SSR分子標(biāo)記在玉米育種中的研究進(jìn)展

趙興華　王長(zhǎng)彪　董艷輝

摘要 簡(jiǎn)要介紹了SSR分子標(biāo)記的原理及特點(diǎn)，綜述了近年來(lái)SSR分子標(biāo)記在玉米遺傳多樣性分析、雜種優(yōu)勢(shì)群的劃分、品種純度及真?zhèn)舞b定、遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建及基因定位、單倍體育種、分子標(biāo)記輔助選擇育種中的研究進(jìn)展及應(yīng)用前景，以期為SSR分子標(biāo)記技術(shù)在作物育種中的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞 SSR；分子標(biāo)記；玉米；遺傳育種

中圖分類(lèi)號(hào) S513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）07-0015-02

Abstract The principle and characteristics of SSR molecular marker were simply introduced，the research advances and application prospect of SSR molecular marker in maize breeding were summarized in past years，such as the analysis of genetic diversity，division of heterosis groups，the detection of the hybred purity and its authenticity，construction of genetic spectrum and gene locating，haploid breeding and selection breeding assisted by molecular markers，in order to provide reference for the application of SSR molecular markers in crop breeding.

Key words SSR；molecular markers；maize；genetic breeding

在傳統(tǒng)的培育玉米的過(guò)程中，選擇的依據(jù)常為表型的性狀，由于受環(huán)境等多方面的影響，該依據(jù)效率不高，有很多缺點(diǎn)。最佳的方法應(yīng)該是對(duì)決定目的性狀的基因型直接進(jìn)行有目的地選擇，可以大大提高育種的效率，分子標(biāo)記技術(shù)為實(shí)現(xiàn)對(duì)基因型的直接選擇提供了可能。

SSR分子標(biāo)記主要用于遺傳多樣性分析、雜種優(yōu)勢(shì)群的劃分、品種（雜種）純度及真?zhèn)舞b定、遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建及基因定位、單倍體育種、分子標(biāo)記輔助選擇育種等方面。

1 SSR分子標(biāo)記的原理及特點(diǎn)

SSR序列即為簡(jiǎn)單重復(fù)序列，也稱(chēng)微衛(wèi)星DNA，其核心的序列由1～6 bp串聯(lián)重復(fù)在一起，在農(nóng)作物中最常見(jiàn)的二核苷酸重復(fù)單位是（AC）n和（GA）n，每個(gè)SSR序列的核心序列具有相同的結(jié)構(gòu)，一般重復(fù)單位為10～60個(gè)，其不同數(shù)目的重復(fù)單位串聯(lián)在一起，是形成高度多態(tài)性的主要原因。SSR標(biāo)記的基本原理：在進(jìn)行引物的設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合位于微衛(wèi)星序列兩端的互補(bǔ)序列進(jìn)行，采用PCR反應(yīng)技術(shù)，對(duì)微衛(wèi)星片段進(jìn)行擴(kuò)增，由于核心序列具有不同的串聯(lián)重復(fù)數(shù)目，因此使用PCR可以將長(zhǎng)度各不相同的PCR產(chǎn)物擴(kuò)增出來(lái)，然后進(jìn)行凝膠電泳，以對(duì)核心序列的長(zhǎng)度多態(tài)性進(jìn)行分析。

與其他分子標(biāo)記相比，SSR分子標(biāo)記的優(yōu)點(diǎn)包括[1-3]：等位基因數(shù)量多；所需DNA數(shù)量及質(zhì)量要求不高；覆蓋整個(gè)基因組、數(shù)量豐富；遺傳呈現(xiàn)共顯性，不易被自然選擇和人工選擇所淘汰；多態(tài)性高、試驗(yàn)程序簡(jiǎn)單、安全高效、結(jié)果重復(fù)性好；缺點(diǎn)是在采用SSR技術(shù)對(duì)微衛(wèi)星DNA多態(tài)性進(jìn)行分析時(shí)，必須要對(duì)重復(fù)序列兩端DNA序列的信息進(jìn)行了解。如在DNA數(shù)據(jù)庫(kù)中不能直接地查到，則應(yīng)該先進(jìn)行測(cè)序。

