分子標(biāo)記技術(shù)在玉米種質(zhì)類群劃分中的應(yīng)用

李向龍 吳忠義 張曉東 張中寶 張立全

摘要 玉米種質(zhì)資源是玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前提和基礎(chǔ)，但優(yōu)質(zhì)資源匱乏已成為當(dāng)前玉米育種工作的瓶頸。綜述了玉米種質(zhì)資源類群劃分在表型水平和分子水平上的4種方法，指出分子標(biāo)記技術(shù)在玉米種質(zhì)類群劃分中的優(yōu)勢(shì)及其進(jìn)一步改良的措施，并對(duì)該技術(shù)在未來玉米種質(zhì)資源劃分中的廣泛應(yīng)用提出建議和展望。

關(guān)鍵詞 玉米種質(zhì)資源;分類;表型鑒定;生化指標(biāo);分子標(biāo)記

中圖分類號(hào) S513 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A ?文章編號(hào) 0517-6611（2015）03-041-03

Application of Molecular Markers in Classification of Maize Germplasm Population

LI Xianglong， WU Zhongyi， ZHANG Xiaodong et al

（Beijing Agricultural Biotechnology Research Center， Beijing 100097）

Abstract Maize germplasm resource is the premise and foundation of the development of maize industry. However， the lack of excellent resources has become the bottleneck of maize breeding.This paper reviews four methods in the phenotypic and molecular level of maize germplasm groups classification， and indicates the advantages of molecular marker technology and the further improvement measures. Finally， suggestions and expecting on the further applications of this technology were proposed.

Key words Maize germplasm resourcse; Classification; Phenotype identification; Biochemical criterion; Polymorphic markers

基金項(xiàng)目 國家十一五轉(zhuǎn)基因重大專項(xiàng)（No.2008ZX08003001）。

作者簡(jiǎn)介 李向龍（1981- ），男，蒙古族，內(nèi)蒙古磴口人，助理研究員，碩士，從事于玉米轉(zhuǎn)基因育種。

收稿日期 20141203

玉米是全球第一大谷物，在國內(nèi)外糧食經(jīng)濟(jì)中占據(jù)舉足輕重的地位。種質(zhì)資源是玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前提和基礎(chǔ)，然而國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)、高配合力、廣適應(yīng)性的種質(zhì)資源相對(duì)匱乏，這成為玉米育種工作發(fā)展的瓶頸，且資源利用率也很低，即使在育種水平較高的美國，目前所利用的玉米種質(zhì)資源還不到總資源量的5%^[1-2]。近年來，隨著玉米育種業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，各國對(duì)玉米育種的研究思路逐漸向豐富種質(zhì)資源和準(zhǔn)確劃分資源類群轉(zhuǎn)變。

玉米在表型水平和分子水平上差異都較大，如果依據(jù)這兩方面將種質(zhì)資源劃分為不同類群，便可有預(yù)見性的選配組合，提高育種效率，同時(shí)也可提高玉米雜種優(yōu)勢(shì)利用的水平。筆者綜述了玉米種質(zhì)資源類群劃分的幾種方法，并論述分子多態(tài)性標(biāo)記技術(shù)在劃分玉米種質(zhì)資源的優(yōu)勢(shì)及其改進(jìn)方法，旨在為玉米種質(zhì)資源類群劃分及其雜種優(yōu)勢(shì)利用提供方法和思路。

1 玉米種質(zhì)資源類群劃分的方法

玉米種質(zhì)資源類群的劃分有許多方式，歸納起來主要從兩方面進(jìn)行分類，分別是表型性狀鑒定和分子水平檢測(cè)。前者主要對(duì)玉米種質(zhì)資源本身及雜交后代的農(nóng)藝性狀表型特征考察進(jìn)行分類，后者主要對(duì)玉米種質(zhì)的蛋白質(zhì)等生化指標(biāo)的測(cè)定和DNA序列的多態(tài)性比對(duì)進(jìn)行分類。

1.1 基于外部表型性狀的分類

玉米種質(zhì)資源間外部性狀和生育時(shí)期等農(nóng)藝性狀具有不同差異，且種質(zhì)間差異越大，兩者間的特殊配合力和一般配合力就越大。該類方法是基于玉米種質(zhì)的這一特性對(duì)種質(zhì)資源的形態(tài)特征及后代相關(guān)性狀的配合力測(cè)定，從而達(dá)到對(duì)玉米種質(zhì)資源類群劃分的目的。

