分子标记在水稻遗传育种中的应用探讨

覃庆炜 韦肖宇

（广西兆和种业有限公司 广西南宁 530007）

分子标记在水稻遗传育种中的应用探讨

覃庆炜 韦肖宇

（广西兆和种业有限公司 广西南宁 530007）

探讨了分子标记技术在水稻构建遗传图谱、研究遗传多样性、分析鉴定品种资源的亲缘关系、水稻基因的定位、作图及克隆、比较基因组学研究、辅助选择育种、鉴定品种纯度、预测杂种优势和早期鉴定目标基因等方面应用，并对分子标记技术的应用前景予以展望。

水稻；遗传育种；分子标记

1 引言

水稻为禾本科稻亚科的植物，世界上有一半的人口以水稻为主食，它是世界上最重要的粮食作物之一，同时也是我国最主要的粮食作物。但是未来，水稻的培育将面临着环境污染、耕地面积缩减和水资源减少等等的挑战，因此，培育高产、优质、抗病虫性及抗逆性强的品种成为了水稻育种中的首要问题。分子生物学中遗传标记的出现与应用为解决这一问题提供了很好的技术支持。在遗传学的发展过程中，先后出现了以下四种遗传标记：形态标记、细胞标记、生理生化标记、分子标记，其中最为理想的当属分子标记。

2 水稻育种现状

早期的水稻育种是收集地方品种并进行单穗（株）或群体选择，鉴定出良种供生产应用，这是最简单且有成效的方法。与此同时，世界水稻育种上发生过两次大革命，分别是20世纪50年代的矮化育种和20世纪70年代的杂种优势的利用，这两次革命对于不断增加的粮食的需求起到了重要的作用，同时也使水稻的增产进入了瓶颈，打破水稻产量瓶颈是目前的主要问题。

3 分子标记概述

分子标记是20世纪80年代初发展起来的一种新类型的遗传标记，是继形态标记、细胞标记和生化标记之后的又一种标记手段，从本质上是指一种DNA片段，它可以反映生物个体或种群间基因中的某种差异特征，是生物基因型的易于识别的表现形式。分子标记选择的原理是运用与目的基因紧密连锁或共分离的分子进行标记，从而实现对目的基因的直接筛选，可以在很大程度上避免环境条件的影响。分子标记相比其他标记，具有以下几方面的优点：①以DNA的形式直接表现，不受材料形式和外部条件的影响，并且数量极多，可涉及到全部基因组，提供巨大的信息量；②与不良的性状没有必然连锁，因此不会影响表达目的性状，即所谓的“中性”表现；③多态性高，自然存在的等位变异就有很多，不需专门制造特殊材料，共显性的分子标记能为鉴定是否为纯合基因型提供完整而准确的遗传信息；④遗传稳定，不受外界环境的影响；⑤缩短育种年限，加速育种进程，这些优点使得DNA分子标记成为理想的遗传标记并迅速发展。

目前被发展和利用的分子标记技术多达20多种，可大致分为以下几种：基于Southern杂交的分子标记（以RFLP标记为代表）、基于PCR技术的分子标记（RAPD标记、ISSR标记、DAF标记、AP-PCR标记、SSR标记、EST-SSR标记、MP-PCR标记、RAMP标记、SCAR标记、STS标记、RGAP标记、SRAP标记、REMAP标记、IRAP标记、RBIP标记）、基于PCR技术和限制性酶切技术结合的分子标记（AFLP标记、SSAP标记、SAMPL标记）和单核苷酸多态性标记。

4 分子标记在水稻遗传育种中的应用

4.1 构建遗传图谱

通过对遗传重组交换结果进行连锁分析，得到的基因在染色体上相对位置的排列图称为遗传图谱。通过形态、生理和生化标记构建遗传图谱是最为传统和经典的方法，但由于图谱分辨率和饱和度不高等原因造成其应用价值有限，因此将分子标记应用于构建图谱具有重大的实用价值。

水稻第1张RFLP图谱是由McCouch等于1988年构建的。已有数据表明，目前，水稻遗传图谱上的分子标记数已超过6000个，平均间距为75～100kb，这基本覆盖了水稻基因组的所有区域。同时，已有的水稻微卫星标记连锁图上的微卫星标记已达2740多个，而水稻基因组中大约有5700～10000个微卫星。这一图谱的构建对于基因定位和基因克隆都有很大的价值，也可从遗传层面上对控制数量性状的基因位点进行深度分析，同时有利于构建完整的物理图谱。

4.2 遗传多样性研究

利用分子标记的方法对物种间的多态性资料进行统计分析，可以鉴定农作物在基因水平上的种质资源，从而分析它们遗传上的同源性，评估其多样性。同时，对遗传多样性的分析结果进行聚类分析可以确定核心种质资源。另外，水稻的分类、地理分布、生态类型和系谱分析这些问题都可以运用分子标记加以解决。大量研究表明，分子标记技术是检测杂交亲本遗传多样性的有效工具。

4.3 分析鉴定品种资源的亲缘关系

由于作物品种权、种子签证及保护专利种质等方面的要求，需要可靠的技术作为区分作物品种和鉴定品种纯度的方法。传统的方法是利用形态特征来描述基因型，是从表型到形态学的研究，这种方法存在诸多弊端：劳动强度大、主观性强，并且受环境条件的影响大，在这一研究背景下，急需建立快速准确的鉴定方法。

