分子標記在DUS測試中的應用展望

周禹 曹慧慧 王巖 黃曉春 谷守國 付麗軍

摘 要：DUS測試是目前世界通用的新品種鑒定方法。該文概述了分子標記的特點及其在DUS測試中的初步應用，重點從蔬菜、麥類、中藥方面對分子標記在DUS測試中的發展和應用進行了展望。

關鍵詞：DUS測試;分子標記;形態標記

中圖分類號 S642.2? 文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2020）17-0015-02

DUS測試是指對植物的品種進行特異性（Distinctness）、一致性（Uniformity）和穩定性（Stability）（可區別性）的種植鑒定試驗[1]。依據新版種子法要求，無論是品種審定、品種登記還是品種權保護，都必須通過DUS測試。目前，DUS測試主要依據外部形態標記來確定，分子標記只作為輔助手段。形態標記是指植物的外部形態特征如葉片顏色、形狀、種子結構等特征，而分子標記則是在DNA水平上標記不同生物個體之間的差異。由于生物遺傳物質相對穩定且同一個體各個器官中遺傳信息一致，因此，分子標記能對任何生育期的任何器官進行檢測。相較于傳統的形態標記，分子標記具有檢測樣本分布廣（編布整個基因組）、檢測時間短、檢測手段簡單、重復性好、成本低廉、數據兼容性好、技術不受專利限制等優點。隨著分子技術的不斷積累和發展，分子標記終將替代傳統的形態標記成為測試主流方法。

1 分子標記技術概述

目前，主要的分子標記技術有RFLP、RAPD、AFLP、SSR、SNP等，每一種分子標記技術有自身的優缺點（見表1）。

SSR和SNP作為第3代分子標記，其應用也較為廣泛，相比于RFLP、RAPD、AFLP技術具有位點清楚、技術簡單、檢測結果可靠性高等優點，相繼被國際植物新品種保護聯盟（UPOV）、國際種子聯盟（ISF）和國際種子檢驗協會（ISTA）推薦作為作物品種鑒定和指紋數據庫構建的優選標記。

2 分子標記在DUS測試中的應用

自1999年起，我國開展了小麥品種DNA指紋檢測技術-SSR標記的研究與檢測工作，在檢測中不斷完善技術[2]（垂直板電泳技術平臺）。2011年，基于毛細管熒光電泳平臺的研究與應用工作，使檢測通量和效率提高了6～10倍。2014年，基于SNP標記技術的研發工作，篩選了小麥品種鑒定候選標記約16000個，建立了基于LGC公司-KASP技術樣本高通量SNP分型平臺。2016年，從國家冬小麥區試品種（84份）中篩查出的疑似品種22對（相似系數GS0.9以上），涉及參試品種12個（14.3%），審定品種12個。2017年，從參試品種（124份）中篩查出的疑似品種128對，涉及參試品種31個（25%），審定品種14個。2018年，從參試品種（117份）中篩查出的疑似品種58對，涉及參試品種22個（18.8%），審定品種21個。

3 分子標記在各種作物DUS測試中研究進展

3.1 蔬菜 2009年，我國率先完成了黃瓜全基因組的測序工作，并構建了世界上第一張蔬菜作物全基因組序列圖譜[3]。隨后番茄、大白菜、甜瓜等10多個蔬菜作物的基因組序列圖譜和變異圖譜相繼被公布，并獲得了海量的變異位點。有了這些基礎研究，各研究單位開發了大量DNA分子標記并應用于實踐當中，其中，北京市農林科學院蔬菜研究中心已牽頭完成了基于SSR和SNP標記的西瓜、白菜、黃瓜等主要蔬菜作物的DNA指紋圖譜。同時，大量控制重要農藝性狀的關聯基因已被克隆和鑒定[4]。如黃瓜苦味，西瓜糖含量[5]，大白菜抗根腫病，橘紅心等，基于這些基因開發出的功能分子標記已大規模應用于分子標記輔助育種。以上2個方面的研究，為下一步采用DNA分子標記篩選近似品種奠定了良好的基礎，采用DNA分子標記篩選近似品種將指日可待。同時主要蔬菜重要農藝性狀功能基因的克隆及相應分子標記的不斷應用，為DNA分子標記直接作為DUS測試指標提供理論了依據。

3.2 大麥 中國農科院作物所開發的55k SNP和功能基因芯片，包含近150個功能基因標記[6]。英國國家農業植物研究所做了一系列的研究，試圖將分子標記與大麥的DUS的某些性狀進行關聯，取得了較好的進展[7]。無論國內國外，科學家正在尋找表型性狀和分子標記相關性，并進行了大量的研究，技術的積累將進一步促進分子標記在DUS測試中的應用。

3.3 中藥材 目前，DNA分子遺傳標記技術主要應用于中藥材種質資源鑒定、道地性研究，在DUS測試中的應用還鮮有報道。道地藥材與非道地藥材在形態、生藥性狀及化學成分等特征上表現出了較大的差異[8]，采用傳統的分類學方法（外部形態）鑒定具有很大的局限性，無法區分不同地點種植的同一品種，而分子標記直接作用于基因的遺傳多樣性，具備快速檢測區分的可能性，因此，從分子標記方面開展中藥DUS測試具有廣闊的前景。同時，不同分子標記還可以用于藥用植物資源保護、遺傳圖譜構建及品質和抗性育種研究等方面。

4 展望

在當前的技術水平下，分子標記技術在DUS測試中僅作為輔助作用，國際組織不排斥分子標記的作用，肯定了分子標記的積極的方面，但外部形態標記仍是當前DUS測試的主流判定依據。從發展角度來看，由于全基因序列與其表達的性狀的位點一一對應沒有完全被破解，我們無法將基因位點和性狀表現一一對應，但隨著技術的積累和提高，總有一天我們能夠全面解讀各個基因位點相對應的形態標記，從而降低投入、減少田間種植面積，提高檢測速率和判定效率。

參考文獻

[1]陳龍江.開放環境下民族種業國內市場競爭力評估與提升對策[C].以玉米種業為例中國國外農業經濟研究會，2016.

[2]李望鴻，李玉芳，龐斌雙.甘肅小麥品種（系）HMW-GS遺傳變異分析[J].麥類作物學報，2004，24（1）：44-46.

[3]Sanwen Huang，Zhonghua Zhang，XingfangGu，et al.The genome of the cucumber （Cucumis sativus L.）[J].Nature Genetics，2009，1：1275-1281.

[4]唐丁.作物基因組學研究進展[J].植物遺傳資源學報，2018，03：383-389.

[5]Awais Rasheed，Yuanfeng Hao，Xianchun Xia，et al.Crop breeding chips and genotyping platforms： progress， challenges and perspectives[J].Molecular Plant Cell，2017，08：1047-1064.

[6]朱小茜.西瓜全雌基因連鎖的SRAP分子標記[D].鄭州：河南農業大學，2011.

[7]Huw Jones，Carol Norris，David Smith，et al. Evaluation of the use of high-density SNP genotyping to implement UPOV Model 2 for DUS testing in barley[J].Theor Appl Genet.，（2013） 126：901–911.

[8]段銀妹.DNA分子標記在人參屬植物研究中的應用[J].現代中藥研究與實踐，2018，06：74-76.

（責編：張宏民）