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摘要 棉纤维是一种优良的天然纤维，是重要的纺织工业原料，提高棉花纤维品质对纺织工业有重要意义。对最近10年来棉花纤维品质分子标记辅助选择育种的研究状况进行了综述，针对目前存在的问题提出了相应对策。
关键词 棉花；纤维品质；分子标记辅助选择
中图分类号 TS102.2 11文献标识码A文章编号 1007-5739（2008）22-0154-02
棉花纤维是重要的纺织工业原料。随着人们对衣着要求的普遍提高，对棉花品种的纤维品质也提出了更高的要求。长期以来，育种工作者通过杂交育种的方法培育了一些具有优异纤维品质的棉花品种。最近几十年分子生物学的发展为棉花品种选育及性状改良提供了重要的选择手段，其中，通过分子标记进行纤维品质的辅助选择育种提高了选择效率。
1研究现状
1.1棉花纤维品质的分子标记发展迅速
近年来，棉花遗传图谱的构建取得了显著进展，为进一步的QTL精细定位提供了大量的标记信息。目前，世界上有多个实验室从事这方面研究。Kohel等[1]利用陆地棉品种TM-1与海岛棉品种3-79种间杂种分离群体构建了含355个DNA标记、覆盖4 766cM、分布有50个连锁群的遗传图谱。在此基础上，鉴定出13个海岛棉优质基因（QTLs），其中4个与纤维强度、3个与纤维长度、6个与纤维细度有关。这些QTLs可解释（TM-1）×（3-79）海陆杂种F2总遗传变异的35％ ～50％。进一步的研究发现，四倍体棉花的A、D基因组均含纤维品质基因，但所检测到的大部分标记在TM-1表现为隐性，需要利用分子标记技术辅助选择。Yu等[2]在构建陆地棉×海岛棉种间杂种遗传图谱的基础上，鉴定出与海岛棉优质纤维基因QTL连锁的分子标记11个：3个纤维强度、3个纤维长度、5个纤维细度。Jiang等[3]的研究证明四倍体棉（AADD）中，大部分纤维品质、产量的QTL位于D染色体亚组，而四倍体棉种中A染色体亚组的祖先是有纤维的，而D染色体亚组则是光子，没有纤维。他们鉴定出的3个纤维强度QTL可解释海陆杂种F2总遗传变异的30．9%。Shappley等[4]在陆地棉品种间杂交后代中鉴定出与纤维品质连锁的RFLP标记若干个。
2000年，南京农业大学棉花遗传育种研究室利用我国培育的一个高强纤维种质系7235材料，开展棉花优质纤维基因和QTL的分子标记的筛选。通过对213对SSR引物和1 840个RAPD引物的筛选，已筛选到了与高强纤维QTL连锁的SSR标记3个，RAPD标记5个；与纤维细度QTL连锁的RAPD标记1个。其中有1个标记的纤维强度QTL占7235×（TM-1）分离群体总遗传变异的30% 以上，而且在不同年份，不同环境表现稳定，这是目前鉴定出的控制棉花高强纤维表现的主效位点，它的鉴定为纤维品质的辅助选择乃至克隆纤维强度基因奠定了基础。该标记的纤维强度QTL的转育利用可以提高普通棉花品种的纤维强度2cN／tex左右。后来，该所获得了5个纤维强度QTLs、5个纤维长度QTLs、2个纤维细度QTLs、2个纤维伸长率QTLs。
1.2标记辅助选择的应用有一定发展
结合多年育种实践和已筛选获得的与目标性状紧密连锁的分子标记，南京农业大学棉花研究所提出了分子标记辅助目标性状聚合的回交及修饰回交聚合育种方法。利用7235优质品系、山西94-24抗虫品系为优质、抗虫性状供体，以推广品种为轮回亲本，进行了分子标记辅助轮回选择目标性状转育、分子标记辅助选择效率及遗传稳定性等方面研究。在（泗棉3号×7235）×泗棉3号BC1 F4-5 高世代群体材料培育中，利用高强主效QTL的SSR分子标记对BC1 F5同时进行高强纤维2个QTLs分子标记辅助选择，中选单株的纤维强度显著提高。用3个SSR标记同时选择2个纤维强度QTL位点，有无标记2类植株的纤维强度达到极显著差异，差数为4.34 cN／tex，比单个QTL的MAS选择效果显著提高。这表明利用分子标记技术不仅可以开展单个QTL的MAS，同时也可聚合多个主效QTLs，从而显著提高单株纤维强度。
2存在问题
2.1分子遗传图谱需进一步饱和
基于作物饱和的遗传图谱，当通过分子标记技术进行后代的基因型扫描选择时，不仅可利用目标性状分子标记辅助选择技术将有益基因导入优异作物品种中，而且可同时对亲本的基因组进行背景选择，加速栽培作物遗传改良的进程。从已构建的几套棉花遗传图谱来看，四倍体棉花种间遗传图谱比较饱和，但生产上大面积推广的陆地棉种内遗传图谱饱和度很小。
2.2缺乏适于基因组育种的分子标记
适于作物基因组育种的分子标记必须具有遗传稳定、易操作的特点；但目前在棉花中获得的基于PCR技术的目标性状分子标记数量有限，且一些标记在不同遗传背景中表现不稳定，易受遗传背景影响。因此，明确目标性状遗传机理，开发与目标性状紧密连锁的、以PCR技术为基础的标记将会加速棉花基因组育种进程。
