SSR分子标记在玉米种质研究中的应用

柴美清，原佳敏

（山西省农业科学院试验研究中心，山西太原030006）

种质资源是玉米育种的遗传物质基础，育种成效的大小取决于拥有优异种质数量的多少。因此，对玉米种质遗传多样性深入认识是合理利用种质的前提。多年来，玉米种质间的人工杂交构成的复合群体，形成了一些新的变异类型种质，很难用传统的形态学或细胞学的方法进行鉴定评价；同工酶标记也曾被用于玉米种质遗传关系研究，但由于标记位点数量有限，表现出一定的局限性[1-3]。

SSR标记是依据作物群体间的遗传距离或亲缘关系对群体进行分类的一种手段，它以揭示基因组DNA的变异为基础。理论上，它可体现单个核苷酸的差异。因此，SSR分子标记在数量上几乎是无限的。与其他的遗传标记相比，其具有直接以DNA表现、标记数量多、遗传稳定、多态性丰富、呈共显性或显性、无组织器官特异性、不受环境影响等优点[4-5]，弥补了长期以来在亲本选配上以表现型差异确定遗传距离的不足，是最为理想的遗传标记，给玉米种质资源的研究提供了新的技术途径。

本文主要阐述近年来利用SSR分子标记技术进行玉米种质研究取得的一些进展，以供玉米育种者参考。

1 SSR分子标记的原理

SSR分子标记是以DNA序列的多态性为基础的遗传标记，它可以反映生物个体和群体基因组的差异，而这种差异通过将基因组限制性内切酶酶切、PCR扩增、分子杂交等技术，可在凝胶电泳上检测出来。

在高等生物基因组中普遍存在着1～6个碱基组成的简单重复序列SSR，通常又称微卫星DNA，因其重复次数不同而造成多态性。微卫星位点两侧序列是相当保守的单拷贝序列，因此，可以根据两侧序列设计1对特异引物，进行PCR扩增，然后经高浓度琼脂糖凝胶电泳或聚丙烯酰胺凝胶电泳分离扩增产物，经EB或银染色，从而精确地检测出待定位点微卫星DNA的长度多态性。这种长度多态性反映了不同基因型个体在特定微卫星DNA位点的多态性。

2 SSR分子标记技术的应用

2.1 指纹图谱的构建

对品种遗传本质DUS（特异性、一致性、稳定性）的客观描述是品种鉴定和保护的前提。SSR分子标记建立的品种指纹图谱已用于品种鉴定。指纹图谱是鉴定品种、自交系的有力工具，它具有高度的个体特异性、迅速、准确等优点，在检测种子真伪和纯度、利用优良自交系及保护知识产权等方面均有重要的意义。

李晓辉等[6-7]从220对引物中筛选出多态性丰富的58对引物，以21份玉米自交系和组配的13个杂交种为材料，进行SSR标记分析，用2个或3个引物组合构建SSR图谱，可将13个杂交种区分。王风格等[8]用SSR技术构建的中国玉米品种DNA指纹库，将是国家品种质量鉴定的重要依据。

2.2 玉米杂种优势群的划分

杂种优势是玉米品种选育的基本理论依据，杂种优势群及杂种优势模式的概念已为玉米育种工作者普遍接受。20世纪末，育种家以不同时期杂交种中主要亲本所占百分比对我国的玉米种质进行了探讨，通过种质系谱、地理来源分析对我国玉米自交系进行了初步的类群划分，也有学者以植株的某些性状的总配合力效应值为依据对自交系进行了分类[9]。将玉米优良自交系划分成不同杂种优势群，进而建立玉米的杂种优势模式，已成为玉米育种的一个重要研究方向。

国内外学者利用SSR标记进行了杂种优势群划分，大多取得了很好的结果。聂永心等[10]利用SSR标记进行杂种优势群的划分，将20份玉米自交系划分为5个类群，分类结果与系谱基本一致，划群后群间平均距离大于群内平均距离，群间平均产量大于群内平均产量。李新海等[11]用UPGMA方法将70份玉米自交系划分为四平头，旅大红骨，PA，PB，BSSS，Lancaster这 6 个类群，划群结果与其系谱分析和育种家经验基本相符。Smith等[12]利用SSR标记对37份玉米自交系进行了划群，并得到较为满意的结果。

