分子標記在水稻遺傳育種中的應用探討

覃慶煒 韋肖宇

（廣西兆和種業有限公司 廣西南寧 530007）

分子標記在水稻遺傳育種中的應用探討

覃慶煒 韋肖宇

（廣西兆和種業有限公司 廣西南寧 530007）

探討了分子標記技術在水稻構建遺傳圖譜、研究遺傳多樣性、分析鑒定品種資源的親緣關系、水稻基因的定位、作圖及克隆、比較基因組學研究、輔助選擇育種、鑒定品種純度、預測雜種優勢和早期鑒定目標基因等方面應用，并對分子標記技術的應用前景予以展望。

水稻；遺傳育種；分子標記

1 引言

水稻為禾本科稻亞科的植物，世界上有一半的人口以水稻為主食，它是世界上最重要的糧食作物之一，同時也是我國最主要的糧食作物。但是未來，水稻的培育將面臨著環境污染、耕地面積縮減和水資源減少等等的挑戰，因此，培育高產、優質、抗病蟲性及抗逆性強的品種成為了水稻育種中的首要問題。分子生物學中遺傳標記的出現與應用為解決這一問題提供了很好的技術支持。在遺傳學的發展過程中，先后出現了以下四種遺傳標記：形態標記、細胞標記、生理生化標記、分子標記，其中最為理想的當屬分子標記。

2 水稻育種現狀

早期的水稻育種是收集地方品種并進行單穗（株）或群體選擇，鑒定出良種供生產應用，這是最簡單且有成效的方法。與此同時，世界水稻育種上發生過兩次大革命，分別是20世紀50年代的矮化育種和20世紀70年代的雜種優勢的利用，這兩次革命對于不斷增加的糧食的需求起到了重要的作用，同時也使水稻的增產進入了瓶頸，打破水稻產量瓶頸是目前的主要問題。

3 分子標記概述

分子標記是20世紀80年代初發展起來的一種新類型的遺傳標記，是繼形態標記、細胞標記和生化標記之后的又一種標記手段，從本質上是指一種DNA片段，它可以反映生物個體或種群間基因中的某種差異特征，是生物基因型的易于識別的表現形式。分子標記選擇的原理是運用與目的基因緊密連鎖或共分離的分子進行標記，從而實現對目的基因的直接篩選，可以在很大程度上避免環境條件的影響。分子標記相比其他標記，具有以下幾方面的優點：①以DNA的形式直接表現，不受材料形式和外部條件的影響，并且數量極多，可涉及到全部基因組，提供巨大的信息量；②與不良的性狀沒有必然連鎖，因此不會影響表達目的性狀，即所謂的“中性”表現；③多態性高，自然存在的等位變異就有很多，不需專門制造特殊材料，共顯性的分子標記能為鑒定是否為純合基因型提供完整而準確的遺傳信息；④遺傳穩定，不受外界環境的影響；⑤縮短育種年限，加速育種進程，這些優點使得DNA分子標記成為理想的遺傳標記并迅速發展。

目前被發展和利用的分子標記技術多達20多種，可大致分為以下幾種：基于Southern雜交的分子標記（以RFLP標記為代表）、基于PCR技術的分子標記（RAPD標記、ISSR標記、DAF標記、AP-PCR標記、SSR標記、EST-SSR標記、MP-PCR標記、RAMP標記、SCAR標記、STS標記、RGAP標記、SRAP標記、REMAP標記、IRAP標記、RBIP標記）、基于PCR技術和限制性酶切技術結合的分子標記（AFLP標記、SSAP標記、SAMPL標記）和單核苷酸多態性標記。

4 分子標記在水稻遺傳育種中的應用

4.1 構建遺傳圖譜

通過對遺傳重組交換結果進行連鎖分析，得到的基因在染色體上相對位置的排列圖稱為遺傳圖譜。通過形態、生理和生化標記構建遺傳圖譜是最為傳統和經典的方法，但由于圖譜分辨率和飽和度不高等原因造成其應用價值有限，因此將分子標記應用于構建圖譜具有重大的實用價值。

水稻第1張RFLP圖譜是由McCouch等于1988年構建的。已有數據表明，目前，水稻遺傳圖譜上的分子標記數已超過6000個，平均間距為75～100kb，這基本覆蓋了水稻基因組的所有區域。同時，已有的水稻微衛星標記連鎖圖上的微衛星標記已達2740多個，而水稻基因組中大約有5700～10000個微衛星。這一圖譜的構建對于基因定位和基因克隆都有很大的價值，也可從遺傳層面上對控制數量性狀的基因位點進行深度分析，同時有利于構建完整的物理圖譜。

4.2 遺傳多樣性研究

利用分子標記的方法對物種間的多態性資料進行統計分析，可以鑒定農作物在基因水平上的種質資源，從而分析它們遺傳上的同源性，評估其多樣性。同時，對遺傳多樣性的分析結果進行聚類分析可以確定核心種質資源。另外，水稻的分類、地理分布、生態類型和系譜分析這些問題都可以運用分子標記加以解決。大量研究表明，分子標記技術是檢測雜交親本遺傳多樣性的有效工具。

4.3 分析鑒定品種資源的親緣關系

由于作物品種權、種子簽證及保護專利種質等方面的要求，需要可靠的技術作為區分作物品種和鑒定品種純度的方法。傳統的方法是利用形態特征來描述基因型，是從表型到形態學的研究，這種方法存在諸多弊端：勞動強度大、主觀性強，并且受環境條件的影響大，在這一研究背景下，急需建立快速準確的鑒定方法。

