SSR分子標記在玉米育種中的研究進展

趙興華　王長彪　董艷輝

摘要 簡要介紹了SSR分子標記的原理及特點，綜述了近年來SSR分子標記在玉米遺傳多樣性分析、雜種優勢群的劃分、品種純度及真偽鑒定、遺傳連鎖圖譜的構建及基因定位、單倍體育種、分子標記輔助選擇育種中的研究進展及應用前景，以期為SSR分子標記技術在作物育種中的應用提供參考。

關鍵詞 SSR；分子標記；玉米；遺傳育種

中圖分類號 S513 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）07-0015-02

Abstract The principle and characteristics of SSR molecular marker were simply introduced，the research advances and application prospect of SSR molecular marker in maize breeding were summarized in past years，such as the analysis of genetic diversity，division of heterosis groups，the detection of the hybred purity and its authenticity，construction of genetic spectrum and gene locating，haploid breeding and selection breeding assisted by molecular markers，in order to provide reference for the application of SSR molecular markers in crop breeding.

Key words SSR；molecular markers；maize；genetic breeding

在傳統的培育玉米的過程中，選擇的依據常為表型的性狀，由于受環境等多方面的影響，該依據效率不高，有很多缺點。最佳的方法應該是對決定目的性狀的基因型直接進行有目的地選擇，可以大大提高育種的效率，分子標記技術為實現對基因型的直接選擇提供了可能。

SSR分子標記主要用于遺傳多樣性分析、雜種優勢群的劃分、品種（雜種）純度及真偽鑒定、遺傳連鎖圖譜的構建及基因定位、單倍體育種、分子標記輔助選擇育種等方面。

1 SSR分子標記的原理及特點

SSR序列即為簡單重復序列，也稱微衛星DNA，其核心的序列由1～6 bp串聯重復在一起，在農作物中最常見的二核苷酸重復單位是（AC）n和（GA）n，每個SSR序列的核心序列具有相同的結構，一般重復單位為10～60個，其不同數目的重復單位串聯在一起，是形成高度多態性的主要原因。SSR標記的基本原理：在進行引物的設計時，要結合位于微衛星序列兩端的互補序列進行，采用PCR反應技術，對微衛星片段進行擴增，由于核心序列具有不同的串聯重復數目，因此使用PCR可以將長度各不相同的PCR產物擴增出來，然后進行凝膠電泳，以對核心序列的長度多態性進行分析。

與其他分子標記相比，SSR分子標記的優點包括[1-3]：等位基因數量多；所需DNA數量及質量要求不高；覆蓋整個基因組、數量豐富；遺傳呈現共顯性，不易被自然選擇和人工選擇所淘汰；多態性高、試驗程序簡單、安全高效、結果重復性好；缺點是在采用SSR技術對微衛星DNA多態性進行分析時，必須要對重復序列兩端DNA序列的信息進行了解。如在DNA數據庫中不能直接地查到，則應該先進行測序。

2 SSR分子標記在玉米育種中的研究進展

2.1 遺傳多樣性分析

能夠以群體中某一位點等位基因數、每個位點的平均等位基因數、多態信息量等揭示其變異規律，評價種質的遺傳多樣性，成為分析玉米遺傳多樣性的主要手段。Smith等[4]開展了玉米遺傳多樣性的研究，選擇了131對SSR引物，它們來自不同的種質類群，其聚類結果與已知的系譜分析基本吻合。劉志齋等[5]利用覆蓋玉米全基因組的40個核心SSR標記對820份代表中國玉米育種資源種質基礎的自交系進行全基因組掃描，揭示其遺傳多樣性與群體結構。聚類分析將這些自交系劃分成5個類群，蘊含了比較豐富的遺傳變異。朱 英等[6]利用SSR標記對21份貴州玉米優質種質資源進行遺傳多樣性分析，多態性豐富的20對SSR 引物共檢測出97個基因變異，每對引物檢測到等位基因2～11個，平均4.85個，多態性信息量（PIC）介于0.19～0.78，平均為0.53。UPGMA聚類分析表明，供試材料間遺傳距離變幅為0.22～0.63，平均為0.43。王鳳格等[7]利用均勻分布于玉米基因組的40對核心SSR 引物對中國328個代表性育成品種進行遺傳多樣性分析，結果表明近年來育成品種遺傳多樣性指數在不同年份間變化不大。