2 SSR分子標(biāo)記在玉米育種中的研究進(jìn)展

2.1 遺傳多樣性分析

能夠以群體中某一位點(diǎn)等位基因數(shù)、每個(gè)位點(diǎn)的平均等位基因數(shù)、多態(tài)信息量等揭示其變異規(guī)律，評(píng)價(jià)種質(zhì)的遺傳多樣性，成為分析玉米遺傳多樣性的主要手段。Smith等[4]開(kāi)展了玉米遺傳多樣性的研究，選擇了131對(duì)SSR引物，它們來(lái)自不同的種質(zhì)類(lèi)群，其聚類(lèi)結(jié)果與已知的系譜分析基本吻合。劉志齋等[5]利用覆蓋玉米全基因組的40個(gè)核心SSR標(biāo)記對(duì)820份代表中國(guó)玉米育種資源種質(zhì)基礎(chǔ)的自交系進(jìn)行全基因組掃描，揭示其遺傳多樣性與群體結(jié)構(gòu)。聚類(lèi)分析將這些自交系劃分成5個(gè)類(lèi)群，蘊(yùn)含了比較豐富的遺傳變異。朱 英等[6]利用SSR標(biāo)記對(duì)21份貴州玉米優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源進(jìn)行遺傳多樣性分析，多態(tài)性豐富的20對(duì)SSR 引物共檢測(cè)出97個(gè)基因變異，每對(duì)引物檢測(cè)到等位基因2～11個(gè)，平均4.85個(gè)，多態(tài)性信息量（PIC）介于0.19～0.78，平均為0.53。UPGMA聚類(lèi)分析表明，供試材料間遺傳距離變幅為0.22～0.63，平均為0.43。王鳳格等[7]利用均勻分布于玉米基因組的40對(duì)核心SSR 引物對(duì)中國(guó)328個(gè)代表性育成品種進(jìn)行遺傳多樣性分析，結(jié)果表明近年來(lái)育成品種遺傳多樣性指數(shù)在不同年份間變化不大。

2.2 親緣關(guān)系與雜種優(yōu)勢(shì)群的劃分

種質(zhì)親緣關(guān)系是玉米育種方面研究的重要內(nèi)容，是劃分雜種優(yōu)勢(shì)群的主要依據(jù)。利用SSR分子標(biāo)記，可以對(duì)雜種優(yōu)勢(shì)群進(jìn)行劃分，為建立雜種優(yōu)勢(shì)模型與預(yù)測(cè)雜種優(yōu)勢(shì)提供理論依據(jù)。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用該技術(shù)在這方面開(kāi)展了廣泛的研究。Marilyn等[8]選擇了53對(duì)SSR引物進(jìn)行了雜種優(yōu)勢(shì)種群的劃分研究，這些引物具有豐富的多態(tài)性，結(jié)果與已有的雜種優(yōu)勢(shì)群關(guān)系吻合。劉 俊等[9]從80對(duì)SSR 引物中篩選出26對(duì)擴(kuò)增帶型穩(wěn)定性較高的引物，對(duì)70份國(guó)內(nèi)外收集引進(jìn)的玉米自交系和6個(gè)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)驗(yàn)種進(jìn)行遺傳多樣性分析。結(jié)果表明70份玉米自交系劃分為PA、Lancaster、旅大紅骨、四平頭、PB、BSSS等6個(gè)雜種優(yōu)勢(shì)類(lèi)群。周聯(lián)東等[10]利用42對(duì)SSR引物對(duì)國(guó)外引進(jìn)的48份高直鏈淀粉玉米種質(zhì)進(jìn)行雜種優(yōu)勢(shì)類(lèi)群的劃分，共檢測(cè)出211個(gè)等位基因變異，每對(duì)引物等位基因2～9個(gè)，平均5.02個(gè)，多態(tài)性信息量（PIC）變化為0.21～0.86，平均為0.55，將48份材料分為6大類(lèi)群。李 銳等[11]利用SSR技術(shù)分析了山西省審定玉米品種親本自交系的遺傳多樣性及雜優(yōu)類(lèi)群，共檢測(cè)出67個(gè)稀有等位基因和21個(gè)特有等位基因，聚類(lèi)分析將83份自交系劃分為6個(gè)類(lèi)群，確定了山西省玉米審定品種的雜優(yōu)模式有15種。通過(guò)對(duì)玉米雜交優(yōu)勢(shì)群的劃分，可以更加有效地選配雜交親本，提高雜交種選育效率。

