分子標記技術在糯高粱育種中的應用

趙文博+柳青山+張一中+范昕琦+周福平+張曉娟+梁篤+郭琦+閆鳳霞

摘 要：分子標記技術在理論和實踐上的逐步發展和不斷完善意味著其將被應用于多種領域，充分發揮該技術的優勢。經過多年的科學研究和實踐人們發現將分子標記技術應用在植物中，可以有效輔助植物的選擇育種，不僅可以減少育種過程的盲目性，而且可以在一定程度上提高有效育種率。該文闡述了分子標記輔助選擇育種技術的特點，介紹了遺傳連鎖圖譜的構建與分子標記輔助選擇育種的選擇，最后分析了分子標記技術在糯高粱育種中的應用。

關鍵詞：分子標記；糯高梁；遺傳連鎖圖譜；選擇育種

中圖分類號 S514 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）11-0058-03

隨著生物科技的快速發展，分子標記技術在許多領域取得了新的進展，在植物研究中發揮的重要作用更是引起了廣泛關注。將分子標記技術應用在植物研究中，用分子標記技術輔助植物選擇育種可以有效地提高有效育種率，從而提高了植物或農作物的生產率。為了提高糯高梁的成功育種率，使用分子標記技術來輔助選擇糯高梁的育種過程是研究的重點。

1 分子標記輔助選擇育種技術的特點

1.1 使性狀基因型鑒定更加簡單 如果等位基因的外在表現不是那么明顯，或者是等位基因為隱性等位基因，又或者是等位基因與其他基因或者環境之間存在一定的相互作用，這些因素都會給基因型的鑒定帶來或多或少的困難。對于多基因控制的性狀來說，這些因素會給基因型的鑒定帶來了更大的困難，因為多基因控制的性狀的基因型不同并不等同于表現型不同，環境的變異有可能會使不同的基因型表現為部分甚至全部相同的表現型。另外，有一些表現型在初期或者在一般的條件下是不能表現出來的，例如抗病蟲性必須要在病蟲的環境下才能表現出來，抗旱性必須要在控制水分匱乏的條件下才能表現出來，耐鹽性要在界定鹽性的控制條件下才能表現出來，抗倒伏也必須在有一定控制的容易造成倒伏的環境中才能表現出來，這些因素導致了基因型鑒定的不便。在育種材料不足，不能夠進行多次實驗進行重復鑒定的情況下，更容易造成鑒定的困難。利用分子標記技術，可以降低以上因素帶來的困難，使性狀基因型鑒定更加簡單。

1.2 使性狀表現型鑒定更加簡單 表現型的鑒定一直不是一件容易的事，有些表現型是直接可以看到的，如顏色、形狀等，但有一些表現型在初期或者在一般的條件下是不能表現出來的，這種表現型的鑒定是相當麻煩的。例如抗病蟲性必須要在病蟲的環境下才能表現出來，耐鹽性要在界定鹽性的控制條件下才能表現出來，抗旱性必須要在控制水分匱乏的條件下才能表現出來，抗倒伏也必須在有一定控制的容易造成倒伏的環境中才能表現出來，鑒定這些表現型不僅費時間費精力，而且由于要在一定條件的控制下進行鑒定，而人為的控制又受很多不確定因素的影響，種種這些又導致鑒定結果的準確性受到很大的質疑。采用分子標記技術由于可以降低鑒定性狀表現型的難度，使性狀表現型的鑒定更加簡單而具有很重大的現實意義。

1.3 能夠在早期進行選擇 在傳統的育種過程中，往往希望能夠在早期選擇優秀的植株進行回交從而獲得具有優良性狀的作物，想法是很好的，但在現實中確實有一些不可抗因素導致在早期進行選擇成為難事。因為有很多作物的性狀在早期是無法表現出來的，這也就導致對這種作物使用傳統的育種方法是困難的，因為無法在早期看到表型優異的植株，也就無法進行選擇，進而導致無法進行想象中的育種改良的過程。而分子標記技術正可以改變這一缺點，與傳統的育種不能在播種后數月甚至數年進行選擇的特點不同，該技術可以做到在播種后的短時間內進行檢測和選擇。分子標記技術被希望運用在輔助選擇育種過程中，不僅可以節約時間、節省人力、物力和財力，而且可以提高有效育種率，改良育種成效。

1.4 擴大和加強了選擇范圍 傳統的育種在進行檢測和選擇時，范圍狹小，對象單一，這樣不利于新的發現和檢測結果的準確性。而使用分子標記技術，可以在早期在更大的范圍內，對更多的對象進行檢測和選擇，以有利于新的發現和提高檢測結果的準確性。

1.5 能夠進行非破壞性性狀評價和選擇 傳統的育種過程中，為了看到一些性狀的表現，需要人為地設置一定的條件，使植株在設置的固定條件下進行反應和表現，但這有可能會影響植株的正常生長、正常性狀的表現和成熟過程，使種子收獲困難、種子產量少甚至不能得到種子，帶來破壞性的后果。這不是人們希望看到的。使用分子標記技術，用該技術輔助選擇育種，不僅可以在早期選擇，而且只需取植株的小部分進行檢測和選擇，不會影響植株的正常生長，不會給植株帶來危害。

1.6 能夠提高回交育種效率 在傳統育種中，為了得到表現優良的植株，經常采用回交的方法，通過多代回交可以成功地把想要的目的等位基因進行轉移，但是回交方法的效率過低，在多代回交之后依然有一部分比例的不想要的基因存在在個體中，相對來說，這種傳統的回交方法耗時耗力，育種效率較低。使用分子標記技術，用其輔助選擇育種，可以成功選擇出含有重組染色體的個體，這樣就可以減少個體中不需要的基因片段，進而可以大大提高育種的效率。另外，對隱性性狀可以進行不間斷的回交，從而提高基因的回交轉移速度。

