基于分子標(biāo)記的甘蔗遺傳育種研究綜述

莫璋紅，梁 俊，謝金蘭，林 麗，李長寧

（1.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部廣西甘蔗生物技術(shù)與遺傳改良重點實驗室/ 廣西甘蔗遺傳改良重點實驗室，廣西南寧 530007；2.廣西益譜檢測技術(shù)有限公司，廣西南寧 530007；3.廣西泰格瑞科技有限公司，廣西南寧 530007；4.廣西智標(biāo)云信息科技有限公司，廣西南寧 530009）

白糖作為我國戰(zhàn)略儲備物資之一，其地位不言而喻。甘蔗是生產(chǎn)白糖的主要原料，因此優(yōu)良甘蔗品種育種具有極其重要意義和價值。我國具有極其豐富的野生甘蔗種質(zhì)資源，為雜交育種提供了優(yōu)質(zhì)的親本［1］。然而傳統(tǒng)的甘蔗育種方式幾乎完全依賴于植株的表現(xiàn)型，因此高效優(yōu)質(zhì)的甘蔗生產(chǎn)需要向弱化表現(xiàn)型影響的育種形式發(fā)展，分子標(biāo)記輔助甘蔗遺傳育種的方法成為最優(yōu)選擇。分子標(biāo)記能直接反映出遺傳多樣性，因此其在輔助育種上開始運用，這一技術(shù)也逐漸成為國內(nèi)外甘蔗遺傳育種的研究熱點，且在部分發(fā)達地區(qū)已開始應(yīng)用［2］。

1 分子標(biāo)記技術(shù)及其類別

分子標(biāo)記（Molecular Markers）技術(shù)的基礎(chǔ)是個體間遺傳物質(zhì)內(nèi)核苷酸序列變異，是常用于檢測生物間差異的遺傳標(biāo)記。相比于形態(tài)學(xué)標(biāo)記、生物化學(xué)標(biāo)記、細(xì)胞學(xué)標(biāo)記等標(biāo)記技術(shù)，分子標(biāo)記有較多的優(yōu)勢，例如，大部分分子標(biāo)記為共顯性，選擇隱性性狀對分子標(biāo)記技術(shù)來說十分便利；基因組變異豐富，分子標(biāo)記的數(shù)量幾乎是無限的；標(biāo)記分析不受生物發(fā)育時段影響；可揭示變異的DNA 片段；目標(biāo)性狀不受外界環(huán)境等因素影響，可正常表達；檢測手段簡單、迅速等［3-6］。得益于以上優(yōu)點，DNA 分子標(biāo)記能在各領(lǐng)域受到重點研究和應(yīng)用，如種質(zhì)資源遺傳多樣性分析、目標(biāo)性狀基因的標(biāo)記與定位、抗性育種、作物品種純度鑒定及品質(zhì)鑒定等。

2 分子標(biāo)記在甘蔗性狀鑒定與輔助育種中的應(yīng)用

在甘蔗作物生產(chǎn)活動中，各種因素影響著甘蔗的品質(zhì)和產(chǎn)量。其中對甘蔗育種生產(chǎn)影響較大的因素是氣候和病害，如干旱、寒冷等環(huán)境會影響甘蔗根系的呼吸能力，嚴(yán)重影響其糖類積累過程，進而造成嚴(yán)重減產(chǎn)。銹病、黑穗病等是甘蔗常見的病害，蔗田間的病菌量累積至一定程度后會大規(guī)模爆發(fā)，毀壞甘蔗植株，導(dǎo)致大規(guī)模減產(chǎn)。分子標(biāo)記可以很好地應(yīng)對這些問題，尤其是當(dāng)基因不能很好地表現(xiàn)出其性狀的類型，如甘蔗抗黑穗病性狀不僅受主基因控制，還受其他內(nèi)在因素及外在因素的累加影響。由于雜交育種的前提基礎(chǔ)是種質(zhì)資源的遺傳廣泛性。因此，當(dāng)前甘蔗育種研究的重難點方向為分子標(biāo)記輔助甘蔗育種研究［7］。

