分子标记辅助育种技术

分子标记辅助育种技术 分子标记辅助育种技术是在水稻、小麦、玉米、大豆、油菜等重要作物上，通过利用与目标性状紧密连锁的 DNA 分子标记对目标性状进行间接选择，以在早代就能够对目标基因的转移进行准确、稳定的选择，而且克服隐性基因再度利用时识别的困难，从而加速育种进程，提高育种效率，选育抗病、优质、高产的品种。 (一)发展回顾 我国的农作物分子标记辅助育种的研究始于90年代初，在过去的近十年时间里，取得了重要的研究进展:1.构建了水稻等作物的染色体遗传图谱;2.构建了水稻染色体物理图谱;3.利用分子标记对我国作物种质资源遗传多样性进行了初步的研究;4.对一些重要的农艺性状进行了定位、作图与标记，相应的基因克隆已在进行。 在基因组开展以来的短短的几年时间内，主要农作物的遗传连锁图的绘制均已完成。1996年我国用RFLP标记对水稻进行作图，构建了水稻12条染色体的完整连锁图。此后，又构成了有612个标记的水稻遗传连锁图，较好地满足水稻遗传育种工作的需要。除水稻之外，还绘制了谷子的RFLP连锁图。构建了大豆分子标记遗传框架图、小麦野生近缘植物小伞山羊草的连锁图以及小麦的第1、第5、第6染色体部分同源群RFLP连锁图等。 1997年，利用广陆矮4号水稻品种构建的BAC文库，建立了631个长度不同的跨叠群。用水稻遗传图谱上的RFLP标记及STS标记确定了631个跨叠群在水稻12条染色体上的位置，绘制出了水稻的染色体物理图。该物理图长为352284Kb，覆盖了水稻基因组的92%。 我国近年来对作物的重要性状，如育性基因、抗性基因及产量性状基因的作图与标记方面开展了大量研究工作。 在育性方面，找到了与光敏核不育水稻的光敏不育基因位点连锁的RFLP标记。定位了水稻不育系5460F的育性隐性单基因tms1，并找到与之紧密连锁 (1.2cM)的RFLP标记。定位水稻野败不育系恢复基因的两个主效基因Rfi3和Rfi4，初步确定了与其中Rfi3基因紧密连锁(2.7cM)的RFLP标记，并已转化为STS标记。 在我国常用的水稻广亲合品种02428中出3对广亲合基因，分别位于第2、6和12染色体上，对育性的总贡献为57%。在另一广亲和品种Dular中检测到影响杂种育性的5个QTL位点，分别位于1，3，5，6和第8染色体上。除以上两个品种外，还将一个广亲合基因定位在水稻的第11染色体上，并初步认为是一个新的广亲合基因。 另外，找到了与棉花恢复系06132R恢复基因连锁的RAPD标记OPV15300，二者之间的交换值是13.0%。 在抗性基因方面，已经定位并克隆了广谱抗性的水稻白叶枯病基因Xa21和Xa7。Xa14也已定位在水稻第4染色体上的两个分子标记RG620和G282之间。定位了R55中的抗条锈病基因，并且用分子标记证实该抗病基因来源于圆锥小麦。我国学者参与了国内外已报道的7个抗白粉病分子标记中多个基因的标记。 确定大豆抗病品种科丰1号的抗性是由一个显性抗病基因控制,通过RAPD进行分析找到了与其连锁较紧密(7.7cm)的分子标记，并转化为SCAR标记。 利用分子标记技术研究了杂合性与杂种优势的相关性，结果发现基因型杂合度与杂种优势的相关性在不同材料中现出较大的差异。发现上位性效应是杂种优势形成的重要遗传基础。 (二)主要进展 四川农业大学应用分子标记育种技术将抗稻瘟病基因[Pi-d(t)、Pi-d(t)2]和抗白叶枯病基因(Xa4、Xa21)分别导入不育系和恢复系，获得大量优质抗病保持系和不育系50个，并获得兼抗稻瘟病和白叶枯病的高产杂交水稻新组合8个，其中6个进入区试。育成稻米品质的主要指标达到国家一级米标准的新组合2个(E优540和E优532)，推广面积90万亩。 