玉米分子育种研究现状

玉米分子育种研究现状

王玲琼

（河西学院农业与生物技术学院，甘肃张掖 734000）

摘要：随着分子遗传学的发展和实验能力的提高，分子标记随之出现并且发展迅速，尤其是在玉米遗传育种上的应用。本文通过阅读大量的文献，介绍了分子标记育种在玉米遗传图谱的构建及基因定位、杂种优势群划分、优良品种的获得等方面的应用。

关键词：SSR AFLP 分子标记玉米育种

1.序言

在学习《植物分子育种技术》的课程中，认识到了分子标记在玉米育种中的重要性，但具体内容仍不了解，所以通过查阅文献增进对分子标记的了解，并将了解的内容进一步整理，写了这篇读书报告。分子标记直接表现在DNA水平上，是一种在分子遗传学快速发展而产生的技术。玉米是重要的粮食与饲料作物, 是世界三大作物之一。但是由于对玉米中许多性状的遗传机制缺乏了解, 从而限制了玉米产量的提高与品质的改善, 阻碍了玉米育种工作的进程。建立在分子遗传学基础上的分子标记技术的迅速发展,促进了作物育种研究各个领域的发展。

2.分子标记概述

分子标记是继形态标记、细胞标记和生化标记之后发展起来的一种新的较为理想的遗传标记形式。随着分子生物学的快速发展，分子标记也同样得到非常迅速发展。根据分子标记所依赖的的生物技术的不同，分子标记经历了三代的变化。1974，Graz- dicker 等人在鉴定温度敏感表形的腺病毒DNA突变体时，利用经限制性内切酶酶解后得到的DNA片断的差异，首创了DNA分子标记，即第一代分子标记——限制性片断长度多态性标记（restrictionfragment lengthpolymorphism，RFLP）。第一代分子标记主要是以分子杂交技术为基础的分子标记，1982 年Hamade发现第2 代DNA 分子标记——简单序列重复标记（Simplesequence repeat，SSR）。第2代分子标记是以聚合酶链式反应（PCR）为基础建立。1990年Williams和welsh 等人发明了随机扩增多态性DNA标记（randomly amplified polymorphic DNA，RAPD）和任意引物PCR（arbitrary primer PCR，AP-PCR）。1991 年Adams 等建立了表达序列标签（expressed sequen- cetag，EST）标记技术。1993 年Zabeau 和Vos 合作发明了扩展片断长度多态性标记（Amplified fragment lengthpolymorphism，AFLP）。1994 年Ziekiewicz 等发明了简单重复间序列标记（inter-simple sequence repeat，ISSR）。1998 年在人类基因组计划的实施过程中，第3代分子标记——单核苷酸多态性（single nucleotidep-

olymorphism，SNP）标记诞生。

3.几种分子育种技术介绍

SSR为简单重复序列，又称微卫星，是一类由1～6个核苷酸为重复单位组成的长达几十个核苷酸片段的串联重复序列，如（CA）n、(AT)n、(GGC)n 等。重复序列两端多是保守的单拷贝序列，因此可以根据两端序列设计一个特意引物。SSR标记可有效地应用于作物种质的遗传变异研究及类群划分。孙友位等利用SSR分子标记方法研究375 个玉米自交系的遗传变异，认为SSR 能较真实地揭示自交系间的遗传多样性，划群结果与系谱来源基本一致。杨勇等利用SSR 标记研究糯玉米遗传多样性，认为SSR 能较真实地揭示自交系间的遗传多样性，可以认定是进行杂种优势类群划分的有效分子标记方法。黑龙江省农科院玉米研究所的王明泉综合国内外在玉米的杂种优势群划分研究并做了综述，表明不同学者采用不同的分子标记方法都成功地对玉米自交系进行了杂种优势群划分，并发现它们的分类与系谱关系非常一致。，分子标记为研究玉米遗传多样性提供了强有力的工具，对合理划分杂种优势群具有重要参考价值。

