SSR在玉米種質(zhì)資源分析及評價中的應(yīng)用

朱祥芬，王黎明

(湖北省恩施州農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖北恩施445000)

在玉米新品種選育及生產(chǎn)過程中已得到證明，玉米品種的更新?lián)Q代，首先需要獲得突破性自交系，而突破性自交系來源于突破性種質(zhì)，種質(zhì)資源是玉米新品種選育的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，新品種的獲得即是新優(yōu)良種質(zhì)資源利用的結(jié)果［1］。但我國優(yōu)良種質(zhì)資源越來越狹窄，嚴(yán)重影響我國玉米育種研究和生產(chǎn)，難以獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)多抗的突破性玉米新品種［2－3］。研究表明，廣泛外引優(yōu)良種質(zhì)、開展玉米種質(zhì)的創(chuàng)新及對引進(jìn)和創(chuàng)新的種質(zhì)進(jìn)行分析和評價研究是十分必要的，才能從根本上解決我國育種工作中種質(zhì)資源不足的問題。因此，對已有種質(zhì)及外引種質(zhì)的篩選、鑒定、分析和評價是利用種質(zhì)的一個重要環(huán)節(jié)。研究者們主要利用常規(guī)的表型、生理和生化指標(biāo)鑒定等方法對種質(zhì)進(jìn)行分類、評價，具有很大的局限性，目前，隨著分子標(biāo)記技術(shù)的日益成熟，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于玉米種質(zhì)資源的創(chuàng)新與評價中，為創(chuàng)新和評價玉米種質(zhì)提供了新手段［4］。

1 構(gòu)建玉米種質(zhì)的遺傳圖譜

玉米種質(zhì)的遺傳圖譜既是對玉米遺傳研究的重要內(nèi)容，又是進(jìn)行種質(zhì)資源評價、分析和利用的理論基礎(chǔ)和依據(jù)。過去遺傳圖譜的構(gòu)建幾乎都是根據(jù)玉米自交系的形態(tài)、生理和生化等常規(guī)標(biāo)記進(jìn)行的，這些遺傳標(biāo)記的數(shù)量在構(gòu)成作圖群體中極為有限，因此，遺傳圖譜的發(fā)展極為緩慢，導(dǎo)致對玉米種質(zhì)的分析、評價相對滯后。近年來，隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展，DNA重組技術(shù)的問世將分子生物學(xué)帶進(jìn)了大部分生物學(xué)科，基于DNA重組技術(shù)的SSR分子標(biāo)記可以迅速尋找材料DNA分子間多態(tài)性差異，進(jìn)而獲得與此差異相連鎖的標(biāo)記，SSR標(biāo)記技術(shù)快速用于作物遺傳圖譜構(gòu)建中，該技術(shù)的應(yīng)用加快了遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建和應(yīng)用。在玉米中比較容易建立和維持較大的后代分離群體，分子圖譜的構(gòu)建進(jìn)展就更容易。1993年后，許多玉米科研工作者利用SSR分子標(biāo)記作玉米基因組連鎖圖并取得了顯著成果［5］。向道權(quán)等［6］以中國農(nóng)大培育的農(nóng)大3138的F2－3家系為材料，構(gòu)建了具有80對SSR標(biāo)記的玉米遺傳連鎖圖譜。趙茂俊等［7］以玉米自交系R15(抗)×478(感)F2分離群體為作圖群體，構(gòu)建包含146個SSR標(biāo)記位點(diǎn)的遺傳連鎖圖譜。路明等［8］以掖478×丹340的500個F2單株為作圖群體，構(gòu)建了具有138個位點(diǎn)的SSR標(biāo)記遺傳連鎖圖譜。這說明SSR標(biāo)記能夠建立非常密集及高分辨分子標(biāo)記遺傳連鎖圖譜。