2.2 親緣關系與雜種優勢群的劃分

種質親緣關系是玉米育種方面研究的重要內容，是劃分雜種優勢群的主要依據。利用SSR分子標記，可以對雜種優勢群進行劃分，為建立雜種優勢模型與預測雜種優勢提供理論依據。

近年來，國內外學者利用該技術在這方面開展了廣泛的研究。Marilyn等[8]選擇了53對SSR引物進行了雜種優勢種群的劃分研究，這些引物具有豐富的多態性，結果與已有的雜種優勢群關系吻合。劉 俊等[9]從80對SSR 引物中篩選出26對擴增帶型穩定性較高的引物，對70份國內外收集引進的玉米自交系和6個國內標準測驗種進行遺傳多樣性分析。結果表明70份玉米自交系劃分為PA、Lancaster、旅大紅骨、四平頭、PB、BSSS等6個雜種優勢類群。周聯東等[10]利用42對SSR引物對國外引進的48份高直鏈淀粉玉米種質進行雜種優勢類群的劃分，共檢測出211個等位基因變異，每對引物等位基因2～9個，平均5.02個，多態性信息量（PIC）變化為0.21～0.86，平均為0.55，將48份材料分為6大類群。李 銳等[11]利用SSR技術分析了山西省審定玉米品種親本自交系的遺傳多樣性及雜優類群，共檢測出67個稀有等位基因和21個特有等位基因，聚類分析將83份自交系劃分為6個類群，確定了山西省玉米審定品種的雜優模式有15種。通過對玉米雜交優勢群的劃分，可以更加有效地選配雜交親本，提高雜交種選育效率。

2.3 DNA指紋庫的建立、品種純度及真偽鑒定

每個品種的獨特指紋片段即構成該物種的DNA指紋庫，通過檢測品種的指紋片段可以有效的鑒定品種純度與真偽。目前，以SSR分子標記為基礎建立的DNA指紋圖譜技術在品種鑒定和純度分析中已得到廣泛利用。王鳳格等[12]的研究，對SSR技術在實際的玉米雜交種的鑒定中的應用進行了研討，具有簡單快捷、結果穩定可靠、檢測時間和成本大大降低等特點。邸仕忠等[13]經過研究，初步構建了重慶市66個玉米自交系的指紋圖譜。蘭琴英等[14]經過研究，篩選出15對適用于該品種真實性和純度鑒定的引物，其中最佳引物phi053k2、bnlg161k8和umc1429y7鑒定金玉818種子的純度分別為92.5%、92.0%、93.5%。研究表明，SSR分子標記是構建玉米DNA指紋庫、品種純度及真偽鑒定的一個有效手段。

2.4 遺傳連鎖圖譜的構建及基因定位

近年來，分子標記技術發展速度加快，以SSR標記為主的遺傳圖譜的構建獲得了較大發展，使遺傳圖譜的分辨率飽和度不斷提高。

在玉米圖譜構建方面，自1993年Senior等利用SSR分子標記構建玉米基因組連鎖圖譜以來，國內外玉米科研工作者利用該技術，在短時間內構建了接近飽和的玉米基因組連鎖圖。1996年Senior等[15]在玉米Genebank中進行搜索，查到含有SSR片段的DNA克隆片段序列為76個，經過一定的擴增分析后，42個特定擴增片段表現出長度多態性的特點，并被定位在染色體上。Song等[16]通過研究，對高油玉米遺傳圖譜進行了構建，總長度為1 759.1 cM，其中含有的SSR標記位點為151個。在國內，劉小紅等[17]以黃早四和Mo17為親本，利用370對SSR引物對239份重組自交系的F9代分離群體進行篩選，檢測到的多態性標記位點數量為126個。魏海忠等[18]利用玉米自交系80007和80044為親本，衍生出355個家系的RILF9群體，利用SSR標記構建包括219個標記的連鎖圖譜，基因組總長度2 133.5 cM，標記間平均距離9.7cM。并對控制玉米4個生育期相關性狀進行QTL分析，共檢測到60個QTL，其中有7個QTL對表型變異的解釋率超過了10%，表現為主效QTL效應，分布在第3、4和第9條染色體上。

