分子标记技术在糯高粱育种中的应用

赵文博+柳青山+张一中+范昕琦+周福平+张晓娟+梁笃+郭琦+闫凤霞

摘 要：分子标记技术在理论和实践上的逐步发展和不断完善意味着其将被应用于多种领域，充分发挥该技术的优势。经过多年的科学研究和实践人们发现将分子标记技术应用在植物中，可以有效辅助植物的选择育种，不仅可以减少育种过程的盲目性，而且可以在一定程度上提高有效育种率。该文阐述了分子标记辅助选择育种技术的特点，介绍了遗传连锁图谱的构建与分子标记辅助选择育种的选择，最后分析了分子标记技术在糯高粱育种中的应用。

关键词：分子标记；糯高梁；遗传连锁图谱；选择育种

中图分类号 S514 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）11-0058-03

随着生物科技的快速发展，分子标记技术在许多领域取得了新的进展，在植物研究中发挥的重要作用更是引起了广泛关注。将分子标记技术应用在植物研究中，用分子标记技术辅助植物选择育种可以有效地提高有效育种率，从而提高了植物或农作物的生产率。为了提高糯高梁的成功育种率，使用分子标记技术来辅助选择糯高梁的育种过程是研究的重点。

1 分子标记辅助选择育种技术的特点

1.1 使性状基因型鉴定更加简单 如果等位基因的外在表现不是那么明显，或者是等位基因为隐性等位基因，又或者是等位基因与其他基因或者环境之间存在一定的相互作用，这些因素都会给基因型的鉴定带来或多或少的困难。对于多基因控制的性状来说，这些因素会给基因型的鉴定带来了更大的困难，因为多基因控制的性状的基因型不同并不等同于表现型不同，环境的变异有可能会使不同的基因型表现为部分甚至全部相同的表现型。另外，有一些表现型在初期或者在一般的条件下是不能表现出来的，例如抗病虫性必须要在病虫的环境下才能表现出来，抗旱性必须要在控制水分匮乏的条件下才能表现出来，耐盐性要在界定盐性的控制条件下才能表现出来，抗倒伏也必须在有一定控制的容易造成倒伏的环境中才能表现出来，这些因素导致了基因型鉴定的不便。在育种材料不足，不能够进行多次实验进行重复鉴定的情况下，更容易造成鉴定的困难。利用分子标记技术，可以降低以上因素带来的困难，使性状基因型鉴定更加简单。

1.2 使性状表现型鉴定更加简单 表现型的鉴定一直不是一件容易的事，有些表现型是直接可以看到的，如颜色、形状等，但有一些表现型在初期或者在一般的条件下是不能表现出来的，这种表现型的鉴定是相当麻烦的。例如抗病虫性必须要在病虫的环境下才能表现出来，耐盐性要在界定盐性的控制条件下才能表现出来，抗旱性必须要在控制水分匮乏的条件下才能表现出来，抗倒伏也必须在有一定控制的容易造成倒伏的环境中才能表现出来，鉴定这些表现型不仅费时间费精力，而且由于要在一定条件的控制下进行鉴定，而人为的控制又受很多不确定因素的影响，种种这些又导致鉴定结果的准确性受到很大的质疑。采用分子标记技术由于可以降低鉴定性状表现型的难度，使性状表现型的鉴定更加简单而具有很重大的现实意义。

1.3 能够在早期进行选择 在传统的育种过程中，往往希望能够在早期选择优秀的植株进行回交从而获得具有优良性状的作物，想法是很好的，但在现实中确实有一些不可抗因素导致在早期进行选择成为难事。因为有很多作物的性状在早期是无法表现出来的，这也就导致对这种作物使用传统的育种方法是困难的，因为无法在早期看到表型优异的植株，也就无法进行选择，进而导致无法进行想象中的育种改良的过程。而分子标记技术正可以改变这一缺点，与传统的育种不能在播种后数月甚至数年进行选择的特点不同，该技术可以做到在播种后的短时间内进行检测和选择。分子标记技术被希望运用在辅助选择育种过程中，不仅可以节约时间、节省人力、物力和财力，而且可以提高有效育种率，改良育种成效。

1.4 扩大和加强了选择范围 传统的育种在进行检测和选择时，范围狭小，对象单一，这样不利于新的发现和检测结果的准确性。而使用分子标记技术，可以在早期在更大的范围内，对更多的对象进行检测和选择，以有利于新的发现和提高检测结果的准确性。

1.5 能够进行非破坏性性状评价和选择 传统的育种过程中，为了看到一些性状的表现，需要人为地设置一定的条件，使植株在设置的固定条件下进行反应和表现，但这有可能会影响植株的正常生长、正常性状的表现和成熟过程，使种子收获困难、种子产量少甚至不能得到种子，带来破坏性的后果。这不是人们希望看到的。使用分子标记技术，用该技术辅助选择育种，不仅可以在早期选择，而且只需取植株的小部分进行检测和选择，不会影响植株的正常生长，不会给植株带来危害。

1.6 能够提高回交育种效率 在传统育种中，为了得到表现优良的植株，经常采用回交的方法，通过多代回交可以成功地把想要的目的等位基因进行转移，但是回交方法的效率过低，在多代回交之后依然有一部分比例的不想要的基因存在在个体中，相对来说，这种传统的回交方法耗时耗力，育种效率较低。使用分子标记技术，用其辅助选择育种，可以成功选择出含有重组染色体的个体，这样就可以减少个体中不需要的基因片段，进而可以大大提高育种的效率。另外，对隐性性状可以进行不间断的回交，从而提高基因的回交转移速度。

