分子標(biāo)記輔助選擇在玉米抗病和抗蟲育種上的應(yīng)用

金銳 張從合 朱全貴 蘇法

摘要 在我國(guó)，玉米的種植面積和產(chǎn)量均超過水稻和小麥，成為第一大糧食作物。同時(shí)，玉米也是食品、飼料、化工原料等重要原材料。因此，利用分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)（molecular marker-assisted selection，MAS）與常規(guī)育種相結(jié)合來獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆性強(qiáng)的玉米品種具有重要的意義。概述了常用的分子標(biāo)記技術(shù)以及MAS在玉米抗病和抗蟲育種中的應(yīng)用，同時(shí)分析了MAS的局限性，也展望了未來MAS的發(fā)展前景和優(yōu)勢(shì)，為我國(guó)種業(yè)企業(yè)服務(wù)或育種工作提供參考。

關(guān)鍵詞 玉米;分子標(biāo)記輔助選擇育種;抗病;抗蟲

中圖分類號(hào) S 435.13? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 0517-6611（2021）16-0010-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.16.004?? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Application of Molecular Marker Assisted Selection in Maize Disease Resistance and Insect Resistance Breeding

JIN Rui， ZHANG Cong-he， ZHU Quan-gui et al

（Winall Hi-tech Seed Co.，Ltd.，Key Laboratory of New Maize Variety Creation，Ministry of Agriculture，Hefei，Anhui 230088）

Abstract The planting area and output of corn both surpass that of rice and wheat and become the largest food crop. At the same time， corn is also an important raw material for food， feed and chemical raw materials. Therefore， it is of great significance to use molecular marker-assisted selection technology （MAS） in combination with conventional breeding to obtain high-yield， high-quality， and highly resistant corn varieties. This article outlined the commonly used molecular marker technology and the application of MAS in corn disease resistance and insect resistance breeding. At the same time， it clarified the limitations of MAS and looked forward to the future development prospects and advantages of MAS.

Key words Corn;Molecular marker-assisted selection breeding;Disease resistance;Insect resistance

在我國(guó)，玉米是種植面積和總產(chǎn)量最高的糧飼兼用型作物，并在工業(yè)、食品、醫(yī)藥等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。近年來，由全球氣候變化導(dǎo)致環(huán)境惡劣，世界范圍內(nèi)的玉米主產(chǎn)區(qū)病蟲害多發(fā)，再加上耕地面積有限，致使玉米產(chǎn)量受損，因而迫切需要抗逆性強(qiáng)、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的玉米新種質(zhì)。當(dāng)前我國(guó)玉米育種仍以常規(guī)育種為主，而常規(guī)育種存在育種周期長(zhǎng)、可供選擇的優(yōu)良種質(zhì)稀少、選擇效率低等問題，無法滿足育種要求。分子標(biāo)記輔助選擇（molecular marker-assisted selection，MAS）將分子標(biāo)記技術(shù)與傳統(tǒng)育種相結(jié)合，與常規(guī)育種相比具有高效、可靠、安全等優(yōu)點(diǎn)，可以在作物全生育期進(jìn)行選擇，極大地縮短了育種年限。隨著國(guó)內(nèi)外分子標(biāo)記技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，分子標(biāo)記輔助選擇在較難進(jìn)行表型鑒定的品種選育中和多個(gè)優(yōu)良性狀的聚合中發(fā)揮著越來越重要的作用。

1 DNA分子標(biāo)記的種類和特點(diǎn)

DNA分子標(biāo)記是分子水平上遺傳差異的直接表現(xiàn)。DNA分子標(biāo)記因檢測(cè)方式的差異性可分為四大類[1]。第一類是以 DNA- DNA分子雜交為核心的技術(shù)，不同的生物體DNA由特定限制性內(nèi)切酶切分為長(zhǎng)度不同的DNA分子片段，以片段的長(zhǎng)度作為衡量標(biāo)準(zhǔn)判斷差異。這類分子標(biāo)記具有穩(wěn)定性好、不受環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)。其代表性標(biāo)記是RFLP[2];第二類是基于PCR的分子標(biāo)記。這類分子標(biāo)記具有特異性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單方便和高效等優(yōu)點(diǎn)。按PCR標(biāo)記類型分為隨機(jī)引物（RAPD和ISSR）和特異引物（SSR、SCAR、STS），其中RAPD和SSR是應(yīng)用最為廣泛的分子標(biāo)記。第三類以限制性酶切和PCR技術(shù)相結(jié)合為基礎(chǔ)，主要包括AFLP;第四類以單核苷酸不同表現(xiàn)為基礎(chǔ)（SNPs）。目前，DNA芯片是該標(biāo)記的一種主要研究手段，且對(duì)其有更高的成本和技術(shù)要求。

