水稻分子標記輔助育種的研究

摘要：國內外水稻育種的理論和實踐都表明，突破性品種的育成依賴于關鍵遺傳資源的發現，依賴于有利基因的利用。目前分子標記技術的飛速發展，分子標記已成為當代育種研究的一個重要輔助方向。分子標記具有共顯性、不易受環境條件影響、鑒別簡便等優點，通過分子標記輔助選擇將大大提高選擇效率。

關鍵詞：分子標記；水稻育種；分子標記輔助選擇（MAS）

中圖分類號： S511 文獻標識碼： A 文章編號： 1674-0432（2013）-18-17-1

1 DNA分子標記的歷史起源與優劣

在很早以前植物遺傳育種研究中，就開始尋找利用易于鑒別的遺傳標記，通過這些易于觀察的標記來探究遺傳以及變異的規律。生物的遺傳標記大致囊括了形態的標記、分子的標記、細胞學的標記、生化類的標記等幾種主要類型。這個DNA分子標記跟形態標記以及生化標記等傳統標記相比較，具有顯而易見的特點。（1）不受外界環境影響。環境影響的是基因的轉錄和翻譯過程，而不改變基因結構，只是影響過程沒有改變本質。（2）不受組織器官類別發育時期等影響。（3）大多數的標記表現是共顯性的，那么就可以用來鑒別是純合基因型還是雜合基因型，以便更好的利用其性質。（4）多態性高，自然地存在著許多變異等位基因。（5）標記數量多，貫穿整個基因組。（6）提取的材料基因樣品，在適宜的條件下可長期保存，有利于追溯或仲裁性鑒定，多次重復等。（7）分子標記技術快速、目標明確、便于自動化。

2 DNA分子標記的種類及其基本鑒定范圍

迄今應用的DNA分子標記大多以電泳譜帶的形式表現，大致可分為southern雜交技術為核心的分子標記以PCR技術為核心的分子標記。另外，在后一類DDNA標記中，期貨總有許多與DNA重復序列密切相關，優勢將這種直接源于重復序列的標記單獨分為異類，以突出其特性。

眾所周知，尋找與水稻的重要農藝性狀機密連鎖的分子標記，并研究這些基因在染色體上的位置，是水稻研究的重要內容，也是分子標記輔助選擇和根據作圖位點進行基因克隆的基礎。近年來，有關水稻育性基因、抗性基因及其產量性狀基因的定位、作圖與分子標記研究取得了一定進展，為開展MAS育種奠定了較好的基礎。另一方面，在前期預測表現性狀不同的水稻是起決定性的作用。刨除宏觀從微觀單從理論來講，雜交親本之間地遺傳距離越遠，雜種優勢就越強，從而遺傳距離可以通過利用分子標記技術來進行測算，間接的有效的預測雜種優勢。通過分子標記遺傳距離準確預測雜種優勢距離實際應用還有一段路要走，需要進行更多的工作。

水稻秈粳亞種間雜種優勢利用被認為是水稻產量再上新臺階的主要途徑，而基因不親和性造成的F1不育則是利用亞種間雜種優勢的主要障礙。水稻光親和基因的發現與利用為克服這一障礙提供了可能。但是光親和基因系的直接鑒定和選擇非常費事，必須把待測品系與測驗種雜交，然后將雜種種下去，根據花粉育性或結實率來鑒定選擇。隨著遺傳標記的出現與發展，特別是分子標記的出現，為鑒定于選擇光親和基因提供便利。

3 分子標記在水稻抗病性上的利用

近年來，國內外對分子標記輔助選擇育種已經做了不少有益的嘗試，如應用分子標記技術成功地聚合了3個抗稻瘟病基因Pi-2、Pi-4和Pi-I，并獲得了抗性植株；用同樣的方法將抗白葉枯病基因Xa4、Xa5、Xa13和Xa21聚合，利用不同基因的互補效應，提高了水稻對白葉枯病的抗性：利用回交與分子標記輔助選擇技術相結合的方法，將廣譜高抗白葉枯病主效應基因Xa21導入優良雜交稻恢復系“明輝63”和“密陽46”中，改善“明輝63”和“密陽46”及其配置的雜交組合對白葉枯的抗病能力。正如萬建民所指出的那樣，對主基因控制的性狀，分子標記輔助選擇并不比傳統方法有明顯優勢；對多基因控制的重要農藝性狀，由于QTL定位成果還很難直接用于指導分子標記輔助選擇育種。

國家農作物分子育種中心就抗病基因的轉移和聚合的問題同其他國家重點實驗室，利用分子標記輔助選擇把稻瘟病抗性基因Pi-1、Pi-2通過回交拼配到兩系雜交水稻光敏核不育培矮64S中，進一步篩選得到了改良株系，優化該系的抗瘟性。

李愛宏等成功地利用了SSR標記，配組雜種優勢明顯的組合，從而可通過此方法是行之有效的，進一步有效地提高了雜種優勢利用的水平。

4 現實中的困難與研究展望

目前以鑒定及克隆到的基因及相關抗性材料，在育種應用中，多數都存在生育期不適合或是品質、株型等各方面的因素不理想，很難作為種質資源直接應用，而通過常規雜交希望得到中間育種材料也不是很容易，其抗性基因似乎與一些不利基因連鎖較為緊密，很難通過常規方法打破。再次，就標記輔助選擇效率，可以盡可能通過已有的抗病基因序列信息開發的相應的新型的功能性標記，如SNP、CAPs等標記，這類標記是針對基因本身直接開發的，提高選擇效率，很好地打破群體間的局限，提高選擇準確率和選擇效率。另外，由于稻瘟病的看形勢數量性狀，是由多基因控制的，在進行抗稻瘟病育種研究工作中，通過基因聚合等相應的生物學方法，盡可能地將不同的優良抗性基因轉入到同一材料中。

隨著分子標記技術發展到現在已有幾十種，各種分子標記技術都有自身的優點與不足，目前正在大力開發基于基因序列的第三代分子標記，相信隨著生基因芯片，生物信息學等新技術的不斷發展與分子標記技術的融合、相互滲透，DNA分子標記技術會更加理性客觀，從實際出發，將常規育種與分子標記輔助育種緊密結合起來，有效地應用于育種實踐，將來水稻育種會有更廣闊的發展空間。

作者簡介：雷闖，男，吉林長春人，吉林農業大學研究生，研究方向：水稻雜種優勢的利用。