正如上面提到的，使用分子标记技术，用其辅助选择育种，扩大和加强了选择范围，也就意味着要对育种群体做大规模的检测，这不是一个简单轻松的任务，为了保证效率要求该检测方法要足够简单和快速。另外，分子标记辅助选择还受到建立标记和数量性状位点的精确性、高昂的成本与影响指数选择法的四个因素的影响。

2 遗传连锁图谱的构建与分子标记辅助选择育种的选择

分子标记辅助选择育种是一种将分子标记技术应用在植物研究，辅助选择育种的植物选择育种方法。这种方法的基本原理是在目标区域，利用與目标基因紧密连锁的分子标记对筛选已选择的个体，直接结果是判别目标基因的存在性并对目标基因进行间接选择，最终结果是减少个体中不需要的基因片段，改良育种的进程，进而可以大大提高育种的效率，是通过分析目标基因紧密连锁的分子标记的基因型来判别的。由于育种程序会因为育种目的和育种材料的不同而存在差异，所以用分子标记技术来辅助选择育种的方法也有很大的不同。然而，无论何种方法，都必须构建完整的分子标记连锁图谱，即遗传连锁图谱。关于遗传连锁图谱的构建和分子标记辅助选择育种方法的选择要点如下：

2.1 遗传连锁图谱的构建 饱和的连锁图是遗传研究的重要工具，它可以广泛使用在诸如定位数量性状、克隆基因以及等多种遗传研究中，是许多遗传学家和科研人员重点研究的对象之一。遗传连锁图谱的构建过程是通过估算位点之间的重组率来估测不同分子标记在染色体上的相对位置或者线性排列的过程。该过程包括选用合适的分子标记、选择用于建立作图群体的亲本组合、建立作图分离群体、测定作图并连锁分析标记基因型数据、构建标记连锁图这五个步骤，在遗传连锁图谱的构建过程中也应该注意亲本的选配、选择合适的分离群体类型、确定合适大小的群体、数据收集、单位点分离分析、检测位点间的连锁、重组频率和图距的估测和组建连锁群这8个方面。

2.2 分子标记辅助选择育种方法的选择

2.2.1 系谱法育种中的分子标记辅助选择育种 使用系谱法且当目标性状为质量性状时，对优良性状的选择应该从F2代开始，选择效果的优劣受分子标记与目标基因的重组频率以及它们两者之间的连鎖关系的影响。选择的可靠性和分子标记与目标基因的距离成正相关。选择效率的提高也受两个分子标记对性状的选择过程的影响。一旦选择了目标基因，不论其显隐性如何，在接下来的世代中目标性状就不会再分离。对基因中除了目标基因之外的其他部分的选择，就称为背景选择，它的覆盖范围较广，涉及到了整个基因组。

2.2.2 回交育种分子标记辅助选择育种 回交育种方法是一种较为传统的育种方法，这种方法要求在早期对含有目标基因的植株进行筛分，由于在早期便进行了选择，所以可以通过观测目标性状来确定后代是否含有目标基因而不需要通过反复测交来确定目标基因的存在性。这种方法大大减少了工作量，省时省力，改良了育种进程，改进了育种效果，提高了育种成功率。

2.2.3 全基因组选择 分子标记辅助选择育种方法除了有上述的系谱法和回交法，还有全基因组选择方法，顾名思义，全基因组选择方法要求分子标记要覆盖整个基因组，可想而知，这种方法代价高，费时费力，但也保证了结果的准确性和全面性，可以在整个全面的范围内选出没有争议的、具有最佳的基因组合的单个植株。

3 分子标记技术在糯高粱育种中的应用

3.1 抗病基因的分子标记辅助选择育种 糯高梁的发病条件受多种外在和内在因素的影响，将分子标记技术应用在抗病基因中具有重大的现实意义。人工接种抗性基因鉴定存在的种种局限，使科研专家意识到用分子标记技术来辅助抗病基因是可以一试的。用分子标记技术来辅助抗病基因的方法，不仅可以克服人工接种抗性基因鉴定的局限，而且可以在育种的早期进行选择，使得抗病育种的效率有所提高。用于基因定位的分子标记有很多种，如RELP、RAPD和AFLP等，不同的分子标记会根据其特点应用不同的领域。

3.2 抗虫基因的分子标记辅助选择育种 扩增片段经Taq DNA聚合酶I切后，纯合体产生750bp和160bp两条带，Nair曾筛选糯高梁瘿蚊病抗虫基因Gm2的两个RAPD标记F81700和F10600，并利用多重PCR在病感材料中扩出1.71kb片段，这个结果得到了验证。

3.3 分子标记辅助选择育种与抗性基因累积 通过分子标记辅助选择育种渐渗进优良的推广品种”扬麦158”中，获得了含有Pm2+Pm4a、Pm2+Pm21、Pm4a+Pm21的”扬麦158”近等基因系以及含有Pm8+Pm21的种质，这表明抗性基因的聚合提高了作物的抗性。

参考文献

[1]方宣钧，吴为人，唐纪良.作物DNA标记辅助育种[M].北京：科学出版社，2001.

[2]汤继凤，曹永生，黎裕.应用生物信息学技术对植物表达序列标签的大规模分析[J].生物技术通报，2003，6：32-41.

（责编：张宏民）