(tǒng)的育種方式多以表現(xiàn)型劃分自交系類群，將通過表型特征聚類結果與系譜圖相比較，發(fā)現(xiàn)二者間存在較大的誤差，因此，依據(jù)田間農(nóng)藝性狀結果的可靠性有待進一步驗證。隨著分子生物技術的快速發(fā)展，遺傳標記形式在形態(tài)標記、細胞標記和生化標記的基礎上衍生出分子標記。

開發(fā)的基于DNA變異的分子標記主要有RFLP、RAPD、SSR、AFLP等，其中簡單重復序列（Simple Sequence Repeats）簡稱SSR，是由幾個核苷酸構成的DNA片段，其核心序列是由1～6bp串聯(lián)重復在組成，在真核生物的基因組中普遍存在且隨機分布。

SSR標記具有以下特征：一是在作物基因組中均勻、隨機、廣泛分布；二是標記本身無功能作用，重復序列的重復次數(shù)變化不影響生物正常發(fā)育，因此，相比于其他標記而言更具有多態(tài)性；三是SSR標記序列兩側的順序多較保守；四是呈孟德爾式遺傳，共顯性；五是分析鑒定僅需微量組織，對DNA質量要求不高。因此，在玉米種質資源遺傳多樣性分析中，SSR標記被廣泛應用。本文中筆者就SSR標記在玉米遺傳育種的應用進行簡要論述。

2 遺傳多樣性

遺傳多樣性分析經(jīng)歷了從形態(tài)特征、親緣關系、生化指標到分子標記的演變過程。分子標記的出現(xiàn)成為遺傳多樣性分析的重要工具，其中SSR標記具有重復性高、多態(tài)性好、共顯性標記等優(yōu)點。

近年來，國內外學者對于SSR標記在玉米遺傳多樣性分析方面做了大量研究，并在前人的研究基礎上進行了相應的改進和創(chuàng)新；劉志齋等[2]利用40個標記對820份中國玉米重要自交系進行遺傳多樣性與群體結構分析，檢測到的等位變異為10～72個，平均36．87個/位點，基因多樣新為0．46～0．945 8，平均 0．843 0，PIC 為 0．43 ～ 0．94，平均 0．83，聚類表明，K=5時可以劃分為5個類群，依次為蘭卡斯特、旅大紅骨、塘四平頭、瑞德與P群；王鳳格等[3]對中國328個玉米品種（組合）進行SSR標記遺傳多樣性分析，對具有廣泛來源的玉米種質資源進行遺傳多樣性和群體結構分析，并探討其在改良過程中的類群屬性變化。此外，對不同區(qū)試組、不同用途、不同類群等多角度分析、探討，共檢測到40對SSR引物等位基因變異范圍為3～16個，平均8．10個，多態(tài)信息指數(shù)(PIC)值變化范圍為0．18～0．85，平均為0．63。參試品種不同年份間遺傳多樣性變化不大，PIC值在0．60左右擺動，8個區(qū)試組品種的總等位基因和總基因型變異范圍為170～262和200～511，張微微等[4]利用篩選出的40對SSR引物對213份鮮食玉米的親緣關系進行評價，共擴增出169個等位基因，變幅為2～9，PIC 范圍為 0．72 ～ 0．92，平均值 0．82。

上述研究表明，利用SSR分子標記明確種質資源的遺傳多樣性和群體結構特征，在育種選材及種質資源創(chuàng)新過程中發(fā)揮重要作用。

3 指紋圖譜的構建

玉米種質資源的純度、真實性和差異性檢驗對玉米新品種及知識產(chǎn)權的保護具有重要意義，面對當前玉米種質資源品種數(shù)量激增而遺傳基礎日趨狹窄的情況，傳統(tǒng)的形態(tài)指標、同工酶和蛋白質技術鑒定周期長、多態(tài)性、穩(wěn)定性差的缺點愈發(fā)凸顯，顯然已難以滿足鑒定效率、精確度等方面的要求，而利用SSR標記特有的優(yōu)點并將其廣泛應用于DNA指紋圖譜構建，能快速、準確地進行種質資源純度鑒定。

王鳳格等[5]利用40對SSR核心引物構建3 998份玉米審定品種的SSR指紋庫，形成了構建作物品種SSR指紋庫的標準化程序；邸仕忠等利用篩選出的10對引物作為核心引物，初步構建了重慶市66個玉米自交系的指紋圖譜；蓋樹鵬[6]等利用74對SSR引物對35份骨干自交系和19份主栽品種進行SSR分析，將擴增條帶數(shù)字化，構建了自交系和雜交種的指紋圖譜。

4 SSR標記與關聯(lián)性分析

基于SSR標記的關聯(lián)分析在不同作物中都有大量應用，并且關聯(lián)分析在探究標記與性狀的關聯(lián)性、發(fā)掘功能位點的研究中有重要作用。與傳統(tǒng)的連鎖分析相比，關聯(lián)分析具有無需構建群體耗時少、檢測范圍廣、精度高、取材廣度大等優(yōu)點，在玉米的關聯(lián)分析中SSR標記應用較多，并取得一定的研究成果。

張丹等[7]用91對SSR標記對53份糯玉米自交系和30份單交種進行基因組掃描及關聯(lián)分析。結果共發(fā)現(xiàn)26個SSR標記與籽粒淀粉黏度性狀相關聯(lián)，其中有11個SSR標記同時與2個或2個以上性狀相關聯(lián)，可能與這些性狀高度正相關或一因多效有關。曹士亮等[8]選取玉米染色體上的2．09、3．04、3．053個區(qū)段的55個SSR標記對16份抗感玉米絲黑穗病的玉米自交系基因組進行關聯(lián)分析，初步確定與玉米絲黑穗病相關程度達顯著以上的標記14個，占多態(tài)性標記的35%。其中，標記umc2077和umc1525與玉米絲黑穗抗性相關呈極顯著水平。李偉忠等[9]利用64對核心SSR標記對257份玉米自交系構成的群體進行基因分型，對9個性狀的表型數(shù)據(jù)與標記進行回歸分析，確定標記對表型的解釋率，共鑒定出26個標記位點與9個性狀相關聯(lián)，8個位點的變異分別與株高、穗位、生育期、穗長、穗行數(shù)和蛋白質含量等6個表型性狀極顯著相關(P＜0．01)，其他18個標記與9個性狀顯著相關(P＜0．05)。

5 展望

SSR標記在玉米育種領域主要應用于遺傳多樣性分析、構建DNA指紋圖譜、聚類劃分優(yōu)勢群體、鑒定品種純度等，且該應用技術探索已趨于完善、成熟；應立足研究現(xiàn)狀，SSR標記若與形狀關聯(lián)性分析相結合，可充分發(fā)掘功能位點，進而使SSR標記的價值得到進一步利用，從而提高玉米育種效率。