RFLP(限制性片段长度多态性)标记。主要优点是多态性丰富，检测效率高，结果稳定可靠，而且标记性状为共显性，易于区分杂合体和纯合体。缺点是构建和应用此种标记费时、费钱，常需要同位素，选用此种标记应考虑经费、技术和实验条件是否允许。该标记主要用于遗传连锁图的绘制和目标基因的定位RAPD随机扩增多态性DNA 标记。主要优点是建立和应用均简便、快速、费用低、无放射性。缺点是多数位点的标记带表现为显性特点，不能提供完整的遗传信息，在一些作物上扩增产物的稳定性差，建立稳定的辅助选择体系比较难。该标记已广泛用于种质资源鉴定和分类、玉米自交系杂种优势群划分、杂种优势预测。

ALFP(扩增片段长度多态性)分子标记。该标记被认为是兼有ALFP和RAPD两种标记的长处，能提供更多的多态性信息，是DNA多态性检测的一种非常有用的技术。缺点是该标记需要较好的仪器设备，建立和应用标记比较费时费钱，同时对DNA纯度和内切酶的质量要求较高。

RAPD是1990年由Williams和Welsh领导的2个研究小组几乎同时发展起来的建立在PCR基础上的一种新型的DNA分子标记技术。RAPD技术具有其自身独特的优点: ①不需要DNA探针; ②使用随机引物, 合成引物时无需预知被研究的生物的基因组序列, 一套引物可用于不同生物的研究; ③RAPD技术操作简便, 可免去RFLP中的克隆制备、同位素标记、Southern杂交等步骤; ④RAPD分析所需DNA量少, 每个反应仅需几十纳克的DNA , 但RAPD技术也有局限性, 主要表现在两个方面。第一,RAPD标记为显

性分子标记, 因此不能在F2代区分纯合体与杂合体, 必须进行F3分析; 第二, RAPD 扩增中退火温度较常规的PCR反应低, 一般为36 ℃左右, 这样能保证短核苷酸引物与模板的稳定配对并允许适当的错配,增大了引物在基因组DNA中配对的随机性, 提高了对基因组的分析效率, 但是由于采用的引物短, Tm 值低, 扩增结果易受外界因素的影响, 实验的重复性较差, 因此在实验中要严格控制实验条件, 才能得到可重复、理想的扩增效果。

构建玉米遗传图谱及寻找与目标性状紧密连锁的分子标记是进行分子辅助选择育种的基础。而玉米最初的遗传图谱是以RFLP 标记为主的连锁图。SSR 为主的遗传图谱构建基本原理是以SSR位点为基础, 在基因组中每隔一定距离找一个多态性的SSR 标记, 当这些标记达到足够的饱和度后则可利用SSR标记找到基因组中的任何功能基因和数量性状位点( Quantitative trait loci , QTL) , 并进行连锁分析, 确定该功能基因和QTLs 的位置。遗传图谱既是遗传研究的重要内容，又是种质资源育种及分子克隆等许多应用研究的理论依据和基础，自1986 年Helen 发表了第一张玉米遗传图谱，它由排列在10 个连锁群上的338个RFLP 位点组成，从此分子标记技术在玉米中的应用研究快速发展，到1999 年明确的基因分子标记已经达到16 000 个其中明确定位的基因位点1270个。

4.结语

以前，分子标记技术同常规育种相脱节，大多数分子标记仍停留在实验室阶段，分子标记技术用于大规模育种和种质鉴定还有一段距离。现在，应把分子标记技术同常规育种的丰富经验相结合，充分利用国外研究成果，不做重复工作，结合我国实际情况，搞好我国特有种质资源分子标记及与高产、优质和高抗有关新基因的发现、鉴定和利用，并进行相关的标记和定位工作，拥有自己的知识产权，并将其转化成一定的经济效益。分子标记的快速发展促进了玉米育种的高效性，并可以对玉米基因了解的更透彻。希望将来玉米育种技术的发展可以充分中国12亿人口的需要，造福人民。

参考文献

[1] 田齐建，DNA 分子标记技术与玉米育种，玉米科学袁2005，13（2）：18-21

[2] 鞠方成，DNA分子标记技术及其在玉米育种中的应用，安徽农业科学2008,36（2）：451-787

[3] 孙友位等.利用SSR标记研究85个玉米自交系的遗传多样性.玉米科学,15(6):19-26

[4] 杨勇,王鹏文,张树光.SSR 标记在糯玉米遗传多样性研究上的应用.玉米科学,14(6):62-65