2.5 單倍體育種的應用

單倍體育種技術是選育玉米自交系最快、最簡便、經濟和直接的方法[19]。通過單倍體加倍獲得雙單倍體（DH系），是快速獲得優良種質資源的途徑之一。運用SSR分子標記技術鑒定玉米DH系，可大大降低成本、提高準確性。湯飛宇等[20]利用SSR標記結合大田農藝性狀觀察對來源于玉米孤雌生殖的雙單倍體進行鑒定，檢測結果證明2個株系均為自發加倍的雙單倍體。王鳳格等[21]采用36個SSR引物對418個DH系進行分子鑒定，并與田間形態性狀調查結果對比。結果表明SSR分子標記技術是鑒定DH 系材料是否完全純合的有效手段。

2.6 分子標記輔助選擇

如果目標與某個分子標記緊密連鎖，那么在雜交后代群體中就可能通過分子標記檢測，把含有目標基因的個體選擇出來。提高育種效率，縮短育種年限，加速品種遺傳改良的進程。

目前，分子標記輔助選擇主要用于根據分子標記獲得的信息進行親本選擇、質量性狀的輔助選擇及數量性狀的輔助選擇。宋 敏等[22]利用opaque-2（o2）基因內的SSR分子標記phi 057，對X178和CA335回交群體BC1F1和BC2F1進行o2基因的前景選擇，發現可以在苗期對回交群體進行o2基因的檢測和追蹤，可提高選擇的準確性。王立秋等[23]以豫玉22的親本自交系87-1和綜3為受體親本，以衡白522為供體親本，采用回交等育種及分子標記方法，分別構建了以87-1和綜3為背景的銜接式玉米單片段導入系群體，并對其遺傳背景、導入片段大小、數目和覆蓋率等進行了評價。余 輝等[24-25]選用自交系吉1037和1145作為絲黑穗病和莖腐病的抗源，通過回交轉育方法，結合分子標記輔助選擇技術，選育出一批單抗絲黑穗病和單抗莖腐病的京24抗病改良材料。再經過雜交、自交1代，結合MAS和抗性接種鑒定方法，實現了抗絲黑穗病和抗莖腐病主效QTL在京24基因組上的聚合。

3 展望

綜上所述，SSR分子標記在指紋圖譜的繪制與品種鑒定、雜種優勢群的劃分、遺傳連鎖圖譜的構建與基因定位、種質資源遺傳多樣性分析、DH系鑒定和分子標記輔助選擇等玉米育種方面發揮了重要的作用。隨著SSR分子標記技術的日臻完善，同常規育種相結合，具有廣闊的應用前景。如，與目標農藝性狀基因緊密連鎖經濟高效的分子標記開發、種質資源快捷高效評價、高飽和度連鎖圖譜構建與高產、優質及抗逆性新基因的挖掘等。

4 參考文獻

[1] 王軍衛，張改生，劉宏偉.分子標記在作物遺傳育種中的應用進展[J].陜西農業科學，2001（1）：1-5.

[2] 郝炯，渠云芳.DNA分子標記在作物育種中的應用[J].山西農業科學，2009，37（3）：81-85.

[3] 楊留啟，楊文鵬.SSR標記技術在玉米遺傳育種中的應用[J].貴州農業科學，2008，36（2）：5-7.

[4] SMITH J S C，CHIN E C L，SHU H，et al.An evaluation of the utility of SSR loci as molecular markers in maize（Zea mays L.）：cormparisons with data from RFLPs and pedigree[J].TAG Theoretical and Applied Genetics，1997，95：163-173.

[5] 劉志齋，吳迅，劉海利，等.基于40個核心SSR標記揭示的820份中國玉米重要自交系的遺傳多樣性與群體結構[J].中國農業科學，2012，45（11）：2107-2138.