1.1 SCAR分子標(biāo)記

SCAR分子標(biāo)記是由RAPD和RFLP技術(shù)孕育而生一種標(biāo)記手段。通過這2種技術(shù)分析后確定并復(fù)制目標(biāo)DNA的多態(tài)性片段，隨后對(duì)復(fù)制片段的兩端測(cè)序，根據(jù)測(cè)序結(jié)果設(shè)計(jì)含有原先 RAPD和 RFLP擴(kuò)增片段的引物，一般引物長(zhǎng)度為18～24 bp，這個(gè)引物應(yīng)含有原先 RAPD和 RFLP的擴(kuò)增片段，然后再進(jìn)行擴(kuò)增。由RAPD標(biāo)記轉(zhuǎn)化成SCAR標(biāo)記，該標(biāo)記呈顯性，表現(xiàn)為擴(kuò)增片段的有無。由RFLP轉(zhuǎn)化為SCAR標(biāo)記，該標(biāo)記呈共顯性，表現(xiàn)為片段大小多態(tài)性。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，一些AFLP和SSR標(biāo)記都已經(jīng)成功轉(zhuǎn)化為SCAR標(biāo)記。SCAR標(biāo)記的特點(diǎn)：①設(shè)計(jì)引物時(shí)，不用知道序列信息;②顯性遺傳，無法區(qū)分純合子和雜合子;③技術(shù)簡(jiǎn)便，更加可靠;④能夠快速地檢測(cè)多個(gè)個(gè)體，且成本低、穩(wěn)定性高、試驗(yàn)結(jié)果重現(xiàn)性好。SCAR標(biāo)記的以上優(yōu)點(diǎn)使其在雜種純度鑒定和MAS方面應(yīng)用較廣，尤其是在基因的精細(xì)定位和克隆方面發(fā)揮重要作用。

1.2 SSR分子標(biāo)記

SSR是基于PCR技術(shù)的第二代分子標(biāo)記，是目前使用最多的分子標(biāo)記技術(shù)，它一般是由幾個(gè)堿基對(duì)為重復(fù)單位組成的簡(jiǎn)單重復(fù)序列，生物體基因組各個(gè)位置都有其存在，最常見就是雙核苷酸的重復(fù)單位。因?yàn)楹塑账嵝蛄兄貜?fù)次數(shù)、重復(fù)片段和序列的不同而產(chǎn)生的多態(tài)性差異，且多態(tài)性易于檢測(cè)，所以具有廣泛的應(yīng)用前景。SSR有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①SSR標(biāo)記的數(shù)量非常多，分布于生物的全基因組;②SSR標(biāo)記是共顯性標(biāo)記;③操作簡(jiǎn)單方便，穩(wěn)定性和可信度高;④等位基因的位點(diǎn)較多。但SSR標(biāo)記開發(fā)必須要知道重復(fù)序列上、下游DNA的序列信息，但相比于其眾多優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)也顯得微乎其微。 隨著 SSR標(biāo)記技術(shù)的高密度遺傳連鎖圖的不斷完善及其被大規(guī)模的不斷開發(fā)，分子標(biāo)記輔助育種的可行性進(jìn)一步得到了提高，廣泛應(yīng)用于 QTL精細(xì)定位[3]。

1.3 SNP標(biāo)記

SNP指的是由單個(gè)核苷酸——A、T、C或G的改變而引起的DNA序列的改變。與傳統(tǒng)分子標(biāo)記相比，SNP在基因組中有分布廣、遺傳穩(wěn)定性好、代表性強(qiáng)、效率高等優(yōu)點(diǎn)，且其檢測(cè)手段不隨 DNA片段長(zhǎng)度的變化而變化[4]。 早期使用SNP技術(shù)主要是以凝膠電泳為基礎(chǔ)，如CAPS標(biāo)記和AS-PCR標(biāo)記。目前SNP基因分型方法主要是直接測(cè)序法DNA和芯片。SNP其中一種檢測(cè)方法是直接測(cè)序法，效率可達(dá)100%，高通量測(cè)序已成為SNP檢測(cè)的重要方法之一;另一種是DNA芯片技術(shù)，其特點(diǎn)是快速高效和精確等。但SNP技術(shù)重復(fù)序列影響雜交的準(zhǔn)確性，同時(shí)成本也高，不適合大規(guī)模檢測(cè)和廣泛使用[5-7]。SNP作為第三代雜交技術(shù)，加快了物種序列的獲得，應(yīng)用前景廣闊。

