淺析分子標(biāo)記在水稻遺傳育種中的應(yīng)用

摘要：介紹了幾種DNA分子標(biāo)記技術(shù)的原理、特點(diǎn)，并對(duì)分子標(biāo)記在水稻遺傳圖譜的構(gòu)建和基因定位及其在作物遺傳育種研究中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，并對(duì)其進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：水稻；分子標(biāo)記；育種

中圖分類號(hào) S511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2013）17-13-03

在水稻育種工作中，傳統(tǒng)的育種方法通過品種或品系間的雜交，從后代中通過表型觀察選擇理想的重組基因型，耗時(shí)費(fèi)力，而且選擇難度大。近年來隨著分子生物學(xué)的發(fā)展和完善，不同類型的分子標(biāo)記相繼被開發(fā)出來并應(yīng)用到育種實(shí)踐當(dāng)中，取得了豐碩的成果，分子標(biāo)記輔助選擇（Marker Assisted Selection，MAS）也成為了水稻育種家們的研究熱點(diǎn)之一。

分子標(biāo)記是遺傳標(biāo)記的一種，分子標(biāo)記輔助選擇原理是運(yùn)用與目的基因緊密連鎖或共分離的分子標(biāo)記，對(duì)目的基因進(jìn)行直接篩選，避免環(huán)境條件的影響，保證了選擇的準(zhǔn)確性。同時(shí)縮短了育種年限，加速了育種進(jìn)程。

1 常用的分子標(biāo)記

分子標(biāo)記按技術(shù)特性主要分為4類：以分子雜交為基礎(chǔ)的DNA標(biāo)記技術(shù)，如限制性片段長度多態(tài)性標(biāo)記（Restriction Fragment Length Polymorphisms，RFLP）；以PCR為基礎(chǔ)的DNA標(biāo)記技術(shù)，如微衛(wèi)星標(biāo)記（Simple Sequence Repeat，SSR）；以PCR為基礎(chǔ)結(jié)合限制性酶切的DNA標(biāo)記技術(shù)，如擴(kuò)增片段長度多態(tài)性標(biāo)記（Amplified Fragment Length Polymorphism，AFLP）；以單核苷酸多態(tài)性為基礎(chǔ)DNA標(biāo)記技術(shù)，如單核苷酸多態(tài)性標(biāo)記（Single Nucleotide Polymorphism，SNP）。

水稻分子輔助育種中常用的標(biāo)記主要有RFLP標(biāo)記、SSR標(biāo)記、AFLP標(biāo)記、RAPD標(biāo)記、ISSR標(biāo)記和STS標(biāo)記。分子標(biāo)記眾多，每種標(biāo)記技術(shù)都有各自的技術(shù)特點(diǎn)，因此針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)條件，合理選用相應(yīng)的標(biāo)記技術(shù)，可以做到取長補(bǔ)短，順利完成實(shí)驗(yàn)。表1是幾種標(biāo)記技術(shù)的特點(diǎn)。

2 分子標(biāo)記在水稻遺傳連鎖圖構(gòu)建及基因定位中的應(yīng)用

2.1 分子標(biāo)記在水稻遺傳連鎖圖構(gòu)建中的應(yīng)用 水稻全基因組長度只有430Mb，是禾谷科作物中最小的一個(gè)。同時(shí)它與其它禾谷科作物具有共線性，因此被遺傳學(xué)及基因組學(xué)作為模式作物研究。1988年McCouch等[1]以秈稻IR34583及爪哇稻Bulu Dalam的F2代材料為作圖群體，通過135個(gè)RFLP標(biāo)記構(gòu)建了第一張水稻分子連鎖圖譜。日本水稻基因組計(jì)劃項(xiàng)目（RGP）以秈粳亞種F2為構(gòu)圖群體，構(gòu)建了一張長為1 521cM，包含了2 275個(gè)分子標(biāo)記的遺傳連鎖圖，每2個(gè)標(biāo)記間平均距離僅為190kb左右[2]。之后，該項(xiàng)目又加密了近1 000個(gè)標(biāo)記，使總標(biāo)記數(shù)達(dá)到3 267個(gè)。另外，國際水稻基因組測(cè)序計(jì)劃（IRGSP）以kasalath、Nipponbare、Azucena.和IR64等水稻品種為材料，相繼構(gòu)建了10張飽和的遺傳連鎖圖[3]。