2.3 DNA指紋庫(kù)的建立、品種純度及真?zhèn)舞b定

每個(gè)品種的獨(dú)特指紋片段即構(gòu)成該物種的DNA指紋庫(kù)，通過(guò)檢測(cè)品種的指紋片段可以有效的鑒定品種純度與真?zhèn)?。目前，以SSR分子標(biāo)記為基礎(chǔ)建立的DNA指紋圖譜技術(shù)在品種鑒定和純度分析中已得到廣泛利用。王鳳格等[12]的研究，對(duì)SSR技術(shù)在實(shí)際的玉米雜交種的鑒定中的應(yīng)用進(jìn)行了研討，具有簡(jiǎn)單快捷、結(jié)果穩(wěn)定可靠、檢測(cè)時(shí)間和成本大大降低等特點(diǎn)。邸仕忠等[13]經(jīng)過(guò)研究，初步構(gòu)建了重慶市66個(gè)玉米自交系的指紋圖譜。蘭琴英等[14]經(jīng)過(guò)研究，篩選出15對(duì)適用于該品種真實(shí)性和純度鑒定的引物，其中最佳引物phi053k2、bnlg161k8和umc1429y7鑒定金玉818種子的純度分別為92.5%、92.0%、93.5%。研究表明，SSR分子標(biāo)記是構(gòu)建玉米DNA指紋庫(kù)、品種純度及真?zhèn)舞b定的一個(gè)有效手段。

2.4 遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建及基因定位

近年來(lái)，分子標(biāo)記技術(shù)發(fā)展速度加快，以SSR標(biāo)記為主的遺傳圖譜的構(gòu)建獲得了較大發(fā)展，使遺傳圖譜的分辨率飽和度不斷提高。

在玉米圖譜構(gòu)建方面，自1993年Senior等利用SSR分子標(biāo)記構(gòu)建玉米基因組連鎖圖譜以來(lái)，國(guó)內(nèi)外玉米科研工作者利用該技術(shù)，在短時(shí)間內(nèi)構(gòu)建了接近飽和的玉米基因組連鎖圖。1996年Senior等[15]在玉米Genebank中進(jìn)行搜索，查到含有SSR片段的DNA克隆片段序列為76個(gè)，經(jīng)過(guò)一定的擴(kuò)增分析后，42個(gè)特定擴(kuò)增片段表現(xiàn)出長(zhǎng)度多態(tài)性的特點(diǎn)，并被定位在染色體上。Song等[16]通過(guò)研究，對(duì)高油玉米遺傳圖譜進(jìn)行了構(gòu)建，總長(zhǎng)度為1 759.1 cM，其中含有的SSR標(biāo)記位點(diǎn)為151個(gè)。在國(guó)內(nèi)，劉小紅等[17]以黃早四和Mo17為親本，利用370對(duì)SSR引物對(duì)239份重組自交系的F9代分離群體進(jìn)行篩選，檢測(cè)到的多態(tài)性標(biāo)記位點(diǎn)數(shù)量為126個(gè)。魏海忠等[18]利用玉米自交系80007和80044為親本，衍生出355個(gè)家系的RILF9群體，利用SSR標(biāo)記構(gòu)建包括219個(gè)標(biāo)記的連鎖圖譜，基因組總長(zhǎng)度2 133.5 cM，標(biāo)記間平均距離9.7cM。并對(duì)控制玉米4個(gè)生育期相關(guān)性狀進(jìn)行QTL分析，共檢測(cè)到60個(gè)QTL，其中有7個(gè)QTL對(duì)表型變異的解釋率超過(guò)了10%，表現(xiàn)為主效QTL效應(yīng)，分布在第3、4和第9條染色體上。