2 MAS在玉米抗病育種上的應(yīng)用

2.1 MAS在南方銹病上的應(yīng)用

據(jù)報(bào)道，世界上共有3種銹病：南方銹病、熱帶銹病和普通銹病。目前，南方銹?。?Puccinia polysora ?Underw）是我國(guó)的主要病害。該病害是以多堆柄銹菌引起的一種氣傳性真菌病害，主要侵害部位是玉米葉片[8]。1891年，該病首次被發(fā)現(xiàn)存在于摩擦禾屬（ Tripsacum ?L）[9]。我國(guó)于1972年在海南省發(fā)現(xiàn)玉米南方銹病，近年來，隨著耕作制度的變化，該病已成為我國(guó)玉米流行病害，且多發(fā)于黃淮海地區(qū)，造成玉米減產(chǎn)甚至絕收[10]。因此，利用分子標(biāo)記技術(shù)選育抗病品種是解決該病害最有效的途徑之一。

陳翠霞等[11]在不同環(huán)境下對(duì)10個(gè)骨干玉米自交系進(jìn)行了玉米南方銹病抗性鑒定，結(jié)果表明僅齊319對(duì)南方銹病表現(xiàn)為高抗，178為中抗，而其他自交系均感南方銹病。張發(fā)軍等[12]對(duì)17份玉米自交系進(jìn)行了玉米南方銹病抗性鑒定，其中有8份自交系對(duì)南方銹病表現(xiàn)為高抗，為培育抗南方銹病玉米雜交種和進(jìn)行遺傳研究奠定了材料基礎(chǔ)。李石初等[13]于2008和2009年分別對(duì)1 218份玉米自交系進(jìn)行了人工接種南方銹病抗性鑒定，其中高抗、抗病和中抗占比為17.98%，其余均表現(xiàn)不同程度感病。張斌[14]利用高抗材料齊319和多個(gè)感病自交系配置雜交組合，通過回交育種，得到良好的抗南方銹病的種質(zhì)資源。陳翠霞[15]利用齊319與感病品種340和魯原92構(gòu)建分離群體，通過SSR結(jié)合混池對(duì)其進(jìn)行分析，將抗病基因Rpp9-2定位在10號(hào)染色體上，且與標(biāo)記phi118和phi041緊密連鎖，隨后又進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行定位，又發(fā)現(xiàn)3個(gè)與南方銹病抗病基因緊密連鎖的SSR標(biāo)記。艾堂順等[16]以玉米抗病自交系P178、感病自交系G41構(gòu)建的BC2F5群體為材料，對(duì)qSCR10.01進(jìn)行精細(xì)定位，抗病基因位于標(biāo)記UMC1380和C（10）3595071之間，標(biāo)記間的物理距離為1.34 Mb。

2.2 MAS在玉米大斑病上的應(yīng)用

玉米大斑病是造成玉米減產(chǎn)最嚴(yán)重的病害之一，是由玉米大斑凸臍蠕孢菌[ Exserohilum turcicum （Pass.）Leonard et Suggs]侵染玉米引起的一種病害，主要發(fā)生在葉片部位[17]。1876年，該病在意大利發(fā)現(xiàn)以后，迅速蔓延至全世界，1899年，我國(guó)首次在東北發(fā)現(xiàn)該病害[18]。目前，我國(guó)已報(bào)道大斑病菌生理小種有0，1，2，3，N，12，13，1N，23，2N，3N，12N，123N，123，23N和13N共16個(gè)類型的生理小種[19]。由于大斑病生理小種的變異，因此通過分子標(biāo)記輔助選擇對(duì)玉米大斑病抗病材料進(jìn)行篩選，以期為培育大斑病抗病品種提供參考。

孫瑞東等[20]通過人工接種大斑病的方法，在2年內(nèi)對(duì)185份玉米自交系大斑病進(jìn)行抗性鑒定，篩選出高抗16份材料，且自交系Y6和J1577可以穩(wěn)定遺傳。李曉光等[21]對(duì)國(guó)內(nèi)434份玉米種質(zhì)進(jìn)行大斑病抗性鑒定，結(jié)果高抗和中抗品種占73.7%，為選育大斑病抗病品種提供重要種質(zhì)資源。陳曉旭等[22]在2013和2014年連續(xù)2年通過人工接種大斑病病菌對(duì)東北60份主要玉米種質(zhì)進(jìn)行抗性鑒定，結(jié)果表明有28份材料表現(xiàn)出抗性，且通過進(jìn)一步比較，證明國(guó)內(nèi)抗病種質(zhì)要優(yōu)于國(guó)外種質(zhì)。程品冰[23]利用與Ht3抗性基因連鎖的SCAR標(biāo)記5C-509656和與HtN抗性基因連鎖的SCAR標(biāo)記SC-S13314對(duì)100份抗性資源進(jìn)行鑒定，結(jié)果有20份材料中攜帶Ht3基因，10份材料中攜帶HtN基因，且與基因推導(dǎo)方法的結(jié)果一致。鄭祖平等[24]以黃早四×Mo17為親本構(gòu)建的包含239份RIL群體，利用103 個(gè)SSR標(biāo)記對(duì)其進(jìn)行大斑病抗病鑒定，通過CIM作圖方法檢測(cè)到2號(hào)染色體有3個(gè)QTL，分別與標(biāo)記bnlgl520、umc1635 和bnlg125緊密連鎖;8號(hào)染色體有2個(gè)QTL，分別與標(biāo)記umc1327和bnlg2235緊密連鎖。田志強(qiáng)等[25]以P178和G41為親本構(gòu)建的BC5F2群體，利用KASP標(biāo)記對(duì)大斑病進(jìn)行QTL定位，結(jié)果在1、2、8、9這4條染色體上定位到6個(gè)QTL，貢獻(xiàn)率為4%～23%，且存在2個(gè)可穩(wěn)定遺傳的QTL。高瑞[26]構(gòu)建3個(gè)DH群體，利用Bin標(biāo)記對(duì)大斑病進(jìn)行QTL定位，在DH1群體中，在5號(hào)和8號(hào)染色體上共檢測(cè)到2個(gè)QTL，可解釋表型變異為12.88%～14.97%;在DH2群體中，在1、2、5、9號(hào)染色體上共檢測(cè)到4個(gè)QTL，可解釋表型變異為8.31%～16.56%;在DH3群體中，在1號(hào)和2號(hào)染色體中共檢測(cè)到2個(gè)QTL，可解釋表型變異為15.34%～18.49%。

