SSR標(biāo)記在玉米遺傳育種中的應(yīng)用與研究

石祥鵬 謝雨彤 吳曼妮 朱光楓

1 玉米概述

玉米是具有糧、經(jīng)、果、飼、能多元用途的中國重要作物之一，其種植面積和產(chǎn)量均居我國四大作物之首，其生產(chǎn)水平在農(nóng)業(yè)、工業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。然而由于來自國內(nèi)外4個(gè)種群（塘四平頭、旅大紅骨、瑞德和蘭卡斯特）少量優(yōu)異自交系的頻繁利用及其本身的自交衰退，我國育種面臨著種質(zhì)資源遺傳基礎(chǔ)狹窄、單產(chǎn)增長緩慢、抗病和抗逆能力下降等諸多瓶頸[1]，且玉米生產(chǎn)水平與發(fā)達(dá)國家相比差距明顯。針對(duì)當(dāng)前面臨的競(jìng)爭(zhēng)力弱、商業(yè)化育種進(jìn)程緩慢、優(yōu)良品種匱乏等問題，構(gòu)建商業(yè)化育種技術(shù)體系、引進(jìn)國外優(yōu)良種質(zhì)、明確種質(zhì)資源間的親緣關(guān)系、育強(qiáng)優(yōu)勢(shì)的自交系組合成為解決問題的突破點(diǎn)[1]。

傳統(tǒng)的育種方式多以表現(xiàn)型劃分自交系類群，將通過表型特征聚類結(jié)果與系譜圖相比較，發(fā)現(xiàn)二者間存在較大的誤差，因此，依據(jù)田間農(nóng)藝性狀結(jié)果的可靠性有待進(jìn)一步驗(yàn)證。隨著分子生物技術(shù)的快速發(fā)展，遺傳標(biāo)記形式在形態(tài)標(biāo)記、細(xì)胞標(biāo)記和生化標(biāo)記的基礎(chǔ)上衍生出分子標(biāo)記。

開發(fā)的基于DNA變異的分子標(biāo)記主要有RFLP、RAPD、SSR、AFLP等，其中簡單重復(fù)序列（Simple Sequence Repeats）簡稱SSR，是由幾個(gè)核苷酸構(gòu)成的DNA片段，其核心序列是由1～6bp串聯(lián)重復(fù)在組成，在真核生物的基因組中普遍存在且隨機(jī)分布。

SSR標(biāo)記具有以下特征：一是在作物基因組中均勻、隨機(jī)、廣泛分布；二是標(biāo)記本身無功能作用，重復(fù)序列的重復(fù)次數(shù)變化不影響生物正常發(fā)育，因此，相比于其他標(biāo)記而言更具有多態(tài)性；三是SSR標(biāo)記序列兩側(cè)的順序多較保守；四是呈孟德爾式遺傳，共顯性；五是分析鑒定僅需微量組織，對(duì)DNA質(zhì)量要求不高。因此，在玉米種質(zhì)資源遺傳多樣性分析中，SSR標(biāo)記被廣泛應(yīng)用。本文中筆者就SSR標(biāo)記在玉米遺傳育種的應(yīng)用進(jìn)行簡要論述。

2 遺傳多樣性

遺傳多樣性分析經(jīng)歷了從形態(tài)特征、親緣關(guān)系、生化指標(biāo)到分子標(biāo)記的演變過程。分子標(biāo)記的出現(xiàn)成為遺傳多樣性分析的重要工具，其中SSR標(biāo)記具有重復(fù)性高、多態(tài)性好、共顯性標(biāo)記等優(yōu)點(diǎn)。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于SSR標(biāo)記在玉米遺傳多樣性分析方面做了大量研究，并在前人的研究基礎(chǔ)上進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)和創(chuàng)新；劉志齋等[2]利用40個(gè)標(biāo)記對(duì)820份中國玉米重要自交系進(jìn)行遺傳多樣性與群體結(jié)構(gòu)分析，檢測(cè)到的等位變異為10～72個(gè)，平均36．87個(gè)/位點(diǎn)，基因多樣新為0．46～0．945 8，平均 0．843 0，PIC 為 0．43 ～ 0．94，平均 0．83，聚類表明，K=5時(shí)可以劃分為5個(gè)類群，依次為蘭卡斯特、旅大紅骨、塘四平頭、瑞德與P群；王鳳格等[3]對(duì)中國328個(gè)玉米品種（組合）進(jìn)行SSR標(biāo)記遺傳多樣性分析，對(duì)具有廣泛來源的玉米種質(zhì)資源進(jìn)行遺傳多樣性和群體結(jié)構(gòu)分析，并探討其在改良過程中的類群屬性變化。此外，對(duì)不同區(qū)試組、不同用途、不同類群等多角度分析、探討，共檢測(cè)到40對(duì)SSR引物等位基因變異范圍為3～16個(gè)，平均8．10個(gè)，多態(tài)信息指數(shù)(PIC)值變化范圍為0．18～0．85，平均為0．63。參試品種不同年份間遺傳多樣性變化不大，PIC值在0．60左右擺動(dòng)，8個(gè)區(qū)試組品種的總等位基因和總基因型變異范圍為170～262和200～511，張微微等[4]利用篩選出的40對(duì)SSR引物對(duì)213份鮮食玉米的親緣關(guān)系進(jìn)行評(píng)價(jià)，共擴(kuò)增出169個(gè)等位基因，變幅為2～9，PIC 范圍為 0．72 ～ 0．92，平均值 0．82。

