常用分子标记在月季种质鉴定和育种中的应用

胡宝刚 季 静 王 罡 杜长城 杨少辉 宋英今

摘要:介绍了几种常用分子标记及其在月季的遗传图谱构建、种质资源分类鉴定、分子标记辅助育种、品种注册和专利保护等诸多方面的应用。

关键词:分子标记;月季;种质鉴定;育种

中图分类号:S685.12文献标识码:ADOI编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2009.05.003

Applications of Common Molecular Markers in Germplasm Identification and Breeding of Chinese Rose

HU Bao-gang1,JI Jing1,WANG Gang1,DU Chang-cheng2,YANG Shao-hui1,SONG Ying-jin1

(1.College of Agriculture and Bioengineering,Tianjin University,Tianjin 300072,China;2.Forestry Bureau of Tianjin,Tianjin 300061,China)

Abstract:In this paper, several commonly used molecular markers were introduced, and its applications in the building of genetic map of Chinese rose, germplasm identification, molecular marker-assisted breeding, registration of varieties and patent protection, and many other aspects were summarized.

Key words:molecular markers;Chinese rose;germplasm identification;breeding

月季(Rosa hybrida L.)为蔷薇类多年生木本植物,每年多次开花,其花色绚丽多彩,花型丰富。月季切花为世界四大切花支柱之一,它不仅种类繁多,而且用途广泛,可提取香料,花瓣可腌制食品,还可作药用。月季花种类主要有小月季、月月红、变色月季、切花玫瑰、藤蔓月季、大花月季、丰花月季、微型月季等。分子标记通常指在生物个体之间或群体之间可遗传并可检测的具有差异的DNA 序列,分子标记技术在月季种质资源鉴定和辅助育种中具有重要应用。

1分子标记技术及其在月季种质资源分类鉴定中的应用

近二十年来,分子标记技术迅速渗入到生物学科的各个领域,广泛应用于生物的遗传多样性、亲缘关系分析、种质资源鉴定及分类、遗传图谱构建以及分子辅助育种等方面,并显示出独到的优势。李冬梅等[1]就分子标记在花卉种质资源研究中的应用作了简要综述。目前,国内外很多学者已经利用各种分子标记技术对月季的种质资源分类鉴定进行了卓有成效的研究。

1.1RFLP(Restriction Fragment Length Polymorphism)标记

RFLP即限制性片段长度多态性,是Grodzicker等于1974年发明的分子标记技术,它是最早发展的分子标记技术,广泛用于基因组遗传图谱构建、基因定位以及生物的进化和分类关系研究,在月季种质鉴定应用中国内外已有报道。Ballard等[2]对22个月季品种进行了RFLP和RAPD标记分析,鉴定出了其中的20个月季品种。分析结果表明,所有以抗病和感病为亲本的4倍体月季品种都表现出较高的遗传多态性,并发现以抗病和感病亲本杂交的后代适合遗传图谱的建立。Poncet等[3]通过RFLP标记分析感冠瘿病的月季无性繁殖植株,指出月季植株主要是通过砧木材料传染而感冠瘿病的。Kaminska等[4]对12个品种的48个代表性的月季植株进行了RFLP分析,结论表明,其中的11个感病品种都为星状植物菌原体中的16SrI-B侵染所致。可以预料,RFLP技术将在月季种质资源鉴定及遗传育种领域中发挥更重要的作用,并能有力地促进月季品种的鉴定和改良。

1.2SSR(Simple Sequence Repeats)标记

SSR即简单重复序列,是1982年Hamade发现的第二代DNA分子标记。SSR是月季种质资源鉴定和检测图谱构建多态性的一种有效方法。Baydar等[5]利用AFLP和SSR标记对土耳其生长的大马士革月季进行了遗传关系分析,结果表明供试的所有月季植株均来自于无性繁殖的同一原始基因型。Rusanov等[6]利用SSR分子标记,揭示了古老的大马士革蔷薇品种与精油月季品种在基因型、遗传型上的相似性关系。同时Rusanov等[7]又对15个不属于大马士革蔷薇的产油月季品种进行了SSR分析,结果表明多数品种与大马士革蔷薇有着间接的遗传关系,但其中1个生长于保加利亚的品种在遗传上更接近于麝香蔷薇和白蔷薇(Rlalba)。Zhang等[8]利用SSR标记技术对两张已建的4倍体月季遗传图谱进行了整合,设计的SSR引物对中,多态性比例为57%。SSR标记在月季品种分类、杂种鉴定等方面的应用前景十分广阔。

1.3RAPD(Random Amplified Polymorphism DNA)标记

RAPD即随机扩增多态性DNA,是1990年由美国杜邦公司的Williams和加利福尼亚生物研究所的Welsh等发明的利用随即引物扩增寻找多态性DNA片段的分子标记方法。RAPD标记是一种简单有效的鉴定月季品系的技术。Gallego等[9]利用RAPD标记鉴定了25个月季品种,结果表明其品种内无变异性,品种间存在高度的变异。巢阳等[10]利用RAPD技术对28个月季品种和2个蔷薇品种进行了遗传多样性分析,从145个引物中筛选出12个,其中3个引物从30个材料中扩增出3个品种特异的RAPD分子标记,利用筛选出的12个引物扩增出的65条多态性片段作了聚类分析,对这些月季品种的亲缘关系和进化作了有意义的探讨。Mahnaz Kiani等[11]利用RAPD标记分析鉴定了来自伊朗和保加利亚不同培养条件下的41个大马士革月季,31个引物中有11个具有明显的多态性,伊朗大马士革月季广泛的遗传变异性表明伊朗是该品种的遗传多样性的中心,研究结果将在未来月季育种中发挥重要作用。