[6] ZHU Y，TAO G，HUANG Y H，et al.SSR-based Analysis on the Genetic Relationship of 21 Maize Germplasms in Guizhou Province[J].Agricul-tural Science & Technology，2013，14（11）：1578-1582.

[7] 王鳳格，田紅麗，趙久然，等.中國328個玉米品種（組合）SSR標記遺傳多樣性分析[J].中國農業科學，2014，47（5）：856-864.

[8] MARILYN L，WARBURTLUN，XIA X C，et al.genetic Characterization of CIMMYT inbred maize lines and open pollinated populations using large scale fingerprinting methods[J].Crop Sci，2002，42：1832-1840.

[9] 劉俊，尹曉紅，郭志富，等.70份玉米自交系的SSR遺傳多樣性及雜種優勢群分析[J].湖北農業科學，2014，53（6）：1256-1259.

[10] 周聯東，孫佩，劉經緯，等.利用SSR標記劃分48份高直鏈淀粉玉米種質雜種優勢類群[J].陜西農業科學，2015，61（5）：42-45.

[11] 李銳，白建榮，程宇坤，等.山西省審定玉米品種親本自交系的遺傳多樣性及雜優類群分析[J].作物雜志，2015（5）：55-62.

[12] 王鳳格，趙久然，郭景倫，等.中國玉米新品種DNA指紋庫建立系列研究Ⅰ-玉米品種純度及真偽鑒定中SSR技術標準實驗體系的建立[J].玉米科學，2003，11（1）：3-6.

[13] 邸仕忠，孫小紅，羅永統，等.重慶市常用及新選玉米自交系SSR指紋圖譜構建[J].安徽大學學報（自然科學版），2015，39（5）：96-102.

[14] 蘭琴英，陳澤輝，祝云芳，等.優良玉米雜交種金玉818指紋圖譜構建及其純度鑒定[J].貴州農業科學，2015，43（6）：1-6.

[15] SENIOR M L，MURPHY J P，GOODMAN M M，et al.Utility of SSRs for determining genetic similarities and relationships in maize using an agarose gel system[J].Crop Sci，1997，38：1088-1098.

[16] SONG X F，SONG T M.QTL mapping of kernel oil concentration with high-oil maize by SSR markers[J].Maydica，2004，49：41-48.

[17] 劉小紅，鄭祖平，張紅偉，等.玉米重組自交系群體遺傳圖譜的構建及標記[J].河南農業大學學報，2007，41（3）：259-263.

[18] 魏海忠，商偉，鐘世宜，等.利用重組自交系群體定位玉米生育期相關性狀 QTL[J].玉米科學，2014，22（1）：49-55.

[19] ROBER F K，GORDILLO G A，GEIGER H H.In vivo haploid induction in maize-performance of new inducers and significance of doubled haploid lines in hybrid breeding[J].Maydica，2005，50：275-283.

[20] 湯飛宇，丁菲，王國英，等.利用SSR標記檢測來源于玉米孤雌生殖的雙單倍體[J].江西農業大學學報，2004，26（6）：859-862.

[21] 王鳳格，許理文，趙久然，等.玉米單倍體誘導DH系的分子鑒定研究[J].玉米科學，2011，19（1）：35-38.

[22] 宋敏，田清震，李新海，等.分子標記在優質蛋白玉米育種中的應用[J].新疆農業大學學報，2005，28（3）：5-8.

[23] 王立秋，趙永鋒，薛亞東，等.玉米銜接式單片段導入系群體的構建和評價[J].作物學報，2007，33（4）：663-668.

[24] 余輝，宋偉，趙久然，等.分子標記輔助選擇育成的玉米自交系京24單抗絲黑穗病和莖腐病改良材料性狀分析[J].分子植物育種，2014，12（1）：56-61.

[25] 余輝，宋偉，趙久然，等.分子標記輔助選擇玉米自交系京24兩種抗病主效基因的聚合[J].分子植物育種，2014，12（2）：240-245.