2.3 玉米自交系遗传变异的研究

随着分子生物学的发展，分子标记已成为作物遗传育种研究的重要手段，同时为评价玉米的遗传变异提供了方便、快捷的研究方法。SSR分子标记能够从本质上揭示其变异规律，并用群体中某一位点等位基因数、多态性位点百分率、每个位点的平均等位基因数、多态信息量（PIC）等指标评价玉米种质遗传多样性，现已成为分析自交系遗传变异的有效工具。李凌雨等[13]利用10对SSR引物在10份玉米自交系中共检测出40个等位基因变异，平均多态信息含量值为0.65。李新海等[14-15]利用43对SSR引物在21份玉米自交系中共检测出127个等位基因变异，平均每对SSR引物检测等位基因为2.95个。

2.4 玉米新品种纯度及真伪的鉴定

种子纯度是评定种子质量等级的主要依据，玉米杂交种子纯度鉴定是玉米种子质量控制体系中的关键环节。在玉米杂交种生产与销售过程中，建立以质量检测为中心的良种繁育与种子管理体系，对稳定和推广优良品种起重要作用。

蛋白质和同工酶电泳是目前常用的玉米杂交种纯度室内检测技术，多数玉米杂交种和自交系能够用这种方法鉴别，但由于蛋白质和同工酶是基因表达的产物，产生的多态性有限，对亲缘关系较近及遗传基础复杂的材料难以鉴别，还有一些杂交种应用这2种方法得出的室内纯度检验结果与实际纯度不符。SSR分子标记是近年来发展起来的，建立在PCR基础上的新型的DNA指纹技术，具有可靠性强、重复性高、多态性丰富等优点[8]。同时，由于SSR标记呈共显性，在玉米杂交种的纯度和真伪鉴定方面具有明显优势，目前玉米数据库已公布了1 700多对SSR引物，为SSR技术在玉米品种纯度鉴定上的应用提供了有利条件。李群等[16]以登海11号玉米杂交种和9对SSR位点引物为材料，建立了一套利用SSR标记技术进行玉米杂交种纯度鉴定的技术规程。李素玲等[17]以强盛1号和6对SSR位点引物为材料，建立了一套简单、快速、准确、可靠的种子纯度鉴定方法。

3 存在问题与应用前景

SSR技术必须针对每个染色体座位的微卫星，发现其两端的单拷贝序列，才能设计引物，这给微卫星标记的开发带来一定的困难。

选择遗传多态性高的SSR引物组成核心引物，可以快速、有效地对供试材料进行遗传差异分析，但这些引物首先需要能够产生稳定且易区分的带型，其次需要具有较高的PIC，此外，最好均匀地分布于不同染色体上。

结合育种实践分析，目前，我国玉米生产存在2个最常用的杂种优势模式：北方春玉米区为四平头和旅大红骨×Lancaster，黄淮海夏玉米区为四平头和旅大红骨×PA。杂种优势群的鉴定与杂种优势模式原理对选育新型自交系或杂交组合具有重要指导意义。

在SSR分子标记的应用中，应考虑几个问题：利用SSR分子标记挖掘、鉴定与玉米高产、优质、抗逆性有关的新基因；积极寻找与目标农艺性状基因紧密连锁经济高效的分子标记；分子标记与形态标记、细胞标记和生化标记等技术有机结合，以获得对玉米种质的完整评价；简化SSR分子标记技术，降低成本。随着分子生物学的飞速发展和DNA分子标记技术的日臻完善，SSR分子标记必将为玉米种质的进一步深入研究利用搭建技术平台。SSR分子标记在玉米种质遗传多样性评价、品种鉴定、指纹图谱绘制、杂种优势群划分和杂交种纯度鉴定等方面具有重要的应用价值。

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