分子標(biāo)記在作物遺傳育種中的應(yīng)用

譚建萍，李映萍，余江勇，楊 雪，金生英，譚本智

（廣州市東籬環(huán)境藝術(shù)有限公司，廣東 廣州510335）

1 引言

作物品種選育主要是對(duì)作物的目標(biāo)性狀如高產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性、優(yōu)質(zhì)性、抗逆性等性狀進(jìn)行選擇。分子生物學(xué)發(fā)展以后，多種類型的基于DNA多態(tài)性的分子標(biāo)記技術(shù)被應(yīng)用于作物遺傳育種，相比傳統(tǒng)的遺傳育種方式，分子標(biāo)記表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性，并將作物遺傳育種提升到一個(gè)新的高度。

2 分子標(biāo)記的概念

DNA水平遺傳多態(tài)性能通過分子標(biāo)記直接反映。DNA分子標(biāo)記技術(shù)與其他幾種類型的遺傳標(biāo)記技術(shù)如形態(tài)學(xué)標(biāo)記、生物化學(xué)標(biāo)記、細(xì)胞學(xué)標(biāo)記等遺傳標(biāo)記技術(shù)相比，具有以下6種優(yōu)越性［1］，見表1。

表1 DNA分子標(biāo)記的優(yōu)越性

3 分子標(biāo)記在作物遺傳育種中的應(yīng)用

隨著人類遺傳育種工作的不斷開展，以及分子標(biāo)記技術(shù)在育種工作中表現(xiàn)出來的優(yōu)越性，DNA分子標(biāo)記技術(shù)在作物基因圖譜構(gòu)建、基因定位、品種純度鑒定等方面體系的建立和研究也日趨成熟。

3.1 構(gòu)建分子標(biāo)記遺傳圖譜

遺傳圖譜是以某一個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)為基礎(chǔ)，在DNA片段上相隔一定距離找到一個(gè)多態(tài)性標(biāo)記，通過標(biāo)記之間的連鎖分析反映遺傳標(biāo)記之間的相對(duì)關(guān)系，遺傳圖譜的構(gòu)建可以為建立植物種質(zhì)資源庫、育種及分子克隆等應(yīng)用方面的研究提供扎實(shí)的理論依據(jù)。分子標(biāo)記技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于常見農(nóng)作物遺傳圖譜的構(gòu)建，見表2。

3.2 基因定位

基因定位是遺傳圖譜在植物遺傳育種上的一個(gè)重要應(yīng)用，主要包括質(zhì)量性狀的基因定位和數(shù)量性狀的基因定位。

近等基因系分析法和分離群體分組分析法是質(zhì)量性狀基因定位常用的兩種方法。水稻半矮桿基因sdg［19］、番茄抗病毒基因Tm－2a［20］等抗性基因是利用近等基因系定位的基因；利用分離群體分組分析法定位的基因有水稻抗稻瘟病基因［21］、水稻抗癭蚊基因［22］和小麥抗白粉病基因［23～25］等。

表2 常見農(nóng)作物遺傳圖譜的構(gòu)建

表3 幾種農(nóng)作物主要數(shù)量性狀分析

數(shù)量性狀基因的定位在DNA分子標(biāo)記出現(xiàn)以后才得到迅速的發(fā)展，具體應(yīng)用見表3。

3.3 品種純度的鑒定

以電泳譜帶反映生物個(gè)體或種群間基因組特異性的DNA片段是DNA分子標(biāo)記技術(shù)鑒定品種純度的主要方式。DNA分子標(biāo)記鑒定品種純度能從根本上杜絕傳統(tǒng)的田間形態(tài)鑒別法通過對(duì)樣本中品種內(nèi)單株的性狀表現(xiàn)來剔除表型不一的單株后估算的總體純度數(shù)據(jù)的不確定性，并避免環(huán)境對(duì)植物的影響。如王利英等利用已有的236對(duì)SSR分子標(biāo)記篩選和鑒定1－2010、3－2010和9－2010 3個(gè)茄子品種的純度和獲取指紋信息，并證明用分子標(biāo)記技術(shù)檢測茄子雜交種的純度更加高效［31］。殷長生通過提取玉米種子種胚、整粒種子和種苗不同部位提取的DNA進(jìn)行SSR分子標(biāo)記檢測后發(fā)現(xiàn)，芽尖和初生葉是SSR分子標(biāo)記技術(shù)進(jìn)行玉米品種純度鑒定最適宜的部位［32］。同時(shí)，SSR分子標(biāo)記技術(shù)被認(rèn)為是雜交水稻種純度很適合的鑒定方式［33］。