2.3通过分子标记辅助选择大规模培育优良品系或品种的期望仍未实现
与已积累的大量基因定位的基础工作相比，迄今分子标记辅助选择技术在育种中的应用还显得很不够。一个重要原因是，人们最初普遍认为，开展标记辅助育种的第1步应该是先定位目标基因，第2步才是标记辅助选择。特别是对数量性状，认为只有在定位出所有的QTL，将其复杂的遗传基础分解成一个个独立的孟德尔因子之后，才能进行标记辅助选择。在这种思想的指导下，大多数研究的最初目的只是为了定位目标基因，在试验材料的选择上只考虑研究的方便，而没考虑与育种材料的结合。更遗憾的是，许多研究最终都只停留在目标基因的定位上，未进一步走向育种应用。调查显示，在1995~1999年期间发表的400多篇含有“marker-assisted breeding（标记辅助育种）”或“marker-assisted selection（标记辅助选择）”关键词的论文中，极少是真正有关标记辅助选择技术应用的，基本上都只是基因定位的研究。
3发展策略
3.1特异种质资源的创造、鉴定和遗传评价
通过广泛收集、生物学诱变获得优异的种质资源目标材料，进行种质资源的生物学鉴定及纤维品质遗传机理分析，进而进行标记的筛选及克隆研究，以尽快用于育种实践。
3.2纤维品质遗传特点的研究
纤维品质属于数量性状。控制数量性状遗传的多个基因其效应有主次之分。育种实践也表明，棉花纤维品质不仅易受外界环境条件影响，而且存在遗传负相关。因此，常常导致工作量大、选择效率低。以构建相关遗传图谱为基础，在全基因组水平上对相关QTL的数目、位置、效应以及QTL与QTL间、QTL与环境的互作、QTL的一因多效性等展开研究，选择最佳组合标记辅助选择。
3.3有效的MAS育种平台建立
多年的分子标记辅助育种实践表明，就纤维品质进行分子标记辅助选择，筛选到目标性状的同时，由于连锁拖累不仅带进一些不利基因，而且使群体的遗传多样性大大降低，有悖于育种家的初衷。经过多年努力，仍未能利用辅助育种完成一个优良品种的培育，至多只产生一些优良品系。同时，由于不同亲本遗传背景的差异，不同目标性状的有效聚合也需要与适合分子标记辅助育种选择的育种方法相配套。因此，分子标记辅助选择目标性状时，要最大可能地减少遗传累赘，特别是QTL筛选带来的连锁累赘；建立实用性强的高产、优质、抗病等重要农艺性状的分子标记及辅助多目标性状或多基因聚合育种平台；短期内获得一批与常规推广品种相比集高产、优质、抗病虫等目标性状于一体的新品系（新品种）是今后棉花MAS的目标。
3.4选用目前推广的优良品系或品种做起始亲本
为了使基因定位的研究成果能够尽快服务于育种，今后在研究策略上应重视与标记辅助选择相结合。在定位一个有用的主基因时，杂交亲本之一最好选用1个已推广应用的优良品种，这样在定位目标主基因的同时，即可应用标记辅助选择，使原优良品种得到改良。在聚合分散于多个育种材料中的相关基因的时候，最好以1个优良品种为共同杂交亲本，以便在基因聚合的同时，也使优良品种在抗性上得到改良，既可直接应用于生产，又可作为多个相关基因的供体亲本，用于育种。
4参考文献
[1] KOHEL R J，YU J，PARK Y H，et a1．Molecular mapping and charact erization of traits controlling fiber quality in cotton[J]．Euphitica，2001（121）：163-172.
[2] YU Z H，PARK Y H，LAZO G R，et al，Molecular Jar mapping of the cotton genuine：QTL analysis offiber quality properties[C]．Proc Beltwide cotton confz，1998．
[3] JIANG C X，WRIGHT R J，EL-ZIK K M，et a1．Poly—ploid formation created unique avenues for responseto selection in Gossypium cotton[C]．Proc Natl AcadScl，USA，1998（95）：4419-4424.
[4] SHAPPLEY Z W，JENKINS J N，ZHU J，et al.Quantitative trait loci associated with agronomic and fibertraits of uplaad cott0n[J].J Cotton Set，l990（2）：l53-163.