2.3 MAS在玉米小斑病上的應(yīng)用

玉米小斑?。⊿outhern corn leaf blight，SCLB）是世界玉米主產(chǎn)區(qū)的重要病害之一，是由半知菌類長(zhǎng)蠕孢屬真菌（ Helminthosporium maydis ?Nisi kado）引起的一種真菌性病害，目前已報(bào)道O、T、C、S這4個(gè)小種[27-30]。玉米小斑病對(duì)玉米造成嚴(yán)重減產(chǎn)，因此對(duì)其進(jìn)行分子標(biāo)記輔助育種及QTL定位研究具有重要意義。

杜學(xué)林等[31]對(duì)20個(gè)玉米重要種質(zhì)進(jìn)行篩選，得到2個(gè)中抗小斑病種質(zhì)，為防治小斑病和抗病育種提供理論依據(jù)。蔣鋒等[32]利用抗病自交系T14和感病自交系T18為親本及F2群體對(duì)小斑病進(jìn)行QTL定位，結(jié)果在4號(hào)和6號(hào)染色體上共定位到5個(gè)抗小斑病QTL。仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院選育出玉米自交系PT01、PT02、PT03、PT04為雜交親本材料，配置228株4交F2群體，利用SSR標(biāo)記對(duì)小斑病進(jìn)行QTL定位。結(jié)果在2、4、6、7號(hào)4條染色體上檢測(cè)到6個(gè)單位面積病斑數(shù)QTL，貢獻(xiàn)率為8.39%～53.7%;在2、4、6號(hào)3條染色體上檢測(cè)到5個(gè)病斑數(shù)QTL，貢獻(xiàn)率為7.6%～45.2%[33]。陳趣[34]以T8和T33為親本配置的雜交組合，利用SSR標(biāo)記通過對(duì)200株F2群體進(jìn)行抗小斑病QTL定位，在全株病斑葉面積檢測(cè)到4個(gè)QTL，貢獻(xiàn)率為8.95%～11.32%;在全株病斑面積檢測(cè)到7個(gè)QTL，貢獻(xiàn)率為4.86%～15.93%。

2.4 MAS在莖腐病上的應(yīng)用

玉米莖腐病又稱青枯病，是在世界玉米主產(chǎn)區(qū)普遍流行的一種土傳性病害，嚴(yán)重影響玉米生產(chǎn)[35]。因此，對(duì)玉米莖腐病的防治具有重要意義，而MAS是培育抗莖腐病玉米品種的前提條件[36]。