3.4 遺傳多樣性和物種親緣關(guān)系研究

遺傳多樣性是種內(nèi)個(gè)體之間或一個(gè)群體內(nèi)不同個(gè)體的遺傳變異的總和。遺傳多樣性不僅是物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性的基礎(chǔ)，還是生物多樣性的重要組成部分。一般而言，物種的遺傳多樣性表現(xiàn)得越高，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力也越強(qiáng)，其分布范圍也越廣泛［34］。利用分子標(biāo)記檢測種質(zhì)資源的遺傳多樣性及親緣關(guān)系對(duì)育種工作而言具有重要意義。房嫌嫌采用SSR分子標(biāo)記對(duì)7個(gè)半野生種系，即瑪利加郎特棉、尖斑棉、尤卡坦棉、莫利爾棉、帕默爾棉、雷奇蒙地棉、闊葉棉的64份種質(zhì)資源研究陸地棉半野生系與陸地棉栽培品種之間的親緣關(guān)系及遺傳與演化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)瑪利加郎特棉的遺傳多樣性最高，尖斑棉的最低，在相似系數(shù)為0.690處被聚為四大類，其中親緣關(guān)系最近的是帕默爾棉、闊葉棉及栽培陸地棉［35］。付杰用RAPDs標(biāo)記和微衛(wèi)星標(biāo)記揭示出中國薺菜具有80%以上的遺傳多樣性水平和變異水平；白菜和黑芥兩親本中，與白菜的親緣關(guān)系更加接近［36］。金雪在運(yùn)用田間檢測、ISSR、SSR和 AFLP四種技術(shù)研究分蘗洋蔥的遺傳多樣性時(shí)，認(rèn)為以AFLP分子標(biāo)記技術(shù)評(píng)價(jià)分蘗洋蔥的遺傳多樣性最為適合［34］。

3.5 分子標(biāo)記輔助育種

分子標(biāo)記輔助選擇結(jié)合傳統(tǒng)育種技術(shù)與現(xiàn)代生物技術(shù)，能從分子水平上快速準(zhǔn)確地分析個(gè)體的遺傳組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)基因型的直接選擇，能在原有育種技術(shù)的基礎(chǔ)上有效地加快育種進(jìn)程。分子標(biāo)記輔助選擇育種的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：①植物發(fā)育的階段、基因表達(dá)和環(huán)境變化對(duì)目標(biāo)性狀的選擇不造成影響；②純合體和雜合體中出現(xiàn)的貢獻(xiàn)性標(biāo)記可被區(qū)分，植株基因型在分離世代即可鑒定，毋需在下一代鑒定；③基因型鑒定某些表型鑒定困難的性狀更簡單迅速；④多個(gè)有利基因可被聚合，提高育種效率；⑤能克服不良性狀連鎖，導(dǎo)入遠(yuǎn)緣優(yōu)良基因［37］。例如，在草菇生產(chǎn)中，4℃的常規(guī)冷藏溫度會(huì)引起菌絲體自溶、子實(shí)體會(huì)液化變軟。高溫高濕是草菇生產(chǎn)的實(shí)際生長環(huán)境，這使得低溫高產(chǎn)草菇新菌株的人工選育十分困難。采用交配型基因作為分子標(biāo)記，則可以較快速地建立草菇分子標(biāo)記輔助雜交育種技術(shù)體系，并能培育出低溫高產(chǎn)的優(yōu)良草菇新菌株［38］。

4 分子標(biāo)記技術(shù)的展望

分子標(biāo)記技術(shù)在作物的遺傳育種研究中已取得了較大的成果，并獲得了大量與各種作物農(nóng)藝性狀相關(guān)聯(lián)的分子標(biāo)記。在今后各種農(nóng)作物雜交育種工作中，這些分子標(biāo)記能為親本選擇、輔助篩選、遺傳圖譜構(gòu)建及定向的基因改良等提供良好的分子基礎(chǔ)。在今后的作物遺傳育種研究中，分子標(biāo)記技術(shù)將有更大的發(fā)展空間。

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