目前，水稻品種鑒定已不再是停留在形態學層面，而是發展到了分子水平的分子標記技術，可用于鑒定特定的基因或基因組合、個體或群體親緣關系，分清遺傳結構以及鑒別個體、群體和種的變異程度，與傳統方法相比，分子標記的技術客觀、準確而快速。

4.4 水稻基因的定位、作圖及克隆

基因定位就是確定基因在染色體上的位置及與之相連鎖的標記。目前，由分子標記所定位的控制水稻重要性狀的基因已超過100個，其中定位最多的基因的功能是跟抗病蟲有關的，而在這些基因中又以抗稻瘟病、白葉枯病為多，利用這些結果可以在單一品種中同時整合抗同一或相似疾病的不同基因或者是抗不同疾病的多種基因，增強作物的抗病性。除此之外，已定位的主要基因還包括恢復基因、高稈隱性基因、顯性核不育基因和光敏雄性核不育基因等。

基因克隆可以為作物遺傳改良和了解植物生長發育的分子生物學機理提供重要的理論支持，近年來，除分子標記外，常用的克隆方法還有以下幾種：圖位克隆技術、T-DNA標簽法、同源序列法和差顯技術等。隨著分子生物學時代的到來，越來越多的DNA標記被應用于相關研究，同時將會有更多的基因被定位克隆。

4.5 比較基因組學方面的研究

比較基因組學是利用相同的DNA分子標記在相關物種之間進行的遺傳或物理作圖，使遺傳學突破了物種的限制，能夠進行物種之間的對比和進化分析。例如：對水稻、小麥等6種禾本科植物進行分子標記的研究結果表明，水稻的基因組最小，但它在進化總處于中樞的地位，并且把這一科6種植物的基因組的全部保守序列歸結到了水稻基因組的連鎖區段上，通過這些過程可重建這6種禾谷類作物的染色體，這將大大減少工作量，節約成本，提高效率，可建成一個禾谷類祖先種的基本骨架。

4.6 輔助選擇育種

常規植物育種時，育種者需從一個分離群體中選擇理想單株，這一過程受分離群體大小、環境影響、生育期等多種因素的制約，費工費時。1990年，Lande等提出將分子標記作為一種工具用作輔助選擇。實踐表明，在植物育種的早期世代和苗期利用分子標記技術進行輔助選擇，可以提高選擇的準確率和育種效率，同時可以把多個基因聚合到一個品種中，能夠極大地縮短育種年限。在多種標記中，SSR標記由于其共顯性性質、多態性高、廉價和使用方便等優點，是輔助選擇育種的理想技術，應用這一技術已成功輔助選擇了大豆抗胞囊線蟲基因和小麥抗大麥黃矮病毒基因，但在水稻育種中主要集中在抗病性基因方面，因此還有很大的研究空間。

4.7 鑒定品種純度

不育系育性不穩、串粉（不同品種間）、機械混雜和人為因素等都會影響水稻雜種純度，而像通過形態和幼苗觀察、石碳酸染色這樣的常規質量檢測方法速度慢并且可靠性低。同工酶技術雖然稍有改善但它無法鑒定出一些品種間的串粉所導致的雜種不純。然而，RAPD技術可以揭示未知基因組DNA序列之間的豐富多態性，可以檢測出單拷貝序列和重復序列，因此可以更好地反映出基因組的特征。用分子標記的方法鑒定品種純度快速、準確、簡便并且成本較低，在幼苗和種子階段就可鑒定出品種純度。

4.8 預測雜種優勢和早期鑒定目標基因

兩方親本有利于生存斗爭的等位基因的雜合是雜種之所以有優勢的遺傳學基礎，傳統選擇理想組配的方法大多效果不理想，且會浪費許多人力、物力和時間。而分子標記（如RFLP）可系統的鑒別出兩個雜合的親本的染色體區域，接下來借助計算機相應程序分析具有優勢的組合與RFLP位點雜合性之間的關系，可檢測出哪些雜合性區域對于雜種優勢是必須的，將這些區域導入親本，同時運用分子和熒光標記來追蹤相關過程，不斷增加兩個親本品系間顯性互補，使子代的雜種優勢達到最強從而達到目的。

5 展望

分子標記由于其多態性高、重復性好、方便快捷等優點，克服了傳統遺傳研究方法的諸多弊端，從而在構建遺傳圖譜、研究遺傳多樣性、分析鑒定品種資源的親緣關系、水稻基因的定位、作圖及克隆、比較基因組學研究、輔助選擇育種、鑒定品種純度、預測雜種優勢和早期鑒定目標基因等方面均有應用，被應用的同時其自身快速發展，具有廣闊的應用前景。未來，將會有分析速度更快、準確度更高、成本更低、信息量更大的分子標記被開發出來，得到更廣泛的應用和研究。

[1]呂瑞玲，吳小鳳，劉敏超.分子標記技術及在水稻遺傳研究中的應用[J].中國農學通報，2009，04：65～73.

[2]李榮波，陳赟娟，鄧偉，尹正紅.分子標記在水稻遺傳育種中的應用[J].農業科技通訊，2011，07：107～110.

[3]郭震華.淺析分子標記在水稻遺傳育種中的應用[J].安徽農學通報，2013，17：13～14+36.

S511

A

1004-7344（2016）11-0192-02

2016-3-30

覃慶煒（1978-），男，大專，主要從事水稻遺傳育種工作。