分子標(biāo)記在植物抗病育種中的應(yīng)用

李燦+楊聳月+王家林+劉全蘭

摘 要：植物種質(zhì)庫通常有攜帶抗病基因的植物材料，通過育種的方法將這些抗病基因?qū)胫参锸潜Ｗo(hù)植物免于病蟲害的重要而有效的方法。當(dāng)前研究表明，抗病基因分子標(biāo)記將有利于高效篩選含抗病基因的植物材料。該文簡要概述了分子標(biāo)記的特點，重點分析了其在植物抗病育種研究中的應(yīng)用，主要在輔助選育多基因聚合體，構(gòu)建抗病基因相關(guān)的遺傳圖譜，抗病基因定位及克隆，遺傳多樣性分析等方面進(jìn)行闡述，并對其發(fā)展趨勢作出展望。

關(guān)鍵詞：分子標(biāo)記；抗??；植物育種

中圖分類號 Q946.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）17-21-03

Marker-Associated Selection for Disease Resistance in Plant Breeding

Li Can et al.

（College of Chemical Engineering，Qingdao University of Science & Technology，Qingdao 266042，China）

Abstract：Plant species commonly carry genes for disease resistance within their collective germplasm base.Introducing resistance genes through plant breeding remains an important and effective means of protecting plants from diseases.DNA markers have enormous potential to improve the efficiency and precision of conventional plant breeding via marker-assisted selection（MAS）. In this paper，an overview，the advantages of MAS for resistance disease and its most widely used applications in plant breeding，was presented.Four major applications，such as pyramiding of resistance genes in plant breeding，detection of QTL related to resistance and construction genetic map of marker-based combination of resistance alleles，isolation of resistance genes via map-based cloning，and efficient genotyping and estimation of genetic diversity，were reviewed.

Key words：Marker-associated selection（MAS）；Disease resistance；Plant breeding

農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量深受植物病害的影響，導(dǎo)致其減產(chǎn)及質(zhì)量嚴(yán)重下降。根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）估測，全世界由于植物病害造成的糧食損失約占糧食總產(chǎn)量的10%[1]。選擇經(jīng)濟(jì)有效的防治方法顯得尤為重要，而抗病品種廣泛應(yīng)用于潛伏期短、防治傳染快、土地傳播的病害如小麥黃矮病、條銹病、白粉病等方面。依據(jù)快速檢測植物病害的技術(shù)，建立其體系，保留品種體系中有價值的部分，是培育抗病品種的有效方法。PCR分子標(biāo)記能夠反映出DNA遺傳多樣性和生物種群內(nèi)及種群間基因組差異的特異性，它能夠快速篩選植物的遺傳資源，并對其抗病性進(jìn)行鑒定，提高抗病育種效率[2]。目前，PCR分子標(biāo)記已被廣泛應(yīng)用于小麥、玉米、大豆等作物的抗病育種中[3]。

1 PCR分子標(biāo)記概述

PCR分子標(biāo)記伴隨著分子生物學(xué)的發(fā)展受到了越來越多的重視，具有高的多態(tài)性、可檢測到的數(shù)量多、直接以DNA形式表現(xiàn)出來等諸多優(yōu)點。PCR分子標(biāo)記有隨機(jī)引物的PCR分子標(biāo)記和特異引物的PCR分子標(biāo)記。隨機(jī)引物的PCR分子標(biāo)記其引物片段序列是隨機(jī)的，由于模板DNA擴(kuò)增片段上引物結(jié)合位點的堿基序列發(fā)生突變，導(dǎo)致其PCR擴(kuò)增產(chǎn)物具有多態(tài)性，來源不同的基因組在擴(kuò)增區(qū)段上表現(xiàn)為擴(kuò)增片段大小的不同，其表現(xiàn)為顯性或共顯性。隨機(jī)引物的PCR分子標(biāo)記有RAPD（Random Amplified Polymorphism DNA，隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA）、DAF（DNA Amplification Fingerprinting，DNA擴(kuò)增指紋印跡）、AP-PCR（Arbitrarily Primed Polymerase Chain Reaction，任意引物PCR）等；特異引物的PCR標(biāo)記其引物是確定的，具有特定的核苷酸序列，它的設(shè)計是根據(jù)已知序列的DNA片段進(jìn)行的，進(jìn)行多態(tài)性分析特定區(qū)域的基因組DNA片段序列，大多表現(xiàn)為共顯性，例如SSR（simple sequence repeat，簡單重復(fù)序列）、SCAR（Sequence-characterized Amplified Region，特異性序列擴(kuò)增區(qū)）、STS（Sequence Tagged Sites，序列標(biāo)志位點）等。

2 分子標(biāo)記在植物抗病育種中的應(yīng)用

2.1 輔助選育多抗性基因聚合體 由于植物病害受多種因素的影響，利用與抗病基因緊密連鎖的分子標(biāo)記輔助選擇多抗性基因聚合體，能夠有效的提高抗病育種的效率。在小麥中開展PCR分子標(biāo)記輔助選擇優(yōu)質(zhì)基因聚合體，有利于抗性作物性狀的不斷改進(jìn)，生產(chǎn)抗病、高產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)資源[4]。肖武名等利用分子標(biāo)記輔助選擇水稻種質(zhì)H4的主效稻瘟病抗性基因Pi46（t）和CBB23的廣譜白葉枯病抗性基因Xa23的聚合體[5]。董娜等利用分子標(biāo)記輔助選育小麥抗白粉病基因Pm21和Pm13聚合體[6]。孫海波等利用分子標(biāo)記輔助選擇Xa23、Pi-1、Stvb-i3種抗病基因的聚合體[7]。郝俊杰等利用特異PCR分子標(biāo)記篩選出了抗角斑病基因聚合體的菜豆資源[8]。以上研究均說明PCR分子標(biāo)記可以實現(xiàn)準(zhǔn)確鑒定多個抗病基因，并快速選育多個抗病基因聚合體，為培育持久、廣譜抗性種質(zhì)資源提供材料和方法。