王富榮等[37]對(duì)1 550份玉米品種進(jìn)行莖腐病抗性鑒定，經(jīng)過重復(fù)鑒定，得到76份具有穩(wěn)定抗性的自交系。楊洋等[38]在2013—2016年對(duì)1 213份玉米種質(zhì)進(jìn)行莖腐病抗性鑒定，得到207份抗莖腐病種質(zhì)，占總數(shù)的17.1%。宋燕春等[39]利用人工接種的方式對(duì)287份玉米自交系進(jìn)行莖腐病抗性鑒定，結(jié)果具有中抗水平的自交系171份，占總數(shù)的60%。Pè等[40]利用自交系B89和33-16的F2∶3家系，通過95個(gè)RFLP和10個(gè)RAPD標(biāo)記構(gòu)建的遺傳連鎖圖，定位了5個(gè)抗禾谷鐮孢莖腐病的QTL，分別位于1、3、4、5、10號(hào)染色體上。王萍[41]以1145和Y331為親本配置雜交組合，利用RAPD技術(shù)將莖腐病的抗性基因Rpi1定位在第4染色體上，與OPZ191500緊密連鎖。Yang等[42]利用1145和Y331為親本及其后代群體F2和BC1F1，利用SSR和RFLP標(biāo)記將抗病基因RFG1定位到mmc0241和bnl3.03之間，遺傳距離分別為3.0和2.0 cM。Yang等[43]以1145和Y331為親本，配置BC6F1和BC8F1為后代群體，分別對(duì) qRfg1和qRfg2 進(jìn)行精細(xì)定位，將 qRfg1 定位在SSR334和SSR58標(biāo)記之間，物理距離500 kb;將 qRfg2 定位在SSRZ319和CAPSZ459標(biāo)記之間，物理距離300 kb。Ma等[44]利用H127R和C7-2為親本及后代RIL群體為材料，在3號(hào)染色體上定位到一個(gè)新的QTL-qRfg3。王金萍等[45]對(duì)159份玉米自交系進(jìn)行莖腐病抗性鑒定，檢測(cè)到的4個(gè)抗莖腐病QTL及其緊密連鎖的11個(gè)分子標(biāo)記，結(jié)果發(fā)現(xiàn)分子標(biāo)記 STS01（qRfg1）、STSZ479（qRfg2）、bnlg1866（RpiQI319-1）和 bnlg1716（RpiQI319-2）的陽(yáng)性檢測(cè)結(jié)果與田間表型符合度較高，可作為抗莖腐病分子檢測(cè)的有效標(biāo)記。

2.5 MAS在玉米矮花葉病上的應(yīng)用

玉米矮花葉病（maize dwarf mosaic virus，MDMV）是世界上玉米產(chǎn)區(qū)普遍發(fā)生的病毒病害之一。1963年首先在美國(guó)俄亥俄州被發(fā)現(xiàn)，隨后席卷全球，我國(guó)于1968年首次在河南發(fā)現(xiàn)該病，造成玉米減產(chǎn)甚至絕收，培育抗病品種是防治該病害的最有效途徑[46-48]。

Kuntze等[49]通過人工接種矮花葉病毒，對(duì)122份玉米自交系進(jìn)行抗性鑒定，篩選出3個(gè)具有完全抗性自交系D21、D32和FAP1360A。林肯恕[50]對(duì)220份玉米重要種質(zhì)進(jìn)行抗性鑒定，結(jié)果篩選到包括黃早4和獲白在內(nèi)的15份優(yōu)良抗病自交系。吳建宇[51]通過對(duì)我國(guó)主要育種材料的48個(gè)骨干自交系進(jìn)行矮花葉病抗性鑒定，也證明黃早4具有較好的抗病性。張成和等[52]鑒定了831份玉米材料，其中中抗及以上自交系共249份，占總數(shù)的30%。Scott等[53]于1971年將GA209、ArkH44、MP319等自交系的抗病基因定位于6號(hào)染色體上。Louie[54]和Mcmullen等[55]利用分子標(biāo)記將自交系Pa405的抗病基因Mdm1定位于6號(hào)染色體上，并證明該基因與RFLP標(biāo)記Umc85和Bn16.29緊密連鎖。Xia等[56]用D32×D145的219個(gè)F2單株和94個(gè)標(biāo)記構(gòu)建了標(biāo)記連鎖圖譜，根據(jù)F3家系的2年抗病性的鑒定，對(duì)SCMV進(jìn)行QTL分析，檢測(cè)到5個(gè)QTL，分別位于3、5、6、10染色體上，其中以染色體3和6上的QTL效應(yīng)較大。2003年，王鳳格[57]利用黃早四×掖107群體，發(fā)現(xiàn)有3條染色存在抗病QTL，分別是第3，6和10染色體上，其中第3和第6的QTL效應(yīng)較大。呂香玲等[58]利用掖478與中白O1的近等基因系BC4F2群體，在玉米第3和第6染色體上發(fā)掘了3個(gè)QTLs。席章營(yíng)等[59]利用海9-21和掖478的BCzF群體，在抗病白交系海9-21上存在一個(gè)的隱性抗病基因，位于第3染色體短臂3.04～3.05區(qū)域，在SSR標(biāo)記umc1965和bn1g420之間，遺傳距離分別為45.7和6.5 cM。王永霞[60]在利用F2群體對(duì)抗病基因RSCMVl和RSCMV2初步定位的基礎(chǔ)上，分別以感病親本Mo17和抗病親本四一為輪回親本和供體親本，對(duì)玉米矮花葉病抗病基因RSCMV1和RSCMV2進(jìn)行分了標(biāo)記的開發(fā)和定位，結(jié)果證明SCMV1抗病基因在umc1018和umc2311之間，SCMV2抗病基因在umc1693和bnlg1601之間，為最終分離這2個(gè)抗病基因奠定基礎(chǔ)。