1.1.1 農(nóng)藝性狀鑒定分類法。根據(jù)表型農(nóng)藝性狀的差異值，對(duì)各種質(zhì)資源進(jìn)行歸類，計(jì)算出性狀間的遺傳距離，然后進(jìn)行聚類分析，可將種質(zhì)資源分為若干類群。孫發(fā)明等^[3]根據(jù)葉部和根部性狀、抗病性、早衰程度等表現(xiàn)，對(duì)我國38份飼用玉米進(jìn)行分析，初步劃分出七大種質(zhì)類群，并確定了78599改良系是飼用玉米的核心種質(zhì)。王振華等^[4]從植株形態(tài)、生育時(shí)期、籽粒性狀以及產(chǎn)量等方面考察了54個(gè)玉米種質(zhì)，確定了供試類群間在形態(tài)性狀方面的差異，并將所測(cè)驗(yàn)材料劃分為四大類群。袁昊^[5]通過考察15個(gè)表型性狀計(jì)算出82個(gè)玉米自交系的歐式遺傳距離，各自交系間的平均遺傳距離變異在9.05～146.23，說明供試自交系具有較為豐富的遺傳多樣性，并將這些自交系分為6個(gè)類群。Harada等^[6]對(duì)40份玉米材料分析了其穗部性狀、產(chǎn)量等18個(gè)表型性狀，聚類分析后將這些材料分為8個(gè)類群。Gouesnard等^[7]對(duì)從法國本土搜集到的262份玉米種質(zhì)粒型、穗部、熟期等性狀進(jìn)行主成分分析，將這些供試材料分為4大類群。

1.1.2 雜交種配合力測(cè)定分類法。目前，很多研究者將玉米種質(zhì)資源相互間組合選配，根據(jù)雜交后代的表型性狀測(cè)定其配合力，并依據(jù)配合力值進(jìn)行聚類分析，將種質(zhì)資源進(jìn)行分類。

近年來，一些新型分子標(biāo)記技術(shù)大量涌現(xiàn)，如單核甘酸多態(tài)性（SNP）、序列特異性擴(kuò)增區(qū)（SCAR）及酶切擴(kuò)增多態(tài)性序列（CAPS）等，這些技術(shù)的誕生也為玉米種質(zhì)資源類群劃分提供了更多的選擇途徑。

2.2 分子標(biāo)記分類法的優(yōu)勢(shì)

玉米種質(zhì)資源類群劃分是否合理，直接影響玉米育種水平、種質(zhì)改良進(jìn)程和選育高產(chǎn)組合的效率。20世紀(jì)70年代前，種質(zhì)類群的劃分主要靠親緣關(guān)系、形態(tài)標(biāo)記以及雜交后代的雜種優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)和變異程度等方法，但這些方法有一定的主觀因素，結(jié)果準(zhǔn)確性不能得到保證，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力;而蛋白質(zhì)和同工酶的測(cè)定標(biāo)記雖然能進(jìn)行種質(zhì)資源的劃分，但種質(zhì)間差異不很明顯的多態(tài)性又難以鑒定，因此育種家們一直在尋求更為經(jīng)濟(jì)有效的方法。

遺傳物質(zhì)DNA在玉米種質(zhì)間穩(wěn)定遺傳，不受環(huán)境影響。玉米種質(zhì)間DNA序列的差異可直接反映種群的差異，也是劃分玉米種質(zhì)資源的可靠基礎(chǔ)^[33]。分子輔助標(biāo)記分類方法在此基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生，它排除了生物發(fā)育階段和環(huán)境的影響，可一次性批量劃分種質(zhì)群體，確定其雜種優(yōu)勢(shì)類群，可以檢測(cè)出豐富的多態(tài)性，方法靈敏度高，結(jié)果可靠，有較高的可重復(fù)性，成本低且可控，這些特性是上述2種分類法不可比擬的。可以預(yù)見，該方法將作為今后玉米種質(zhì)資源劃分的主要手段。

3 分子標(biāo)記技術(shù)的建議和展望

玉米種質(zhì)資源對(duì)于提高玉米雜種優(yōu)勢(shì)水平具有至關(guān)重要的作用，合理劃分玉米種質(zhì)類群，建立相應(yīng)的雜種優(yōu)勢(shì)模式，才能有針對(duì)性地改良玉米種質(zhì)和選配雜交組合，選出適應(yīng)生產(chǎn)要求的強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交種。分子標(biāo)記技術(shù)應(yīng)用于種質(zhì)資源類群劃分中，其具有的特性比表型鑒定和生化測(cè)定方法有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于未來玉米育種產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有很高的實(shí)用性。

不同分子標(biāo)記技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)，所以應(yīng)針對(duì)不同研究目的選擇合適的分子標(biāo)記技術(shù)。此外，筆者認(rèn)為所有對(duì)玉米種質(zhì)資源類群的劃分都是為了更好地將其應(yīng)用于育種實(shí)踐，通過分子標(biāo)記技術(shù)檢測(cè)DNA的多態(tài)性，進(jìn)而對(duì)玉米種質(zhì)資源進(jìn)行類群劃分，因此該技術(shù)還必須與傳統(tǒng)試驗(yàn)技術(shù)和育種工作相結(jié)合，才能最大限度地發(fā)揮其作用，提高種質(zhì)資源的雜種優(yōu)勢(shì)利用效率，實(shí)現(xiàn)玉米育種的規(guī)范化和可持續(xù)性發(fā)展。

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43卷3期 ? ? ? ? ? ? ? ? 李向龍等 分子標(biāo)記技術(shù)在玉米種質(zhì)類群劃分中的應(yīng)用