[5] 殷剑美，武耀廷，张军，等.陆地棉产量性状QTLs的分子标记及定位[J]．生物工程学报，2002，18（2）：162-166.
[6] 袁有禄，张天真，郭旺珍，等.棉花高品质纤维性状QTLs的分子标记筛选及其定位[J].遗传学报，2001，28（12）：1151-1161.
[7] 张天真，郭旺珍，袁有禄，等．棉花高品质性状的遗传、分子标记及其分子育种[M]．北京：中国农业科学技术出版社，2003.
[8] 张天真，郭旺珍.棉花分子育种的现状、问题与展望[J].中国农业科技导报，2007，9（2）：19-25.
关键词 棉花；纤维品质；分子标记辅助选择
中图分类号 TS102.2 11文献标识码A文章编号 1007-5739（2008）22-0154-02
棉花纤维是重要的纺织工业原料。随着人们对衣着要求的普遍提高，对棉花品种的纤维品质也提出了更高的要求。长期以来，育种工作者通过杂交育种的方法培育了一些具有优异纤维品质的棉花品种。最近几十年分子生物学的发展为棉花品种选育及性状改良提供了重要的选择手段，其中，通过分子标记进行纤维品质的辅助选择育种提高了选择效率。
1研究现状
1.1棉花纤维品质的分子标记发展迅速
近年来，棉花遗传图谱的构建取得了显著进展，为进一步的QTL精细定位提供了大量的标记信息。目前，世界上有多个实验室从事这方面研究。Kohel等[1]利用陆地棉品种TM-1与海岛棉品种3-79种间杂种分离群体构建了含355个DNA标记、覆盖4 766cM、分布有50个连锁群的遗传图谱。在此基础上，鉴定出13个海岛棉优质基因（QTLs），其中4个与纤维强度、3个与纤维长度、6个与纤维细度有关。这些QTLs可解释（TM-1）×（3-79）海陆杂种F2总遗传变异的35％ ～50％。进一步的研究发现，四倍体棉花的A、D基因组均含纤维品质基因，但所检测到的大部分标记在TM-1表现为隐性，需要利用分子标记技术辅助选择。Yu等[2]在构建陆地棉×海岛棉种间杂种遗传图谱的基础上，鉴定出与海岛棉优质纤维基因QTL连锁的分子标记11个：3个纤维强度、3个纤维长度、5个纤维细度。Jiang等[3]的研究证明四倍体棉（AADD）中，大部分纤维品质、产量的QTL位于D染色体亚组，而四倍体棉种中A染色体亚组的祖先是有纤维的，而D染色体亚组则是光子，没有纤维。他们鉴定出的3个纤维强度QTL可解释海陆杂种F2总遗传变异的30．9%。Shappley等[4]在陆地棉品种间杂交后代中鉴定出与纤维品质连锁的RFLP标记若干个。
2000年，南京农业大学棉花遗传育种研究室利用我国培育的一个高强纤维种质系7235材料，开展棉花优质纤维基因和QTL的分子标记的筛选。通过对213对SSR引物和1 840个RAPD引物的筛选，已筛选到了与高强纤维QTL连锁的SSR标记3个，RAPD标记5个；与纤维细度QTL连锁的RAPD标记1个。其中有1个标记的纤维强度QTL占7235×（TM-1）分离群体总遗传变异的30% 以上，而且在不同年份，不同环境表现稳定，这是目前鉴定出的控制棉花高强纤维表现的主效位点，它的鉴定为纤维品质的辅助选择乃至克隆纤维强度基因奠定了基础。该标记的纤维强度QTL的转育利用可以提高普通棉花品种的纤维强度2cN／tex左右。后来，该所获得了5个纤维强度QTLs、5个纤维长度QTLs、2个纤维细度QTLs、2个纤维伸长率QTLs。
1.2标记辅助选择的应用有一定发展
结合多年育种实践和已筛选获得的与目标性状紧密连锁的分子标记，南京农业大学棉花研究所提出了分子标记辅助目标性状聚合的回交及修饰回交聚合育种方法。利用7235优质品系、山西94-24抗虫品系为优质、抗虫性状供体，以推广品种为轮回亲本，进行了分子标记辅助轮回选择目标性状转育、分子标记辅助选择效率及遗传稳定性等方面研究。在（泗棉3号×7235）×泗棉3号BC1 F4-5 高世代群体材料培育中，利用高强主效QTL的SSR分子标记对BC1 F5同时进行高强纤维2个QTLs分子标记辅助选择，中选单株的纤维强度显著提高。用3个SSR标记同时选择2个纤维强度QTL位点，有无标记2类植株的纤维强度达到极显著差异，差数为4.34 cN／tex，比单个QTL的MAS选择效果显著提高。这表明利用分子标记技术不仅可以开展单个QTL的MAS，同时也可聚合多个主效QTLs，从而显著提高单株纤维强度。
2存在问题
2.1分子遗传图谱需进一步饱和