2.5 單倍體育種的應(yīng)用

單倍體育種技術(shù)是選育玉米自交系最快、最簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)和直接的方法[19]。通過(guò)單倍體加倍獲得雙單倍體（DH系），是快速獲得優(yōu)良種質(zhì)資源的途徑之一。運(yùn)用SSR分子標(biāo)記技術(shù)鑒定玉米DH系，可大大降低成本、提高準(zhǔn)確性。湯飛宇等[20]利用SSR標(biāo)記結(jié)合大田農(nóng)藝性狀觀察對(duì)來(lái)源于玉米孤雌生殖的雙單倍體進(jìn)行鑒定，檢測(cè)結(jié)果證明2個(gè)株系均為自發(fā)加倍的雙單倍體。王鳳格等[21]采用36個(gè)SSR引物對(duì)418個(gè)DH系進(jìn)行分子鑒定，并與田間形態(tài)性狀調(diào)查結(jié)果對(duì)比。結(jié)果表明SSR分子標(biāo)記技術(shù)是鑒定DH 系材料是否完全純合的有效手段。

2.6 分子標(biāo)記輔助選擇

如果目標(biāo)與某個(gè)分子標(biāo)記緊密連鎖，那么在雜交后代群體中就可能通過(guò)分子標(biāo)記檢測(cè)，把含有目標(biāo)基因的個(gè)體選擇出來(lái)。提高育種效率，縮短育種年限，加速品種遺傳改良的進(jìn)程。

目前，分子標(biāo)記輔助選擇主要用于根據(jù)分子標(biāo)記獲得的信息進(jìn)行親本選擇、質(zhì)量性狀的輔助選擇及數(shù)量性狀的輔助選擇。宋 敏等[22]利用opaque-2（o2）基因內(nèi)的SSR分子標(biāo)記phi 057，對(duì)X178和CA335回交群體BC1F1和BC2F1進(jìn)行o2基因的前景選擇，發(fā)現(xiàn)可以在苗期對(duì)回交群體進(jìn)行o2基因的檢測(cè)和追蹤，可提高選擇的準(zhǔn)確性。王立秋等[23]以豫玉22的親本自交系87-1和綜3為受體親本，以衡白522為供體親本，采用回交等育種及分子標(biāo)記方法，分別構(gòu)建了以87-1和綜3為背景的銜接式玉米單片段導(dǎo)入系群體，并對(duì)其遺傳背景、導(dǎo)入片段大小、數(shù)目和覆蓋率等進(jìn)行了評(píng)價(jià)。余 輝等[24-25]選用自交系吉1037和1145作為絲黑穗病和莖腐病的抗源，通過(guò)回交轉(zhuǎn)育方法，結(jié)合分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)，選育出一批單抗絲黑穗病和單抗莖腐病的京24抗病改良材料。再經(jīng)過(guò)雜交、自交1代，結(jié)合MAS和抗性接種鑒定方法，實(shí)現(xiàn)了抗絲黑穗病和抗莖腐病主效QTL在京24基因組上的聚合。

3 展望

綜上所述，SSR分子標(biāo)記在指紋圖譜的繪制與品種鑒定、雜種優(yōu)勢(shì)群的劃分、遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建與基因定位、種質(zhì)資源遺傳多樣性分析、DH系鑒定和分子標(biāo)記輔助選擇等玉米育種方面發(fā)揮了重要的作用。隨著SSR分子標(biāo)記技術(shù)的日臻完善，同常規(guī)育種相結(jié)合，具有廣闊的應(yīng)用前景。如，與目標(biāo)農(nóng)藝性狀基因緊密連鎖經(jīng)濟(jì)高效的分子標(biāo)記開(kāi)發(fā)、種質(zhì)資源快捷高效評(píng)價(jià)、高飽和度連鎖圖譜構(gòu)建與高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)及抗逆性新基因的挖掘等。

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