基于分子標記的甘蔗遺傳育種研究綜述

莫璋紅，梁 俊，謝金蘭，林 麗，李長寧

（1.廣西農業科學院甘蔗研究所/農業農村部廣西甘蔗生物技術與遺傳改良重點實驗室/ 廣西甘蔗遺傳改良重點實驗室，廣西南寧 530007；2.廣西益譜檢測技術有限公司，廣西南寧 530007；3.廣西泰格瑞科技有限公司，廣西南寧 530007；4.廣西智標云信息科技有限公司，廣西南寧 530009）

白糖作為我國戰略儲備物資之一，其地位不言而喻。甘蔗是生產白糖的主要原料，因此優良甘蔗品種育種具有極其重要意義和價值。我國具有極其豐富的野生甘蔗種質資源，為雜交育種提供了優質的親本［1］。然而傳統的甘蔗育種方式幾乎完全依賴于植株的表現型，因此高效優質的甘蔗生產需要向弱化表現型影響的育種形式發展，分子標記輔助甘蔗遺傳育種的方法成為最優選擇。分子標記能直接反映出遺傳多樣性，因此其在輔助育種上開始運用，這一技術也逐漸成為國內外甘蔗遺傳育種的研究熱點，且在部分發達地區已開始應用［2］。

1 分子標記技術及其類別

分子標記（Molecular Markers）技術的基礎是個體間遺傳物質內核苷酸序列變異，是常用于檢測生物間差異的遺傳標記。相比于形態學標記、生物化學標記、細胞學標記等標記技術，分子標記有較多的優勢，例如，大部分分子標記為共顯性，選擇隱性性狀對分子標記技術來說十分便利；基因組變異豐富，分子標記的數量幾乎是無限的；標記分析不受生物發育時段影響；可揭示變異的DNA 片段；目標性狀不受外界環境等因素影響，可正常表達；檢測手段簡單、迅速等［3-6］。得益于以上優點，DNA 分子標記能在各領域受到重點研究和應用，如種質資源遺傳多樣性分析、目標性狀基因的標記與定位、抗性育種、作物品種純度鑒定及品質鑒定等。

2 分子標記在甘蔗性狀鑒定與輔助育種中的應用

在甘蔗作物生產活動中，各種因素影響著甘蔗的品質和產量。其中對甘蔗育種生產影響較大的因素是氣候和病害，如干旱、寒冷等環境會影響甘蔗根系的呼吸能力，嚴重影響其糖類積累過程，進而造成嚴重減產。銹病、黑穗病等是甘蔗常見的病害，蔗田間的病菌量累積至一定程度后會大規模爆發，毀壞甘蔗植株，導致大規模減產。分子標記可以很好地應對這些問題，尤其是當基因不能很好地表現出其性狀的類型，如甘蔗抗黑穗病性狀不僅受主基因控制，還受其他內在因素及外在因素的累加影響。由于雜交育種的前提基礎是種質資源的遺傳廣泛性。因此，當前甘蔗育種研究的重難點方向為分子標記輔助甘蔗育種研究［7］。

2.1 分子標記在甘蔗抗性研究中的應用

秦茜等人研究發現光合產物積累和甘蔗抗旱性有關［8］。廖詩童等采用簡單重復序列（Simple Sequence Repeat，SSR）標記技術標記和篩選了35 個不同耐寒蔗種，結果表明品種間的基因組SSRs（Genomic SSR，gSSR）遺傳相似系數在0.413 8～0.804 6，平均值為0.625 1；品種間的表達序列標簽（Express Sequence Tag，EST-SSR）遺傳相似系數在0.514 5～0.797 1，平均值為0.665 1，研究中gSSR 標記的效果明顯優于EST-SSR［9］。

端木卜文等用Bru1 和黃銹病抗性位點G1 對國內164 份甘蔗材料進行檢測分析，結果14%參試材料中帶有Bru1 抗性標記，5.56%的參試材料中帶有G1 位點，3.66%參試材料同時帶有Bru1 和G1 位點，結果表明，國內大多數甘蔗品種不具有抗褐銹病基因，為后續甘蔗抗銹病基因資源研究提供了科學依據［10］。目前，國內外都在加大培育甘蔗抗病種力度［11］。

2.2 分子標記在甘蔗種質資源研究上的應用

2.2.1 種質鑒定及篩選

豐富的種質資源是育種的前提和基礎，開展種質資源分子檢測，對甘蔗資源育種具有重要意義。肖關麗等為了建立適合甘蔗隨機擴增多態性DNA（Randomly Amplified Polymorphic DNA，RAPD）分析的聚合酶鏈式反應（Polymerase Chain Reaction，PCR）條件，用甘蔗雜種梁河78/121 及其親本華南56/12 和崖城58/473 材料的DNA，對115 個隨機引物進行篩選，找到了可用于鑒定該雜種的引物OPR-17、OPK-17 和OPR-18［12］。

2.2.2 指紋圖譜的構建

曾華宗等采用RAPD 技術對多組甘蔗種質間的親緣關系、特異標記進行分析，成功構建關于41 份種質的RAPD 指紋圖譜［13］。劉新龍也成功構建了甘蔗分子遺傳圖譜，方法是利用36 對SSR 引物和12 對擴增片段長度多態性（Amplified Fragment Length Polymorphism，AFLP）引物對甘蔗商業品種Co419 與野生種割手密Y75/1/2 兩個群體進行PCR 擴增和分子遺傳連鎖分析［14］。

2.2.3 遺傳多樣性評估

AFLP 技術也能較好地評估甘蔗遺傳多樣性，李鳴采集了不同地區的甘蔗種質，利用AFLP 技術進行鑒定和區分，并對各個種質的AFLP 指紋圖譜進行遺傳多樣性和聚類分析，結果表明各種質間存在豐富的遺傳多樣性［15］。昝逢剛等采用AFLP 標記技術，對來自中國、澳大利亞、美國等6 個國家不同地區的118 份甘蔗種質進行分析，結果表明各種間存在豐富的遺傳多樣性［16］。

3 結語

相比于傳統甘蔗育種，分子標記輔助育種具備諸多優點，在甘蔗抗性研究、遺傳多樣性等方面發揮較大作用。但其在甘蔗育種的應用上仍存在不少問題，甘蔗染色體數量多是最主要的原因，甘蔗是高度雜合的多倍體，供試材料的選擇十分困難；甘蔗一般為種間雜交，難以建立出能夠世代遺傳優質基因的分離群體。雖然目前的分子標記輔助甘蔗育種研究已在嘗試克服這些問題，例如，嘗試同時使用幾種不同的標記方法；開展甘蔗野生近種的研究，挖掘抗性基因，拓寬甘蔗遺傳基礎；結合多種分子標記技術，構建致密的遺傳連鎖圖譜等。在此研究基礎上，分子標記可以進一步應用在輔助性狀篩選、多性狀同時標記及篩選，充分發揮分子標記輔助甘蔗育種的作用，提高甘蔗育種效率。