目前，水稻品种鉴定已不再是停留在形态学层面，而是发展到了分子水平的分子标记技术，可用于鉴定特定的基因或基因组合、个体或群体亲缘关系，分清遗传结构以及鉴别个体、群体和种的变异程度，与传统方法相比，分子标记的技术客观、准确而快速。

4.4 水稻基因的定位、作图及克隆

基因定位就是确定基因在染色体上的位置及与之相连锁的标记。目前，由分子标记所定位的控制水稻重要性状的基因已超过100个，其中定位最多的基因的功能是跟抗病虫有关的，而在这些基因中又以抗稻瘟病、白叶枯病为多，利用这些结果可以在单一品种中同时整合抗同一或相似疾病的不同基因或者是抗不同疾病的多种基因，增强作物的抗病性。除此之外，已定位的主要基因还包括恢复基因、高秆隐性基因、显性核不育基因和光敏雄性核不育基因等。

基因克隆可以为作物遗传改良和了解植物生长发育的分子生物学机理提供重要的理论支持，近年来，除分子标记外，常用的克隆方法还有以下几种：图位克隆技术、T-DNA标签法、同源序列法和差显技术等。随着分子生物学时代的到来，越来越多的DNA标记被应用于相关研究，同时将会有更多的基因被定位克隆。

4.5 比较基因组学方面的研究

比较基因组学是利用相同的DNA分子标记在相关物种之间进行的遗传或物理作图，使遗传学突破了物种的限制，能够进行物种之间的对比和进化分析。例如：对水稻、小麦等6种禾本科植物进行分子标记的研究结果表明，水稻的基因组最小，但它在进化总处于中枢的地位，并且把这一科6种植物的基因组的全部保守序列归结到了水稻基因组的连锁区段上，通过这些过程可重建这6种禾谷类作物的染色体，这将大大减少工作量，节约成本，提高效率，可建成一个禾谷类祖先种的基本骨架。

4.6 辅助选择育种

常规植物育种时，育种者需从一个分离群体中选择理想单株，这一过程受分离群体大小、环境影响、生育期等多种因素的制约，费工费时。1990年，Lande等提出将分子标记作为一种工具用作辅助选择。实践表明，在植物育种的早期世代和苗期利用分子标记技术进行辅助选择，可以提高选择的准确率和育种效率，同时可以把多个基因聚合到一个品种中，能够极大地缩短育种年限。在多种标记中，SSR标记由于其共显性性质、多态性高、廉价和使用方便等优点，是辅助选择育种的理想技术，应用这一技术已成功辅助选择了大豆抗胞囊线虫基因和小麦抗大麦黄矮病毒基因，但在水稻育种中主要集中在抗病性基因方面，因此还有很大的研究空间。

4.7 鉴定品种纯度

不育系育性不稳、串粉（不同品种间）、机械混杂和人为因素等都会影响水稻杂种纯度，而像通过形态和幼苗观察、石碳酸染色这样的常规质量检测方法速度慢并且可靠性低。同工酶技术虽然稍有改善但它无法鉴定出一些品种间的串粉所导致的杂种不纯。然而，RAPD技术可以揭示未知基因组DNA序列之间的丰富多态性，可以检测出单拷贝序列和重复序列，因此可以更好地反映出基因组的特征。用分子标记的方法鉴定品种纯度快速、准确、简便并且成本较低，在幼苗和种子阶段就可鉴定出品种纯度。

4.8 预测杂种优势和早期鉴定目标基因

两方亲本有利于生存斗争的等位基因的杂合是杂种之所以有优势的遗传学基础，传统选择理想组配的方法大多效果不理想，且会浪费许多人力、物力和时间。而分子标记（如RFLP）可系统的鉴别出两个杂合的亲本的染色体区域，接下来借助计算机相应程序分析具有优势的组合与RFLP位点杂合性之间的关系，可检测出哪些杂合性区域对于杂种优势是必须的，将这些区域导入亲本，同时运用分子和荧光标记来追踪相关过程，不断增加两个亲本品系间显性互补，使子代的杂种优势达到最强从而达到目的。

5 展望

分子标记由于其多态性高、重复性好、方便快捷等优点，克服了传统遗传研究方法的诸多弊端，从而在构建遗传图谱、研究遗传多样性、分析鉴定品种资源的亲缘关系、水稻基因的定位、作图及克隆、比较基因组学研究、辅助选择育种、鉴定品种纯度、预测杂种优势和早期鉴定目标基因等方面均有应用，被应用的同时其自身快速发展，具有广阔的应用前景。未来，将会有分析速度更快、准确度更高、成本更低、信息量更大的分子标记被开发出来，得到更广泛的应用和研究。

[1]吕瑞玲，吴小凤，刘敏超.分子标记技术及在水稻遗传研究中的应用[J].中国农学通报，2009，04：65～73.

[2]李荣波，陈赟娟，邓伟，尹正红.分子标记在水稻遗传育种中的应用[J].农业科技通讯，2011，07：107～110.

[3]郭震华.浅析分子标记在水稻遗传育种中的应用[J].安徽农学通报，2013，17：13～14+36.

S511

A

1004-7344（2016）11-0192-02

2016-3-30

覃庆炜（1978-），男，大专，主要从事水稻遗传育种工作。