分子标记在作物遗传育种中的应用

谭建萍，李映萍，余江勇，杨 雪，金生英，谭本智

（广州市东篱环境艺术有限公司，广东 广州510335）

1 引言

作物品种选育主要是对作物的目标性状如高产性、稳产性、优质性、抗逆性等性状进行选择。分子生物学发展以后，多种类型的基于DNA多态性的分子标记技术被应用于作物遗传育种，相比传统的遗传育种方式，分子标记表现出明显的优越性，并将作物遗传育种提升到一个新的高度。

2 分子标记的概念

DNA水平遗传多态性能通过分子标记直接反映。DNA分子标记技术与其他几种类型的遗传标记技术如形态学标记、生物化学标记、细胞学标记等遗传标记技术相比，具有以下6种优越性［1］，见表1。

表1 DNA分子标记的优越性

3 分子标记在作物遗传育种中的应用

随着人类遗传育种工作的不断开展，以及分子标记技术在育种工作中表现出来的优越性，DNA分子标记技术在作物基因图谱构建、基因定位、品种纯度鉴定等方面体系的建立和研究也日趋成熟。

3.1 构建分子标记遗传图谱

遗传图谱是以某一个标记位点为基础，在DNA片段上相隔一定距离找到一个多态性标记，通过标记之间的连锁分析反映遗传标记之间的相对关系，遗传图谱的构建可以为建立植物种质资源库、育种及分子克隆等应用方面的研究提供扎实的理论依据。分子标记技术被广泛地应用于常见农作物遗传图谱的构建，见表2。

3.2 基因定位

基因定位是遗传图谱在植物遗传育种上的一个重要应用，主要包括质量性状的基因定位和数量性状的基因定位。

近等基因系分析法和分离群体分组分析法是质量性状基因定位常用的两种方法。水稻半矮杆基因sdg［19］、番茄抗病毒基因Tm－2a［20］等抗性基因是利用近等基因系定位的基因；利用分离群体分组分析法定位的基因有水稻抗稻瘟病基因［21］、水稻抗瘿蚊基因［22］和小麦抗白粉病基因［23～25］等。

表2 常见农作物遗传图谱的构建

表3 几种农作物主要数量性状分析

数量性状基因的定位在DNA分子标记出现以后才得到迅速的发展，具体应用见表3。

3.3 品种纯度的鉴定

以电泳谱带反映生物个体或种群间基因组特异性的DNA片段是DNA分子标记技术鉴定品种纯度的主要方式。DNA分子标记鉴定品种纯度能从根本上杜绝传统的田间形态鉴别法通过对样本中品种内单株的性状表现来剔除表型不一的单株后估算的总体纯度数据的不确定性，并避免环境对植物的影响。如王利英等利用已有的236对SSR分子标记筛选和鉴定1－2010、3－2010和9－2010 3个茄子品种的纯度和获取指纹信息，并证明用分子标记技术检测茄子杂交种的纯度更加高效［31］。殷长生通过提取玉米种子种胚、整粒种子和种苗不同部位提取的DNA进行SSR分子标记检测后发现，芽尖和初生叶是SSR分子标记技术进行玉米品种纯度鉴定最适宜的部位［32］。同时，SSR分子标记技术被认为是杂交水稻种纯度很适合的鉴定方式［33］。

3.4 遗传多样性和物种亲缘关系研究

遗传多样性是种内个体之间或一个群体内不同个体的遗传变异的总和。遗传多样性不仅是物种多样性和生态系统多样性的基础，还是生物多样性的重要组成部分。一般而言，物种的遗传多样性表现得越高，对环境的适应能力也越强，其分布范围也越广泛［34］。利用分子标记检测种质资源的遗传多样性及亲缘关系对育种工作而言具有重要意义。房嫌嫌采用SSR分子标记对7个半野生种系，即玛利加郎特棉、尖斑棉、尤卡坦棉、莫利尔棉、帕默尔棉、雷奇蒙地棉、阔叶棉的64份种质资源研究陆地棉半野生系与陆地棉栽培品种之间的亲缘关系及遗传与演化，结果发现玛利加郎特棉的遗传多样性最高，尖斑棉的最低，在相似系数为0.690处被聚为四大类，其中亲缘关系最近的是帕默尔棉、阔叶棉及栽培陆地棉［35］。付杰用RAPDs标记和微卫星标记揭示出中国荠菜具有80%以上的遗传多样性水平和变异水平；白菜和黑芥两亲本中，与白菜的亲缘关系更加接近［36］。金雪在运用田间检测、ISSR、SSR和 AFLP四种技术研究分蘖洋葱的遗传多样性时，认为以AFLP分子标记技术评价分蘖洋葱的遗传多样性最为适合［34］。

3.5 分子标记辅助育种

分子标记辅助选择结合传统育种技术与现代生物技术，能从分子水平上快速准确地分析个体的遗传组成，实现对基因型的直接选择，能在原有育种技术的基础上有效地加快育种进程。分子标记辅助选择育种的优势主要体现在：①植物发育的阶段、基因表达和环境变化对目标性状的选择不造成影响；②纯合体和杂合体中出现的贡献性标记可被区分，植株基因型在分离世代即可鉴定，毋需在下一代鉴定；③基因型鉴定某些表型鉴定困难的性状更简单迅速；④多个有利基因可被聚合，提高育种效率；⑤能克服不良性状连锁，导入远缘优良基因［37］。例如，在草菇生产中，4℃的常规冷藏温度会引起菌丝体自溶、子实体会液化变软。高温高湿是草菇生产的实际生长环境，这使得低温高产草菇新菌株的人工选育十分困难。采用交配型基因作为分子标记，则可以较快速地建立草菇分子标记辅助杂交育种技术体系，并能培育出低温高产的优良草菇新菌株［38］。

4 分子标记技术的展望

分子标记技术在作物的遗传育种研究中已取得了较大的成果，并获得了大量与各种作物农艺性状相关联的分子标记。在今后各种农作物杂交育种工作中，这些分子标记能为亲本选择、辅助筛选、遗传图谱构建及定向的基因改良等提供良好的分子基础。在今后的作物遗传育种研究中，分子标记技术将有更大的发展空间。

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