2.2 分子標(biāo)記在水稻基因定位中的應(yīng)用 在遺傳連鎖圖構(gòu)建的基礎(chǔ)上，通過標(biāo)記加密及表型鑒定，可以進(jìn)一步進(jìn)行基因定位，從而獲取目的基因，為進(jìn)一步的基因克隆以及育種上的應(yīng)用奠定重要的基礎(chǔ)。Sharma等[4]通過標(biāo)記TRS26和TRS33將抗稻瘟病基因Pi-Kh定位到第11號(hào)染色體上，與兩標(biāo)記距離分別為0.7cM和0.5cM。陳大洲等[5]通過分子標(biāo)記RM280、RM337，將東鄉(xiāng)野生稻苗期耐冷性基因定位于第4、第8染色體上。蘇昌潮等[6]運(yùn)用標(biāo)記RM463和RM5341將抗褐飛虱基因Bph9定位在第12號(hào)染色體上，與兩標(biāo)記距離分別為6.8cM和9.7cM。李金華等[7]通過SSR標(biāo)記GR01和RM223將fgr基因定位在第8號(hào)染色體上，與兩標(biāo)記的遺傳距離分別為3.3cM和5.7cM。

3 分子標(biāo)記在水稻育種中的應(yīng)用

3.1 在水稻質(zhì)量性狀改良中的應(yīng)用

3.1.1 分子標(biāo)記在基因聚合中的應(yīng)用 基因聚合是指將多個(gè)有利基因通過選育途徑聚合到一個(gè)品種中。倪大虎等[8]將抗白葉枯病基因Xa21和抗稻瘟病基因Pi29（t）聚合到一起，育成4個(gè)含雙抗基因的株系；鄧其名等[9]通過回交、MAS，將Xa21和Xa4兩個(gè)抗白葉枯病基因成功導(dǎo)入到感病的雜交稻恢復(fù)系綿恢725中；何光明等[10]通過分子標(biāo)記輔助選擇結(jié)合回交轉(zhuǎn)育，首次成功進(jìn)行了抗衰老IPT基因、抗白葉枯病基因Xa23和抗稻瘟病基因Pi26的聚合。

3.1.2 分子標(biāo)記在基因滲入中的應(yīng)用 基因滲入是指通過回交將供體材料中的有用基因滲入（轉(zhuǎn)移）到受體親本的遺傳背景中，從而達(dá)到改良其個(gè)別性狀的目的。王春明等[11]利用抗葉蟬基因Grh2的CAPS標(biāo)記，選出聚合抗葉蟬基因的重要水稻中間材料；劉巧泉等[12]通過MAS、回交轉(zhuǎn)育等手段，將來自中等直鏈淀粉含量優(yōu)質(zhì)秈稻的Wx基因?qū)攵i稻常規(guī)品種特青中，選育得到了仍保持原有親本主要農(nóng)藝性狀的3個(gè)優(yōu)質(zhì)品系。陽海寧等[13]通過回交與分子標(biāo)記輔助選擇相結(jié)合的方法將抗稻白葉枯病基因Xa23導(dǎo)入主栽雜交水稻品種的保持系先B、天B、盟B、龍?zhí)馗和桂B(yǎng)中，獲得了穩(wěn)定的單抗性基因?qū)胂? 436份。

3.2 在水稻數(shù)量性狀改良中的應(yīng)用 作物改良中大部分的性狀都是數(shù)量性狀，由多基因控制，基因都是微效基因。這些基因間沒有顯隱之分，而且表型受環(huán)境影響較大。傳統(tǒng)的育種方法對(duì)這些性狀的改良難度很大，效果也不甚理想。分子標(biāo)記輔助選擇（MAS）為這些數(shù)量性狀的改良提供了更為高效的方法。Tanksley等[14]利用分子標(biāo)記輔助選擇實(shí)現(xiàn)了將多個(gè)多QTL從野生近緣種向優(yōu)良的栽培稻品種的轉(zhuǎn)移。Loanndoua等[15]將抗水稻黃斑病毒的主效QTL轉(zhuǎn)到改良品種IR64中，創(chuàng)建近等基因系，接種后的抗病性明顯提高。

4 展望

分子標(biāo)記技術(shù)從應(yīng)用于作物育種至今，在短短的幾十年間發(fā)揮了巨大的作用，成為作物育種中不可替代的重要途徑之一。水稻遺傳連鎖圖的構(gòu)建，控制水稻不同性狀的重要基因的定位和克隆，分子標(biāo)記輔助選擇等等，分子標(biāo)記技術(shù)在水稻育種展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。與常規(guī)育種相比，標(biāo)記輔助選擇育種打破了環(huán)境的影響，克服了傳統(tǒng)育種中抗性“易喪失”的特點(diǎn)。同時(shí)，其選擇效率高，育種進(jìn)程短，結(jié)果鑒定方便。但同樣存在些問題，如分子標(biāo)記與基因的位點(diǎn)不緊密，標(biāo)記選擇過程中可能出現(xiàn)一定的假陽性，育種中許多與控制重要農(nóng)藝性狀的目的基因緊密連鎖的分子標(biāo)記還沒有找到和定位等。隨著分子標(biāo)記技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，快捷、簡單、穩(wěn)定性好、成本低、更易于自動(dòng)化的分子標(biāo)記必將在作物遺傳育種的研究中發(fā)揮越來越重要的作用，并將極大地推動(dòng)作物育種的進(jìn)程。

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（責(zé)編：徐世紅）