2.2 遺傳圖譜的構(gòu)建和抗病基因的定位 遺傳連鎖圖譜（genetic linkage map）是利用遺傳標(biāo)記具有多態(tài)性的特點對參考家系遺傳連鎖分析來得到能夠反映基因組某一染色體上的標(biāo)記。利用PCR分子標(biāo)記能夠確定抗病基因在遺傳圖譜上的位置，并且基因定位也可以確定控制數(shù)量性狀基因位點（QTL）在染色體上的位置，以利于克隆這些抗性基因，并預(yù)測它的遺傳效應(yīng)。例如，顏群等利用SSR分子標(biāo)記將新發(fā)現(xiàn)的普通野生稻稻瘟病廣譜抗性基因Pi-gx（t）定位于第2號染色體上[9]。張淼等利用SSR分子標(biāo)記對人工合成小麥CI184條銹病成株抗性基因進(jìn)行定位[10]。宋偉等利用分子標(biāo)記對小麥品種汶農(nóng)14抗白粉病基因進(jìn)行染色體定位[11]。Barret等利用引物B.n.12A將抗黑莖病基因定位于甘藍(lán)型油菜的連鎖圖譜上，與該抗黑莖病基因的距離為16.5cm[12]。穆京妹等利用SSR分子標(biāo)記技術(shù)對小麥F2代分離群體構(gòu)建連鎖圖譜，發(fā)現(xiàn)了6個與抗條銹病基因連鎖的SSR標(biāo)記，并將其定位于小麥的染色體1BL上[13]。張晶等利用分子標(biāo)記對小麥品種Bogatka抗白粉病基因進(jìn)行定位，將該基因位于小麥2B染色體長臂上[14]。劉聯(lián)正等利用SSR分子標(biāo)記將抗白粉病基因PmWP6192定位于染色體2AL上[15]。孫翠花等利用分子標(biāo)記 對小麥-中間偃麥草隱形滲人系抗白粉病基因pmCH83進(jìn)行分子定位[16]。趙虎等利用分子標(biāo)記技術(shù)對小麥種質(zhì)山農(nóng)3895抗白粉病基因進(jìn)行定位[17]。馬東方等利用SSR分子標(biāo)記對小麥品種中梁16抗條銹病基因進(jìn)行定位[18]。

2.3 抗病基因的克隆 基因組作圖和遺傳標(biāo)記重要的應(yīng)用之一是克隆抗病基因，然而它并不是研究的最終目的，基因克隆后能夠?qū)ζ浠竟δ芗由盍私?，為?chuàng)造新的表型對其加以修飾[19]。劉志祥等利用與小麥抗黃矮病Bdv2基因共分離的SCAR標(biāo)記，用克隆池PCR法研究抗黃矮病基因的克隆[20]。朱惠蘭等將與小麥赤霉病抗性基因緊密連鎖的RAPD標(biāo)記S1021轉(zhuǎn)化為SCAR標(biāo)記，構(gòu)建SSH文庫和反向Northem雜交，以得到272個陽性克隆[21]。

2.4 遺傳多樣性分析 PCR分子標(biāo)記廣泛應(yīng)用于研究植物進(jìn)化、近緣種質(zhì)親緣關(guān)系以及種質(zhì)資源遺傳多樣性等方面[22]。由于PCR分子標(biāo)記具有一定的保守性及較高的多態(tài)性，并且產(chǎn)生的帶型簡單，重復(fù)性好，能夠提供大量的遺傳信息，使其非常適用于遺傳多樣性的分析工作。例如，張蕊等利用與抗黃矮病基因緊密連鎖的分子標(biāo)記來研究山東鵝觀草植物抗黃矮病基因的遺傳多樣性和遺傳分化規(guī)律，以篩選優(yōu)異的抗黃矮病種質(zhì)資源[23]。趙紫慧等利用SSR分子標(biāo)記對山東省和河北省的小麥抗白粉病基因進(jìn)行遺傳多樣性分析[24]。楊樂等利用SSR分子標(biāo)記對小麥新抗源與4個感病材料進(jìn)行遺傳多樣性分析[25]。

3 展望

PCR分子標(biāo)記在植物抗病育種研究中有著重要作用，具有操作簡單、方便、快捷等諸多優(yōu)點，適合樣品大量分析。目前，PCR分子標(biāo)記雖然顯示出了它獨有的優(yōu)越性，但還有其不足之處，它的欠缺之處會隨著科研技術(shù)的發(fā)展日益得到改善，也會有越來越多重要作物性狀的PCR分子標(biāo)記被研發(fā)出來。相信PCR分子標(biāo)記技術(shù)將更好的廣泛應(yīng)用于分子標(biāo)記輔助育種、構(gòu)建高密度的遺傳圖譜、植物遺傳多樣性的分析等各個領(lǐng)域，其必將有一個更為廣闊的應(yīng)用前景。

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（下轉(zhuǎn)35頁）

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（責(zé)編：張宏民）