2.6 MAS在玉米絲黑穗病上的應(yīng)用

玉米絲黑穗病是在世界玉米主產(chǎn)區(qū)常見的一種土傳性病害，最早于1876年在意大利發(fā)現(xiàn)該病害，隨后迅速在世界范圍內(nèi)傳播，我國(guó)首次發(fā)現(xiàn)該病害是在20世紀(jì)70年代，主要危害北方春玉米[61]。該病害對(duì)玉米品種是毀滅性的，因此選育抗病品種是防治該病害的最佳途徑。柏光曉等[62]對(duì)51-3份玉米重要種質(zhì)進(jìn)行絲黑穗病抗性鑒定，結(jié)果僅有3份材料表現(xiàn)為高抗。譚康等[63]利用136對(duì)重復(fù)性佳的SSR標(biāo)記對(duì)貴州省10份常用玉米自交系進(jìn)行絲黑穗病抗性鑒定，發(fā)現(xiàn)自交系T32和齊3169表現(xiàn)為高抗并可以穩(wěn)定遺傳。張建國(guó)[64]對(duì)黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的龍?jiān)缛和ㄟ^多次雜交、回交及自交等方法選育出6份高抗絲黑穗病、配合力優(yōu)且品質(zhì)優(yōu)質(zhì)和農(nóng)藝性狀好的玉米自交系，通過試驗(yàn)篩選出3個(gè)可以用于對(duì)玉米種質(zhì)進(jìn)行抗絲黑穗病種質(zhì)鑒定的分子標(biāo)記umc1386、umc1525和umc2077。王春明等[65]利用人工接種的方式，在2013—2014年對(duì)甘肅省97份玉米重要自雜交種進(jìn)行絲黑穗病抗性鑒定，篩選出6份高抗材料。石紅良[66]利用齊319和M17這2個(gè)抗病品種與感病品種黃早4為親本構(gòu)建2個(gè)BC3群體，通過AFLP-BSA標(biāo)記對(duì)絲黑穗病進(jìn)行QTL定位，檢測(cè)到有一個(gè)抗玉米絲黑穗病主效QTL-Bin2.09，且在標(biāo)記bnlg1893附近;隨后開發(fā)2個(gè)STS標(biāo)記，進(jìn)一步將該QTL定位在Bin1.09區(qū)域內(nèi)。高樹仁[67]對(duì)133份玉米常見種質(zhì)和24個(gè)國(guó)內(nèi)外群體進(jìn)行了絲黑穗病抗性鑒定，采用SSR標(biāo)記和AFLP標(biāo)記技術(shù)對(duì)抗玉米絲黑穗病基因進(jìn)行了QTL定位，檢測(cè)到Bin1.03、Bin2.09、Bin3.04-3.05 和Bin8.02-8.03區(qū)域均有抗絲黑穗病QTL。Lübberstedt等[68]采用 CIM方法分別在6、8和9號(hào)3個(gè)染色體上定位了3個(gè)QTL;在第1、2、3、4、5、6、2和8號(hào)染色體上定位了8個(gè)QTL，貢獻(xiàn)率13%～44%。Brewbaker等[69]采用CIM作圖法進(jìn)行檢測(cè)，定位到1個(gè)QTL，貢獻(xiàn)率為10.6%，位于標(biāo)記RFLP asg3附近的染色體binl.04區(qū)域內(nèi)。吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院與中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)合作，利用高抗自交系吉1037與感病自交系黃早四為親本構(gòu)建分離群體，將抗病基因定位在bin2.09和bin5.03區(qū)域內(nèi)，利用SNP、CAPS 、STS 共6個(gè)標(biāo)記，最終將主效QTL定位在STS6及STS8的170 kb抗病區(qū)段qSHRl范圍內(nèi)，在這2個(gè)標(biāo)記之間重新開發(fā)14個(gè)分子標(biāo)記，每個(gè)標(biāo)記平均物理距離10 kb[70]。

3 MAS在抗蟲育種上的應(yīng)用

蟲害是影響玉米產(chǎn)量及品質(zhì)最嚴(yán)重的因素之一，其中玉米螟的危害最大。玉米螟（ Ostrinia furnacalis ），又名鉆心蟲。根據(jù)其分布和種類不同，主要分為歐洲玉米螟（ECB）、西南玉米螟（SWCB）和亞洲玉米螟（ACB）。亞洲玉米螟是我國(guó)的主要蟲害。