安徽省农业科学院水稻研究所育成抗白叶枯病光、温敏核不育系3418S和抗白叶枯病的BT型不育系，鉴定结果显示，上述不育系不育性稳定，不育度达标。其中3418S抗白叶枯病的能力有所增强，并且表现明显的光敏性和一定的感温性;BT型不育系皖21A和皖21B抗白叶枯病能力强，均为1级，且配合力好，所配组合米质优。实现了Xa21和Xa23基因的双聚合，得136份同时带有Xa21和Xa23基因的材料，利用田间选择与分子标记选择相结合，提高选择的准确度，利用花药培养与海南加代相结合的方法，加速稳定。同时，还实现了Xa21和Pi9基因的双聚合，得到30个同时具有Xa21和Pi9基因的纯合株系。 在小麦分子标记辅助育种方面，江苏省农业科学院农业生物遗传生理研究所筛选得到2份高抗赤霉病材料、研制出一个抗赤性超过苏麦3号的新抗源。育成了70多个优质、高产、抗赤霉病新品系，其中6个新品系已参加省区试。生选3号2001年秋扩繁800多亩，生产良种50多万斤，示范1万余亩。宁962390通过审定，是目前抗赤性最好，适宜制作面条的小麦新品种，可望在江苏、安徽、湖北等大面积推广应用。审定品种扬麦9号、生抗2号累计推广面积已超过350万亩。分别在抗源望水白、苏麦3号和宁894037上筛选到3个主效QTL，其中望水白和宁894037至今国内外尚未见报道。 中国农业科学院作物育种栽培研究所鉴定出源于粗山羊草D基因组的抗白粉病新基因 Pm-X，筛选出与该基因连锁(遗传距离约9.4?2.8 cM)的SSR标记。筛选出与源于中间偃麦草第7部分同源群染色体长臂的小麦黄矮病抗性基因Bdv2共分离的SSR和RAPD标记，用于分子标记辅助育种。将Bdv2转育到高产农艺亲本中麦16、宛7107中。在选育兼抗黄矮病、白粉病小麦品种方面，利用分子标记选择，获得具Bdv2、Pm4 、Pm13 、Pm21兼抗黄矮、白粉病的F2植株5株;将Bdv2、Pm-X 转育到中麦16、宛7107和优质小麦中优9507、郑州9023中。目前与山西科院小麦所合作，通过穿梭育种育成的临抗1号推广25万亩;与甘肃省张掖地区农科所合作，通过穿梭育种，育成的高产优质抗黄矮病小麦新品种张春19和张春20，于2001年推广243万亩。 云南农业大学通过分子标记检测技术，在国际上首创利用水稻遗传多样性控制稻瘟病方法，获得重大的突破，并受到国际著名学术刊物《自然》的高度评价。 已筛选出的51个水稻品种优化种植组合，在云南、四川等地完成358万亩大面积示范，调查结果显示，稻瘟病的防治效果在76%到96%之间，抗倒伏率100%，减少农药施用量60%以上，每亩净增产40至70公斤，社会经济效益达4亿余元。目前，在水稻遗传多样性利用品种搭配组合的分子标记筛选研究中已经筛选出S1/AS3, XLRR for/XLRR rev, Pto-Kin1/Pto-kin2, Ptofen-S/ Ptofen-AS 和NLRR for/NLRR rev等五对引物分子标记，并完成了332个品种的分子标记分析，筛选出68个组合可进一步供水稻生产上使用。 (三)热点问 1、重要农艺性状基因的精确定位以及适用分子标记的开发 许多重要农艺性状基因，例如水稻抗稻瘟病基因，仍然没有找到共分离或紧密连锁的分子标记。以PCR为基础的分子标记等适用标记的发现也是热点之一，这类适用标记的开发将有利于并加速分子标记辅助选择在作物育种中的应用。 2、分子标记辅助选择在聚合育种中的作用 由于分子标记辅助选择可以实现多种基因的累加，培育出多抗或广谱的种质或品种，因此在分子标记的利用上多个基因的导入或多个性状的同步改良已成为分子标记辅助育种的发展方向。尤其是通过与转基因技术相结合，最终实现品种设计〔Crop design〕育种理念的新突破。