水稻分子育種研究進展

黃迪 黃延勝 王靜蕾 董謝薇

基于分子標記的選擇育種和轉基因育種是分子水稻育種的主要內容，基因編輯技術的發展賦予分子水稻育種新的生命力。本文從產量、品質和抗逆性等方面解釋了分子刺激育種的生物學基礎，對分子刺激育種的研究成果和基因組加工技術在分子刺激育種中的應用進展進行了綜述。

雜交水稻種植為確保中國的糧食安全做出了重要貢獻，但是隨著時間的推移，隨著多樣化市場的需求，難以有效地發揮其發展潛力，環境變化也日益復雜。水稻的分子繁殖基于分子生物學和經典遺傳學的理論基礎。通過分子標記技術、轉基因技術和生物信息學來實施新育種，克服了水稻育種周期長、效率低的弊端，已成為現代水稻育種發展的主要趨勢，是我國糧食安全的重要技術保障。此外，近年來基因編輯技術的飛速發展已經證明了水稻分子復制的廣闊潛力。以下是有關水稻功能基因的研究成果，分子基因領域的最新進展以及在分子培養中開發基因編輯技術的可能性。

1 多重PCR方法

為了提高標記物的分類效率，當同時檢查與兩個或多個目標特征相關的多個不同分子標記物時，如果這些分子標記物的擴增產物具有不同的長度，那么在同一條件下，一對以上的引物可以同時相互作用PCR條件，這稱為多重擴增。使用這種方法時，在設計或選擇點火材料時，應考慮刺的改裝溫度是否相同，并且擴增產物的大小沒有重疊。研究表明，多次擴增使用與單個引物相同數量的Taq酶。這大大降低了檢查成本和掃描時間。

2 用相斥相分子標記進行育種選擇

所謂交替分子相標記是指與排斥的目標性狀相關的分子標記，即具有分子標記，并且植物不顯示目標性狀;沒有分子標記，則植物顯示目標性狀。這些選項對于諸如RAPD標簽的主要標簽特別有效。

Haley等（1994）發現了兩個與bc-3隱性耐藥基因的普通藥丸花葉病抗性病毒相關的RAPD標記。其中，標記1和bc-3的距離為1.9厘米;標記2與bc-3的距離為7.1厘米。對純合性，雜合抗性菌株和標記為1%的特異純合菌株的抗性分別為26.3%，得分為2的特定結局分別為81.8%，18.2%。當同時使用兩個標簽時，這等效于可待因符號。選擇效果與單獨標記2的選擇效果相同。通常認為，在選擇早期育種時，相互排斥的RAPD標簽的使用與編碼RFLP標簽具有類似的選擇效果。

3 克服連鎖累贅

回交育種是一種常見的農作物生長方法，但是回交育種的長期問題是在回交過程中，靶基因與附近的非靶基因相關，從而一起導入受體稱為連鎖累贅（Linkage drag）。

與附加選擇的靶性狀密切相關的分子標記的使用可以顯著降低結合的負擔。例如，在約150個重疊的后代中，至少有一種植物有95%的機會在感興趣的基因的左或右1厘米范圍內交換，使用RFLP標簽準確識別這些個體;在300株植物中，有95種可能它們中的30%必須在指定基因的另一側的1厘米范圍內交換，從而產生感興趣基因的大于2厘米的部分。通過僅在兩代中選擇RFLP即可獲得此結果;傳統方法可能平均需要100代。隨著分子標記圖變得更密集，重組個體的選擇效率將提高。因此，建立高密度分子遺傳圖譜對于加速作物種植是必要的。

4 降低MAS育種的成本

對于MAS，第一步樣品DNA樣品提取。體積在PCR相互作用期間減小體積。例如，在反應過程中，體積從25μL減小到15μL甚至10μL。

瓊脂糖（Agrose）凝膠：實驗表明，相同的Agrose凝膠可多次加載樣品，而不會引起樣品之間的干擾。

擴增產物的檢測：PCR擴增產物通常用EB染色，通過LTV觀察，并使用寶麗來膠片相機系統。通過這種監視方法，不僅刺激了致癌物，而且紫外線對眼睛造成了很大的損害，并且照相機系統的成本也很高。通過修飾染色系統，可在可見光下直接檢測到的瓊脂糖凝膠用亞甲基藍染色。即使只有一種PCR擴增產物，也不需要電泳，只需要在反應管中加入EB，就可以根據紫外線燈下的反應直接確定目標基因型，這在粘貼的幫助下大大降低了選擇成本這對于大規模育種非常有用。

隨著環境變化的不斷增長和人類需求的多樣化，中國稻米種植的重點不僅限于生產單一產品。在新時代的新形勢下，研究人員還將關注新概念，例如水稻、水稻品種，對環境的嚴格適應以及減少資源的使用，包括增強谷物中的微量元素，發展無菌性和抵抗壓力。水稻品種以及實現環境友好和環境可持續的水稻生產對分子刺激育種提出了更高的要求。不僅需要不斷了解水稻的重要農業特性以及與多發性硬化相關的生長發育的分子機制，還需要改進有關分子育種的現有遺傳資源信息系統，并將基于分子標記的育種與分子水稻設計相結合，以培育高產、優質、抗逆，異質性疾病和具有水稻新品種的理想植物。近年來，TALENs和CRISPR/Cas9系統代表的基因組位點的編輯技術發展迅速，并已成功地用于編輯現場水稻基因。未來的遺傳圖譜和衍生技術，再加上轉基因水稻技術和分子標記輔助技術，可以加速水稻和分子培養的功能基因組研究，將水稻從傳統育種轉變為有效而精確的分子水稻，旨在為設計育種注入新的活力。