上述研究表明，利用SSR分子標(biāo)記明確種質(zhì)資源的遺傳多樣性和群體結(jié)構(gòu)特征，在育種選材及種質(zhì)資源創(chuàng)新過程中發(fā)揮重要作用。

3 指紋圖譜的構(gòu)建

玉米種質(zhì)資源的純度、真實(shí)性和差異性檢驗(yàn)對(duì)玉米新品種及知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)具有重要意義，面對(duì)當(dāng)前玉米種質(zhì)資源品種數(shù)量激增而遺傳基礎(chǔ)日趨狹窄的情況，傳統(tǒng)的形態(tài)指標(biāo)、同工酶和蛋白質(zhì)技術(shù)鑒定周期長、多態(tài)性、穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)愈發(fā)凸顯，顯然已難以滿足鑒定效率、精確度等方面的要求，而利用SSR標(biāo)記特有的優(yōu)點(diǎn)并將其廣泛應(yīng)用于DNA指紋圖譜構(gòu)建，能快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行種質(zhì)資源純度鑒定。

王鳳格等[5]利用40對(duì)SSR核心引物構(gòu)建3 998份玉米審定品種的SSR指紋庫，形成了構(gòu)建作物品種SSR指紋庫的標(biāo)準(zhǔn)化程序；邸仕忠等利用篩選出的10對(duì)引物作為核心引物，初步構(gòu)建了重慶市66個(gè)玉米自交系的指紋圖譜；蓋樹鵬[6]等利用74對(duì)SSR引物對(duì)35份骨干自交系和19份主栽品種進(jìn)行SSR分析，將擴(kuò)增條帶數(shù)字化，構(gòu)建了自交系和雜交種的指紋圖譜。

4 SSR標(biāo)記與關(guān)聯(lián)性分析

基于SSR標(biāo)記的關(guān)聯(lián)分析在不同作物中都有大量應(yīng)用，并且關(guān)聯(lián)分析在探究標(biāo)記與性狀的關(guān)聯(lián)性、發(fā)掘功能位點(diǎn)的研究中有重要作用。與傳統(tǒng)的連鎖分析相比，關(guān)聯(lián)分析具有無需構(gòu)建群體耗時(shí)少、檢測(cè)范圍廣、精度高、取材廣度大等優(yōu)點(diǎn)，在玉米的關(guān)聯(lián)分析中SSR標(biāo)記應(yīng)用較多，并取得一定的研究成果。

張丹等[7]用91對(duì)SSR標(biāo)記對(duì)53份糯玉米自交系和30份單交種進(jìn)行基因組掃描及關(guān)聯(lián)分析。結(jié)果共發(fā)現(xiàn)26個(gè)SSR標(biāo)記與籽粒淀粉黏度性狀相關(guān)聯(lián)，其中有11個(gè)SSR標(biāo)記同時(shí)與2個(gè)或2個(gè)以上性狀相關(guān)聯(lián)，可能與這些性狀高度正相關(guān)或一因多效有關(guān)。曹士亮等[8]選取玉米染色體上的2．09、3．04、3．053個(gè)區(qū)段的55個(gè)SSR標(biāo)記對(duì)16份抗感玉米絲黑穗病的玉米自交系基因組進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，初步確定與玉米絲黑穗病相關(guān)程度達(dá)顯著以上的標(biāo)記14個(gè)，占多態(tài)性標(biāo)記的35%。其中，標(biāo)記umc2077和umc1525與玉米絲黑穗抗性相關(guān)呈極顯著水平。李偉忠等[9]利用64對(duì)核心SSR標(biāo)記對(duì)257份玉米自交系構(gòu)成的群體進(jìn)行基因分型，對(duì)9個(gè)性狀的表型數(shù)據(jù)與標(biāo)記進(jìn)行回歸分析，確定標(biāo)記對(duì)表型的解釋率，共鑒定出26個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)與9個(gè)性狀相關(guān)聯(lián)，8個(gè)位點(diǎn)的變異分別與株高、穗位、生育期、穗長、穗行數(shù)和蛋白質(zhì)含量等6個(gè)表型性狀極顯著相關(guān)(P＜0．01)，其他18個(gè)標(biāo)記與9個(gè)性狀顯著相關(guān)(P＜0．05)。

5 展望

SSR標(biāo)記在玉米育種領(lǐng)域主要應(yīng)用于遺傳多樣性分析、構(gòu)建DNA指紋圖譜、聚類劃分優(yōu)勢(shì)群體、鑒定品種純度等，且該應(yīng)用技術(shù)探索已趨于完善、成熟；應(yīng)立足研究現(xiàn)狀，SSR標(biāo)記若與形狀關(guān)聯(lián)性分析相結(jié)合，可充分發(fā)掘功能位點(diǎn)，進(jìn)而使SSR標(biāo)記的價(jià)值得到進(jìn)一步利用，從而提高玉米育種效率。