2 確定種質(zhì)親緣關(guān)系及劃分雜種優(yōu)勢群

育種家們充分認(rèn)識到種質(zhì)基礎(chǔ)狹窄的嚴(yán)重性后，開始大量創(chuàng)新和外引玉米種質(zhì)，近年來種質(zhì)資源得到了豐富和充實(shí)，卻發(fā)現(xiàn)種質(zhì)的鑒定、分析、評價成為合理有效利用種質(zhì)的難題，僅采用過去常用的形態(tài)標(biāo)記、系譜分析、雜種表現(xiàn)以及同工酶等常規(guī)育種方法選擇親本和選配組合難度很大，需要進(jìn)行大量的測交和田間評價，費(fèi)工費(fèi)力，且易受環(huán)境因素的影響，在很大程度上依賴于育種者的經(jīng)驗，缺少預(yù)見性。近年來，在玉米中成功開發(fā)出大量SSR引物，迅速出現(xiàn)了用SSR標(biāo)記進(jìn)行雜種優(yōu)勢的研究［9］，利用該技術(shù)快速確定親本之間的遺傳差異和親緣關(guān)系，然后通過相關(guān)分析、聚類分析等數(shù)量遺傳分析手段，對不同親緣物種的分類、遺傳距離、系統(tǒng)發(fā)育、親緣關(guān)系等進(jìn)行分析，劃分出雜交優(yōu)勢群，這可以更加有效地選配雜交親本，提高雜交種選育的效率。國內(nèi)外研究者開展了廣泛研究，Bantte等［10］利用SSR標(biāo)記技術(shù)把l3個印度自交系和10個CIMMYT自交系劃分為2個雜種優(yōu)勢群。Senior等［11］利用70對SSR引物對94份自交系的遺傳多態(tài)性進(jìn)行了分析，將94份供試材料劃分為9個類群。吳渝生等［12］利用SSR標(biāo)記對代表云南不同生態(tài)地區(qū)的16份糯玉米和14份爆裂玉米地方種質(zhì)進(jìn)行遺傳多樣性分析，將16份糯玉米種質(zhì)劃分為3個類群和5個亞群，將14份爆裂玉米種質(zhì)劃分為3個類群和4個亞群。杜金友等［13］利用SSR方法將23份玉米種質(zhì)劃分為5組，所得結(jié)果與系譜法分析結(jié)果基本一致。王鐵固等［14］以6個玉米群體為材料，利用SSR標(biāo)記將供試材料分為四大類。聶永心等［15］利用SSR標(biāo)記研究了33個玉米自交系的遺傳變異，初步進(jìn)行了雜種優(yōu)勢群劃分。肖木輯等［16］利用SSR標(biāo)記技術(shù)將遼寧省37份玉米自交系劃分為6個類群。李新海等［17］、李曉輝等［18］先后多次利用 SSR標(biāo)記研究玉米自交系的遺傳變異，并進(jìn)行了雜種優(yōu)勢群劃分，結(jié)果表明，劃群結(jié)果與田間產(chǎn)量配合力劃分及系譜分析基本一致。袁力行等［19］利用SSR標(biāo)記將29份供試材料劃分為四平頭、旅大紅骨、LSC、BSSS和PA 5個類群，并把系譜來源不明的種質(zhì)劃分到相應(yīng)的雜種優(yōu)勢群中。劉?；鄣龋?0］利用SSR分子標(biāo)記技術(shù)對廣泛應(yīng)用的12個玉米骨干自交系進(jìn)行遺傳多樣性分析，并劃分了雜種優(yōu)勢群。王鳳格等［21］將38個系譜來源明確且來源復(fù)雜的玉米自交系分為瑞德、蘭卡斯特、旅大紅骨、塘四平頭、Pl、P2和熱帶素灣7個類群。肖木輯等［22］應(yīng)用SSR對66份東北地區(qū)主要玉米自交系的遺傳多樣性進(jìn)行了分析，并分成5個類群。劉世建等［23］利用SSR標(biāo)記將28個自交系劃分到現(xiàn)有的幾大雜種優(yōu)勢群中，僅有少數(shù)地方玉米自交系可形成單獨(dú)的大類群。番興明等［24］利用SSR標(biāo)記將18個優(yōu)質(zhì)蛋白玉米(QPM)自交系劃分為五大群，且發(fā)現(xiàn)SSR標(biāo)記劃群與田間產(chǎn)量配合力劃分結(jié)果及系譜分析結(jié)果基本一致。這證明SSR能較真實(shí)地反映自交系間的遺傳多樣性，在估測遺傳多樣性、劃分雜種優(yōu)勢群等方面的應(yīng)用效果好，鑒定效率高，為玉米育種程序的制定提供有力的技術(shù)支撐。

3 鑒定玉米孤雌生殖單倍體

孤雌生殖產(chǎn)生的單倍體是種質(zhì)資源的前身，通過孤雌生殖單倍體加倍獲得DH系，是快速獲得優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源的途徑之一，但通過人工肉眼對孤雌生殖單倍體的鑒定是一個高成本、低效率的工作，隨著分子標(biāo)記技術(shù)的產(chǎn)生，該技術(shù)被應(yīng)用于孤雌生殖單倍體鑒定中，湯飛宇等［25］利用SSR標(biāo)記技術(shù)結(jié)合農(nóng)藝性狀調(diào)查對孤雌生殖來源的雙單倍體進(jìn)行鑒定，準(zhǔn)確性較高，但費(fèi)工費(fèi)時，成本較高。該技術(shù)在此方面的應(yīng)用還需要進(jìn)一步研究。

4 構(gòu)建DNA指紋庫和分辨作物品種的派生來源

目前，玉米育種界常應(yīng)用少數(shù)骨干種質(zhì)選育新品種，這導(dǎo)致玉米新品種間的遺傳差異越來越小，僅依據(jù)形態(tài)學(xué)進(jìn)行玉米品種的鑒別難度越來越大，同時也不利于收集、整理、篩選品種資源及選育、保護(hù)新品種，也不利于玉米開發(fā)中生產(chǎn)、經(jīng)營、管理種子。譚君等［26］對西南地區(qū)生產(chǎn)上使用的73份玉米種質(zhì)材料進(jìn)行SSR分析，構(gòu)建了西南地區(qū)常用玉米自交系的DNA指紋庫。李曉輝等［27］采用79對SSR引物分析了86個玉米雜交種的72份親本自交系的遺傳多態(tài)性，構(gòu)建86個雜交種的DNA指紋圖譜數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而確定10對核心引物和判別標(biāo)準(zhǔn)用于親子鑒定研究。郭景倫等［28］僅用6個SSR引物的指紋組合即可將46個自交系相互區(qū)分開。研究表明，在玉米上，分子標(biāo)記尤其SSR是構(gòu)建DNA指紋庫和分辨品種派生來源的一個有效手段。

5 展望

SSR標(biāo)記技術(shù)具有明顯的優(yōu)越性，它可以用于構(gòu)建玉米種質(zhì)的遺傳圖譜、確定種質(zhì)親緣關(guān)系及劃分雜種優(yōu)勢群、鑒定玉米孤雌生殖單倍體、構(gòu)建DNA指紋庫和分辨作物品種的派生來源等方面，為分析、鑒定和評價玉米種質(zhì)資源提供了簡便、快捷、高效的分析方法。在玉米遺傳育種中，將SSR標(biāo)記技術(shù)同常規(guī)育種相結(jié)合，能快速拓寬和評價玉米種質(zhì)資源，提高選育突破新品種機(jī)率，加快育種進(jìn)程，減少育種的盲目性，該技術(shù)將具有廣闊的應(yīng)用前景。

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