歐洲玉米螟主要危害歐洲、美洲和非洲地區(qū)的玉米。Bohn等[71]利用D06為父本和D408為母本作為雙親配置雜交組合，選取226個(gè)F3群體，調(diào)查蛀莖隧道長(zhǎng)度和莖稈損傷率作為表型，進(jìn)行QTL定位，檢測(cè)到6個(gè)與蛀莖隧道長(zhǎng)度相關(guān)、5個(gè)與莖稈損傷率相關(guān)的QTL，貢獻(xiàn)率為50%，且多為加性效應(yīng)。后來，Bohn等[71]又對(duì)該親本配置的雜交群體F2：3與D171進(jìn)行側(cè)交，獲得204個(gè)后代并對(duì)其進(jìn)行分子標(biāo)記輔助選擇和QTL定位，共發(fā)現(xiàn)6個(gè)與莖稈損傷率有關(guān)的QTL，貢獻(xiàn)率為27.4%。Jampatong等[72]用抗病自交系Mo47和感病親本B73Ht為雙親，構(gòu)建 244個(gè)F2：3群體為QTL定位群體，與前人研究不同的是，得到的結(jié)果是對(duì)于一代玉米螟進(jìn)行MAS比較好的是4.01和6.02區(qū)間內(nèi)的QTL，而對(duì)于二代玉米螟進(jìn)行MAS較好的是位于5.05、5.08 和9.02區(qū)間的QTL。Krakowsky等[73]對(duì)利用易感自交系B73和抗性自交系De811為親本構(gòu)建的191個(gè)RIL群體進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)研究ECB抗性的最大的問題是沒有找到一致的檢測(cè)環(huán)境。西南玉米螟主要危害美洲地區(qū)玉米。Groh等[74]利用抗病自交系CML67和感病自交系CML131為親本構(gòu)建170個(gè)RIL群體進(jìn)行QTL定位，結(jié)果針對(duì)葉侵食損傷這一性狀，在側(cè)交群體中檢測(cè)到4個(gè)QTL，且有 2個(gè)與RIL中檢測(cè)到的一致。Khairallah等[75]用抗病自交系CML139和感病自交系Ki3為親本構(gòu)建 472個(gè)F3群體，對(duì)SWCB具有抗性的QTL進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)到5個(gè)染色體上11個(gè)與株高相關(guān)的QTL，貢獻(xiàn)率為43%，檢測(cè)到的QTL除加性效應(yīng)外，還有顯性和半顯性效應(yīng)。Brooks等[76]利用2個(gè)不同的后代群體，對(duì)西南玉米螟和秋季赫蟲作比較，2個(gè)群體的種植模式相同，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在第1、5、7、9號(hào)染色體上發(fā)現(xiàn)的QTL對(duì)2種害蟲均有抗性，而抗SWCB于第5、9號(hào)染色體被檢測(cè)到。亞洲玉米螟（ACB）是影響我國(guó)玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的重要害蟲，導(dǎo)致玉米減產(chǎn)10%～30%，嚴(yán)重時(shí)甚至絕收。于永濤[77]利用2對(duì)親本分別構(gòu)建大小為120個(gè)F2：3和114個(gè)F2：3群體為作圖群體，通過80個(gè)SSR標(biāo)記和12個(gè)AFLP標(biāo)記進(jìn)行QTL定位，檢測(cè)到3個(gè)與葉片侵害度有關(guān)的QTL，分別在1、5和8號(hào)染色體上;檢測(cè)到3個(gè)與莖稈蟲孔數(shù)有關(guān)的QTL，分別位于4和10號(hào)染色體上;檢測(cè)到2個(gè)與莖稈隧道長(zhǎng)度有關(guān)的QTL，分別在4和8號(hào)染色體上。這些性狀的QTL貢獻(xiàn)率為7.7%～51.8%。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)檢測(cè)到的QTL均多在1、4、5、8、10號(hào)染色體上，且Bin1.02-1.03和Bin8.20-8.03是2個(gè)群體共有的QTL。根據(jù)以上研究推測(cè)，不同地區(qū)的玉米螟抗性機(jī)理之間存在一定的相關(guān)性，各玉米螟抗性有相同的QTL，再進(jìn)行MAS選擇時(shí)，要綜合考慮具有多效性的QTL，提高育種效率，加快育種進(jìn)程。

4 利用分子標(biāo)記輔助選擇育成的玉米品種

傳統(tǒng)育種主要依賴作物表現(xiàn)型的選擇，而環(huán)境因素、基因間的互作等因素都會(huì)影響表型選擇效率。對(duì)于品質(zhì)、株型性狀等數(shù)量性狀而言，僅通過表現(xiàn)型來選擇會(huì)更加困難，因此采用以DNA多態(tài)性為基礎(chǔ)的分子標(biāo)記來對(duì)作物選擇效率會(huì)更高且更加準(zhǔn)確，其中MAS更被廣泛接受。