2.1 分子標(biāo)記在甘蔗抗性研究中的應(yīng)用

秦茜等人研究發(fā)現(xiàn)光合產(chǎn)物積累和甘蔗抗旱性有關(guān)［8］。廖詩童等采用簡單重復(fù)序列（Simple Sequence Repeat，SSR）標(biāo)記技術(shù)標(biāo)記和篩選了35 個不同耐寒蔗種，結(jié)果表明品種間的基因組SSRs（Genomic SSR，gSSR）遺傳相似系數(shù)在0.413 8～0.804 6，平均值為0.625 1；品種間的表達序列標(biāo)簽（Express Sequence Tag，EST-SSR）遺傳相似系數(shù)在0.514 5～0.797 1，平均值為0.665 1，研究中g(shù)SSR 標(biāo)記的效果明顯優(yōu)于EST-SSR［9］。

端木卜文等用Bru1 和黃銹病抗性位點G1 對國內(nèi)164 份甘蔗材料進行檢測分析，結(jié)果14%參試材料中帶有Bru1 抗性標(biāo)記，5.56%的參試材料中帶有G1 位點，3.66%參試材料同時帶有Bru1 和G1 位點，結(jié)果表明，國內(nèi)大多數(shù)甘蔗品種不具有抗褐銹病基因，為后續(xù)甘蔗抗銹病基因資源研究提供了科學(xué)依據(jù)［10］。目前，國內(nèi)外都在加大培育甘蔗抗病種力度［11］。

2.2 分子標(biāo)記在甘蔗種質(zhì)資源研究上的應(yīng)用

2.2.1 種質(zhì)鑒定及篩選

豐富的種質(zhì)資源是育種的前提和基礎(chǔ)，開展種質(zhì)資源分子檢測，對甘蔗資源育種具有重要意義。肖關(guān)麗等為了建立適合甘蔗隨機擴增多態(tài)性DNA（Randomly Amplified Polymorphic DNA，RAPD）分析的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（Polymerase Chain Reaction，PCR）條件，用甘蔗雜種梁河78/121 及其親本華南56/12 和崖城58/473 材料的DNA，對115 個隨機引物進行篩選，找到了可用于鑒定該雜種的引物OPR-17、OPK-17 和OPR-18［12］。

2.2.2 指紋圖譜的構(gòu)建

曾華宗等采用RAPD 技術(shù)對多組甘蔗種質(zhì)間的親緣關(guān)系、特異標(biāo)記進行分析，成功構(gòu)建關(guān)于41 份種質(zhì)的RAPD 指紋圖譜［13］。劉新龍也成功構(gòu)建了甘蔗分子遺傳圖譜，方法是利用36 對SSR 引物和12 對擴增片段長度多態(tài)性（Amplified Fragment Length Polymorphism，AFLP）引物對甘蔗商業(yè)品種Co419 與野生種割手密Y75/1/2 兩個群體進行PCR 擴增和分子遺傳連鎖分析［14］。

2.2.3 遺傳多樣性評估

AFLP 技術(shù)也能較好地評估甘蔗遺傳多樣性，李鳴采集了不同地區(qū)的甘蔗種質(zhì)，利用AFLP 技術(shù)進行鑒定和區(qū)分，并對各個種質(zhì)的AFLP 指紋圖譜進行遺傳多樣性和聚類分析，結(jié)果表明各種質(zhì)間存在豐富的遺傳多樣性［15］。昝逢剛等采用AFLP 標(biāo)記技術(shù)，對來自中國、澳大利亞、美國等6 個國家不同地區(qū)的118 份甘蔗種質(zhì)進行分析，結(jié)果表明各種間存在豐富的遺傳多樣性［16］。

3 結(jié)語

相比于傳統(tǒng)甘蔗育種，分子標(biāo)記輔助育種具備諸多優(yōu)點，在甘蔗抗性研究、遺傳多樣性等方面發(fā)揮較大作用。但其在甘蔗育種的應(yīng)用上仍存在不少問題，甘蔗染色體數(shù)量多是最主要的原因，甘蔗是高度雜合的多倍體，供試材料的選擇十分困難；甘蔗一般為種間雜交，難以建立出能夠世代遺傳優(yōu)質(zhì)基因的分離群體。雖然目前的分子標(biāo)記輔助甘蔗育種研究已在嘗試克服這些問題，例如，嘗試同時使用幾種不同的標(biāo)記方法；開展甘蔗野生近種的研究，挖掘抗性基因，拓寬甘蔗遺傳基礎(chǔ)；結(jié)合多種分子標(biāo)記技術(shù)，構(gòu)建致密的遺傳連鎖圖譜等。在此研究基礎(chǔ)上，分子標(biāo)記可以進一步應(yīng)用在輔助性狀篩選、多性狀同時標(biāo)記及篩選，充分發(fā)揮分子標(biāo)記輔助甘蔗育種的作用，提高甘蔗育種效率。