正如上面提到的，使用分子標記技術，用其輔助選擇育種，擴大和加強了選擇范圍，也就意味著要對育種群體做大規模的檢測，這不是一個簡單輕松的任務，為了保證效率要求該檢測方法要足夠簡單和快速。另外，分子標記輔助選擇還受到建立標記和數量性狀位點的精確性、高昂的成本與影響指數選擇法的四個因素的影響。

2 遺傳連鎖圖譜的構建與分子標記輔助選擇育種的選擇

分子標記輔助選擇育種是一種將分子標記技術應用在植物研究，輔助選擇育種的植物選擇育種方法。這種方法的基本原理是在目標區域，利用與目標基因緊密連鎖的分子標記對篩選已選擇的個體，直接結果是判別目標基因的存在性并對目標基因進行間接選擇，最終結果是減少個體中不需要的基因片段，改良育種的進程，進而可以大大提高育種的效率，是通過分析目標基因緊密連鎖的分子標記的基因型來判別的。由于育種程序會因為育種目的和育種材料的不同而存在差異，所以用分子標記技術來輔助選擇育種的方法也有很大的不同。然而，無論何種方法，都必須構建完整的分子標記連鎖圖譜，即遺傳連鎖圖譜。關于遺傳連鎖圖譜的構建和分子標記輔助選擇育種方法的選擇要點如下：

2.1 遺傳連鎖圖譜的構建 飽和的連鎖圖是遺傳研究的重要工具，它可以廣泛使用在諸如定位數量性狀、克隆基因以及等多種遺傳研究中，是許多遺傳學家和科研人員重點研究的對象之一。遺傳連鎖圖譜的構建過程是通過估算位點之間的重組率來估測不同分子標記在染色體上的相對位置或者線性排列的過程。該過程包括選用合適的分子標記、選擇用于建立作圖群體的親本組合、建立作圖分離群體、測定作圖并連鎖分析標記基因型數據、構建標記連鎖圖這五個步驟，在遺傳連鎖圖譜的構建過程中也應該注意親本的選配、選擇合適的分離群體類型、確定合適大小的群體、數據收集、單位點分離分析、檢測位點間的連鎖、重組頻率和圖距的估測和組建連鎖群這8個方面。

2.2 分子標記輔助選擇育種方法的選擇

2.2.1 系譜法育種中的分子標記輔助選擇育種 使用系譜法且當目標性狀為質量性狀時，對優良性狀的選擇應該從F2代開始，選擇效果的優劣受分子標記與目標基因的重組頻率以及它們兩者之間的連鎖關系的影響。選擇的可靠性和分子標記與目標基因的距離成正相關。選擇效率的提高也受兩個分子標記對性狀的選擇過程的影響。一旦選擇了目標基因，不論其顯隱性如何，在接下來的世代中目標性狀就不會再分離。對基因中除了目標基因之外的其他部分的選擇，就稱為背景選擇，它的覆蓋范圍較廣，涉及到了整個基因組。

2.2.2 回交育種分子標記輔助選擇育種 回交育種方法是一種較為傳統的育種方法，這種方法要求在早期對含有目標基因的植株進行篩分，由于在早期便進行了選擇，所以可以通過觀測目標性狀來確定后代是否含有目標基因而不需要通過反復測交來確定目標基因的存在性。這種方法大大減少了工作量，省時省力，改良了育種進程，改進了育種效果，提高了育種成功率。

2.2.3 全基因組選擇 分子標記輔助選擇育種方法除了有上述的系譜法和回交法，還有全基因組選擇方法，顧名思義，全基因組選擇方法要求分子標記要覆蓋整個基因組，可想而知，這種方法代價高，費時費力，但也保證了結果的準確性和全面性，可以在整個全面的范圍內選出沒有爭議的、具有最佳的基因組合的單個植株。

3 分子標記技術在糯高粱育種中的應用

3.1 抗病基因的分子標記輔助選擇育種 糯高梁的發病條件受多種外在和內在因素的影響，將分子標記技術應用在抗病基因中具有重大的現實意義。人工接種抗性基因鑒定存在的種種局限，使科研專家意識到用分子標記技術來輔助抗病基因是可以一試的。用分子標記技術來輔助抗病基因的方法，不僅可以克服人工接種抗性基因鑒定的局限，而且可以在育種的早期進行選擇，使得抗病育種的效率有所提高。用于基因定位的分子標記有很多種，如RELP、RAPD和AFLP等，不同的分子標記會根據其特點應用不同的領域。

3.2 抗蟲基因的分子標記輔助選擇育種 擴增片段經Taq DNA聚合酶I切后，純合體產生750bp和160bp兩條帶，Nair曾篩選糯高梁癭蚊病抗蟲基因Gm2的兩個RAPD標記F81700和F10600，并利用多重PCR在病感材料中擴出1.71kb片段，這個結果得到了驗證。

3.3 分子標記輔助選擇育種與抗性基因累積 通過分子標記輔助選擇育種漸滲進優良的推廣品種”揚麥158”中，獲得了含有Pm2+Pm4a、Pm2+Pm21、Pm4a+Pm21的”揚麥158”近等基因系以及含有Pm8+Pm21的種質，這表明抗性基因的聚合提高了作物的抗性。

參考文獻

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[2]湯繼鳳，曹永生，黎裕.應用生物信息學技術對植物表達序列標簽的大規模分析[J].生物技術通報，2003，6：32-41.

（責編：張宏民）