SSR标记在玉米遗传育种中的应用与研究

石祥鹏 谢雨彤 吴曼妮 朱光枫

1 玉米概述

玉米是具有粮、经、果、饲、能多元用途的中国重要作物之一，其种植面积和产量均居我国四大作物之首，其生产水平在农业、工业的发展中发挥着重要作用。然而由于来自国内外4个种群（塘四平头、旅大红骨、瑞德和兰卡斯特）少量优异自交系的频繁利用及其本身的自交衰退，我国育种面临着种质资源遗传基础狭窄、单产增长缓慢、抗病和抗逆能力下降等诸多瓶颈[1]，且玉米生产水平与发达国家相比差距明显。针对当前面临的竞争力弱、商业化育种进程缓慢、优良品种匮乏等问题，构建商业化育种技术体系、引进国外优良种质、明确种质资源间的亲缘关系、育强优势的自交系组合成为解决问题的突破点[1]。

传统的育种方式多以表现型划分自交系类群，将通过表型特征聚类结果与系谱图相比较，发现二者间存在较大的误差，因此，依据田间农艺性状结果的可靠性有待进一步验证。随着分子生物技术的快速发展，遗传标记形式在形态标记、细胞标记和生化标记的基础上衍生出分子标记。

开发的基于DNA变异的分子标记主要有RFLP、RAPD、SSR、AFLP等，其中简单重复序列（Simple Sequence Repeats）简称SSR，是由几个核苷酸构成的DNA片段，其核心序列是由1～6bp串联重复在组成，在真核生物的基因组中普遍存在且随机分布。

SSR标记具有以下特征：一是在作物基因组中均匀、随机、广泛分布；二是标记本身无功能作用，重复序列的重复次数变化不影响生物正常发育，因此，相比于其他标记而言更具有多态性；三是SSR标记序列两侧的顺序多较保守；四是呈孟德尔式遗传，共显性；五是分析鉴定仅需微量组织，对DNA质量要求不高。因此，在玉米种质资源遗传多样性分析中，SSR标记被广泛应用。本文中笔者就SSR标记在玉米遗传育种的应用进行简要论述。

2 遗传多样性

遗传多样性分析经历了从形态特征、亲缘关系、生化指标到分子标记的演变过程。分子标记的出现成为遗传多样性分析的重要工具，其中SSR标记具有重复性高、多态性好、共显性标记等优点。

近年来，国内外学者对于SSR标记在玉米遗传多样性分析方面做了大量研究，并在前人的研究基础上进行了相应的改进和创新；刘志斋等[2]利用40个标记对820份中国玉米重要自交系进行遗传多样性与群体结构分析，检测到的等位变异为10～72个，平均36．87个/位点，基因多样新为0．46～0．945 8，平均 0．843 0，PIC 为 0．43 ～ 0．94，平均 0．83，聚类表明，K=5时可以划分为5个类群，依次为兰卡斯特、旅大红骨、塘四平头、瑞德与P群；王凤格等[3]对中国328个玉米品种（组合）进行SSR标记遗传多样性分析，对具有广泛来源的玉米种质资源进行遗传多样性和群体结构分析，并探讨其在改良过程中的类群属性变化。此外，对不同区试组、不同用途、不同类群等多角度分析、探讨，共检测到40对SSR引物等位基因变异范围为3～16个，平均8．10个，多态信息指数(PIC)值变化范围为0．18～0．85，平均为0．63。参试品种不同年份间遗传多样性变化不大，PIC值在0．60左右摆动，8个区试组品种的总等位基因和总基因型变异范围为170～262和200～511，张微微等[4]利用筛选出的40对SSR引物对213份鲜食玉米的亲缘关系进行评价，共扩增出169个等位基因，变幅为2～9，PIC 范围为 0．72 ～ 0．92，平均值 0．82。

上述研究表明，利用SSR分子标记明确种质资源的遗传多样性和群体结构特征，在育种选材及种质资源创新过程中发挥重要作用。

3 指纹图谱的构建

玉米种质资源的纯度、真实性和差异性检验对玉米新品种及知识产权的保护具有重要意义，面对当前玉米种质资源品种数量激增而遗传基础日趋狭窄的情况，传统的形态指标、同工酶和蛋白质技术鉴定周期长、多态性、稳定性差的缺点愈发凸显，显然已难以满足鉴定效率、精确度等方面的要求，而利用SSR标记特有的优点并将其广泛应用于DNA指纹图谱构建，能快速、准确地进行种质资源纯度鉴定。

王凤格等[5]利用40对SSR核心引物构建3 998份玉米审定品种的SSR指纹库，形成了构建作物品种SSR指纹库的标准化程序；邸仕忠等利用筛选出的10对引物作为核心引物，初步构建了重庆市66个玉米自交系的指纹图谱；盖树鹏[6]等利用74对SSR引物对35份骨干自交系和19份主栽品种进行SSR分析，将扩增条带数字化，构建了自交系和杂交种的指纹图谱。

4 SSR标记与关联性分析

基于SSR标记的关联分析在不同作物中都有大量应用，并且关联分析在探究标记与性状的关联性、发掘功能位点的研究中有重要作用。与传统的连锁分析相比，关联分析具有无需构建群体耗时少、检测范围广、精度高、取材广度大等优点，在玉米的关联分析中SSR标记应用较多，并取得一定的研究成果。

张丹等[7]用91对SSR标记对53份糯玉米自交系和30份单交种进行基因组扫描及关联分析。结果共发现26个SSR标记与籽粒淀粉黏度性状相关联，其中有11个SSR标记同时与2个或2个以上性状相关联，可能与这些性状高度正相关或一因多效有关。曹士亮等[8]选取玉米染色体上的2．09、3．04、3．053个区段的55个SSR标记对16份抗感玉米丝黑穗病的玉米自交系基因组进行关联分析，初步确定与玉米丝黑穗病相关程度达显著以上的标记14个，占多态性标记的35%。其中，标记umc2077和umc1525与玉米丝黑穗抗性相关呈极显著水平。李伟忠等[9]利用64对核心SSR标记对257份玉米自交系构成的群体进行基因分型，对9个性状的表型数据与标记进行回归分析，确定标记对表型的解释率，共鉴定出26个标记位点与9个性状相关联，8个位点的变异分别与株高、穗位、生育期、穗长、穗行数和蛋白质含量等6个表型性状极显著相关(P＜0．01)，其他18个标记与9个性状显著相关(P＜0．05)。

5 展望

SSR标记在玉米育种领域主要应用于遗传多样性分析、构建DNA指纹图谱、聚类划分优势群体、鉴定品种纯度等，且该应用技术探索已趋于完善、成熟；应立足研究现状，SSR标记若与形状关联性分析相结合，可充分发掘功能位点，进而使SSR标记的价值得到进一步利用，从而提高玉米育种效率。