在改良玉米品質(zhì)中，Hao等[78]為了提高鄭單958的含油量，利用MAS將高油自交系By 804的一個(gè)QTL-qHO6的有利等位基因?qū)豚崋?58、鄭58和長(zhǎng)7-2的雙親中。通過回交6代，選育出鄭58-qHO6和長(zhǎng)7-2-qHO6這2個(gè)親本自交系。2個(gè)改良自交系的含油量都有所增加。因此，經(jīng)改良的鄭單958-qHO 6由鄭58-qHO6向長(zhǎng)7-2-qHO6雜交的含油量達(dá)4.5%，相對(duì)含量和絕對(duì)含量分別比原鄭單958提高了0.71%和18%。MAS在培育高維生素A的雜交玉米上也有優(yōu)勢(shì)，印度育種者將crtRB1的等位基因從β-胡蘿卜素含量高的自交系導(dǎo)入到普通玉米中，回交2代后子代背景回復(fù)率就有90%，β-胡蘿卜素的含量最高增加了17.5 μg/g，雜交后代的β-胡蘿卜素的含量從原來的2.6 μg/g增長(zhǎng)到21.7 μg/g[79]。在玉米抗逆育種中，李玉杰[80]利用抗粗縮病自交系90110為供體親本，與12個(gè)感病自交系為輪回親本進(jìn)行雜交和回交，除個(gè)別后代群體，其余抗性均高于輪回親本。通過MAS首次成功地改良了我國(guó)骨干玉米自交系粗縮病抗性，且僅需要一代的自交與選擇就能提供一批高抗粗縮病的玉米種質(zhì)。北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米研究中心以抗玉米絲黑穗病吉1037 和抗莖腐病1145為供體親本，玉米自交系京24為輪回親本，利用分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)和回交轉(zhuǎn)育技術(shù)，獲得5 份單抗絲黑穗病和2 份單抗莖腐病的玉米自交系京24，且改良后的京24與輪回親本的背景一致[81]。通過標(biāo)記輔助的基因聚合，抗玉米葉枯病和南方銹病基因/QTL 也被聚合到 5 個(gè)優(yōu)良玉米品系中，Ribaut等[82]利用分子標(biāo)記輔助回交育種（MABC），對(duì)含有2 200個(gè)單株的4個(gè)世代的3個(gè)群體進(jìn)行選擇，4代的背景回復(fù)率達(dá)85%，其中最佳的5個(gè)MABC衍生雜交種的平均產(chǎn)量至少比對(duì)照雜種高50%。Zhao等[83]在玉米2號(hào)染色體上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)主要的抗玉米絲黑穗病QTL（qHSR 1），以Ji1037為供體親本，利用MAS技術(shù)將qHSR 1具有高產(chǎn)潛力但對(duì)黑穗病感病的10個(gè)玉米自交系進(jìn)行抗性改良。每10個(gè)高產(chǎn)系都與完全抗黑穗病的供體親本Ji1037雜交，然后與各自的輪回親本進(jìn)行5代回交。10個(gè)轉(zhuǎn)化自交系在黑穗病抗性上均表現(xiàn)出明顯的提高。此外，由轉(zhuǎn)化系配制的雜交種對(duì)黑穗病的抗性也顯著提高，而對(duì)其他農(nóng)藝性狀的抗性基本保持不變。Xu等[84]利用多代回交和MAS技術(shù)將玉米粗縮病（MRDD）數(shù)量性狀位點(diǎn)qMrdd8導(dǎo)入3個(gè)優(yōu)良玉米自交系中。BC4F2和BC3F2的植株，以及那些輪回親本基因組恢復(fù)率最高的植株來構(gòu)建轉(zhuǎn)化的純合自交系。2017年，7個(gè)轉(zhuǎn)化自交系和5個(gè)雜交種表現(xiàn)出對(duì)MRDD的抗性增強(qiáng)，而其他農(nóng)藝性狀在非致病性脅迫條件下沒有受到影響。

5 展望

MAS是玉米育種工作中必不可少的部分，隨著玉米育種技術(shù)的發(fā)展，更要將現(xiàn)代生物技術(shù)與傳統(tǒng)育種相結(jié)合。MAS在目前的應(yīng)用上，多數(shù)還是單基因控制的優(yōu)良性狀的改良，對(duì)于主效基因的導(dǎo)入已經(jīng)取得不錯(cuò)的進(jìn)展，但在多個(gè)優(yōu)良性狀上的聚合還有所欠缺。由于穩(wěn)定的SSR標(biāo)記較少以及高成本的SNP鑒定體系，因此通過MAS得到的優(yōu)良種質(zhì)資源較少。在傳統(tǒng)育種中，要利用好分子標(biāo)記育種技術(shù)、基因編輯技術(shù)以及轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)等解決傳統(tǒng)育種在獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、抗性好的新種質(zhì)上的難題。相信隨著玉米轉(zhuǎn)基因育種放開、SNP的完善和普及，以及基因克隆和全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）的應(yīng)用，在未來幾年內(nèi)，分子標(biāo)記輔助選擇育種與其他生物技術(shù)聯(lián)系會(huì)更加密切，玉米育種工作會(huì)迎來新的技術(shù)革命。

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