1.4AFLP(Amplified fragment length polymorphism)标记

AFLP即扩增片段长度多态性,是1993年由荷兰科学家Zabeau和Vos等发明的一项专利技术。AFLP是RFLP和PCR结合的产物,该技术的独特之处在于所用的专用引物可在不知道DNA信息的前提下就可对酶切片段进行PCR扩增。AFLP在月季的种质鉴定研究中是一种十分理想有效的分子标记,它能将品种从其半同胞和全同胞品种中鉴别出来。Kaufmann等[12]建立了用于绘制蔷薇基因物理图谱和定位克隆的玫瑰BAC文库,发现围绕Rdr1的区域至少有5个TIR-NBS-LRR家族的抗性基因相似物,存在一簇抗性基因,为Rdr1基因的分离、鉴定及其它园艺性状基因的物理图谱和定位克隆提供了很好的工具。Leus等[13]对88个月季野生种和栽培品种作了AFLP分析,结果证明在野生种和栽培品种间存在较大的差异。Anne等[14]对魁北克特有的两个月季品种进行了AFLP、ISSR和RAPD分析,结果表明,这两个月季品种与另一分布广泛的月季品种实属同种。Koopman等[15]研究了适用于重建月季品系关系的AFLP标记,指出AFLP标记作为一种重建蔷薇科复杂关系的工具发挥着重要意义。

2分子标记辅助选择月季育种

分子标记辅助选择是将分子标记应用于植物品种改良过程中进行选择的一种辅助手段。其基本原理是利用与目标基因紧密连锁或表现共分离关系的分子标记对选择个体进行目标区域以及全基因组筛选,从而减少连锁累赘,获得期望的个体。

自Rajapakse等1992年首先报道了RFLP在月季中的应用以来,分子标记作为一种对传统的、不够准确的形态描述的有效补充手段,引起许多育种家的兴趣。Rajapakse等[16]采用AFLP技术建立了2个4倍体月季的遗传连锁图,将控制叶柄上刺的基因定位在连锁群7的末端,控制苹果酸脱氢酶位置的基因定位在连锁群4的中部,这为改进现代四倍体月季的辅助标记选育提供了初始依据。对高度杂合的月季,分子标记辅助选择的应用具有特殊意义,在新品种的鉴定和保护育种者产权方面发挥重要作用。Yan等[17]利用AFLP、SSR、RFLP和SCAR等标记构建了月季高密度整合图谱,为月季的作图和分子标记辅助选择育种描绘了广阔的前景。Dugo等[18]利用133个标记,其中包括RAPD标记130个,SSR标记2个,形态标记1个,对灌丛诺塞特(Blush Noisette)和光叶蔷薇(R wichuriana Crep)的杂交后代月季进行了遗传图谱的构建,并进行了QTL位点分析,共定位了13个与园艺性状相关的QTL位点(花径相关的位点为4,花期为2,叶径为5,抗白粉病为2),这为今后的分子辅助选择提供了有用的信息资源。

利用分子标记不仅可以定位目标基因,也可利用与目标基因紧密连锁的分子标记追踪目标基因。因此,应用分子标记对月季进行辅助选择育种,将起到事半功倍的作用,如月季抗病育种中抗性材料的选择需要创造特殊环境进行筛选鉴定,不仅育种时间长,而且受许多条件限制,而分子标记辅助选择不受环境条件的影响,且有些分子标记分析手段快速、简便、结果准确。月季在长期的自然选择、人工栽培条件下形成的大量品种,可通过分子标记的分析进行系统分类,建立遗传图谱,明确亲缘关系,指导育种工作;而且结合属内种间的资源分析,有利于更多优良性状的利用,丰富其遗传基因。分子标记的发展使得在DNA水平上进行遗传变异的研究成为可能,在育种实践中,对某性状的选择,可以远在该性状表现出来之前通过分子标记进行选择。分子标记辅助选择与传统的表型选择相比,可以获得更大的遗传进展,尤其对低遗传力性状、限制性状和后期表达的性状,能增大选择强度,缩短世代间隔,提高选择的准确率。

3结语

分子标记技术在月季上的应用,有助于推动其遗传基础、起源与进化、品种分类、鉴定和育种等基础科学的发展,从而更好地指导实践工作,更好地开发、利用和保护月季资源多样性。在研究方向上,我们应从分子水平上对其中具有重要特性的古老品种和现代品种进行比较研究,对其亲源关系和起源问题作出分析,改进和完善目前的月季分类法,解决生产上急需的新品种鉴定、新品种培育等问题。同时应开展月季种质亲缘遗传关系、抗性遗传等特异性状基因分子标记的研究,利用分子标记技术标记定位和分离出具有重要性状的目的基因,为转基因的实现奠定基础,并最终建立转育特异性状的分子标记辅助选择(MAS)系统。月季作为世界重要的观赏花卉,我们期待不久的将来分子标记技术在月季基因组计划中发挥更重要的作用,它将推动我们对月季野生种质资源的研究和利用,为目标优良性状基因从野生资源向现代月季渐渗提供可靠的遗传信息,为自主知识产权新品种的创造奠定完备的技术平台。

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