基于作物饱和的遗传图谱，当通过分子标记技术进行后代的基因型扫描选择时，不仅可利用目标性状分子标记辅助选择技术将有益基因导入优异作物品种中，而且可同时对亲本的基因组进行背景选择，加速栽培作物遗传改良的进程。从已构建的几套棉花遗传图谱来看，四倍体棉花种间遗传图谱比较饱和，但生产上大面积推广的陆地棉种内遗传图谱饱和度很小。
2.2缺乏适于基因组育种的分子标记
适于作物基因组育种的分子标记必须具有遗传稳定、易操作的特点；但目前在棉花中获得的基于PCR技术的目标性状分子标记数量有限，且一些标记在不同遗传背景中表现不稳定，易受遗传背景影响。因此，明确目标性状遗传机理，开发与目标性状紧密连锁的、以PCR技术为基础的标记将会加速棉花基因组育种进程。
2.3通过分子标记辅助选择大规模培育优良品系或品种的期望仍未实现
与已积累的大量基因定位的基础工作相比，迄今分子标记辅助选择技术在育种中的应用还显得很不够。一个重要原因是，人们最初普遍认为，开展标记辅助育种的第1步应该是先定位目标基因，第2步才是标记辅助选择。特别是对数量性状，认为只有在定位出所有的QTL，将其复杂的遗传基础分解成一个个独立的孟德尔因子之后，才能进行标记辅助选择。在这种思想的指导下，大多数研究的最初目的只是为了定位目标基因，在试验材料的选择上只考虑研究的方便，而没考虑与育种材料的结合。更遗憾的是，许多研究最终都只停留在目标基因的定位上，未进一步走向育种应用。调查显示，在1995~1999年期间发表的400多篇含有“marker-assisted breeding（标记辅助育种）”或“marker-assisted selection（标记辅助选择）”关键词的论文中，极少是真正有关标记辅助选择技术应用的，基本上都只是基因定位的研究。
3发展策略
3.1特异种质资源的创造、鉴定和遗传评价
通过广泛收集、生物学诱变获得优异的种质资源目标材料，进行种质资源的生物学鉴定及纤维品质遗传机理分析，进而进行标记的筛选及克隆研究，以尽快用于育种实践。
3.2纤维品质遗传特点的研究
纤维品质属于数量性状。控制数量性状遗传的多个基因其效应有主次之分。育种实践也表明，棉花纤维品质不仅易受外界环境条件影响，而且存在遗传负相关。因此，常常导致工作量大、选择效率低。以构建相关遗传图谱为基础，在全基因组水平上对相关QTL的数目、位置、效应以及QTL与QTL间、QTL与环境的互作、QTL的一因多效性等展开研究，选择最佳组合标记辅助选择。
3.3有效的MAS育种平台建立
多年的分子标记辅助育种实践表明，就纤维品质进行分子标记辅助选择，筛选到目标性状的同时，由于连锁拖累不仅带进一些不利基因，而且使群体的遗传多样性大大降低，有悖于育种家的初衷。经过多年努力，仍未能利用辅助育种完成一个优良品种的培育，至多只产生一些优良品系。同时，由于不同亲本遗传背景的差异，不同目标性状的有效聚合也需要与适合分子标记辅助育种选择的育种方法相配套。因此，分子标记辅助选择目标性状时，要最大可能地减少遗传累赘，特别是QTL筛选带来的连锁累赘；建立实用性强的高产、优质、抗病等重要农艺性状的分子标记及辅助多目标性状或多基因聚合育种平台；短期内获得一批与常规推广品种相比集高产、优质、抗病虫等目标性状于一体的新品系（新品种）是今后棉花MAS的目标。
3.4选用目前推广的优良品系或品种做起始亲本
为了使基因定位的研究成果能够尽快服务于育种，今后在研究策略上应重视与标记辅助选择相结合。在定位一个有用的主基因时，杂交亲本之一最好选用1个已推广应用的优良品种，这样在定位目标主基因的同时，即可应用标记辅助选择，使原优良品种得到改良。在聚合分散于多个育种材料中的相关基因的时候，最好以1个优良品种为共同杂交亲本，以便在基因聚合的同时，也使优良品种在抗性上得到改良，既可直接应用于生产，又可作为多个相关基因的供体亲本，用于育种。
4参考文献
[1] KOHEL R J，YU J，PARK Y H，et a1．Molecular mapping and charact erization of traits controlling fiber quality in cotton[J]．Euphitica，2001（121）：163-172.
[2] YU Z H，PARK Y H，LAZO G R，et al，Molecular Jar mapping of the cotton genuine：QTL analysis offiber quality properties[C]．Proc Beltwide cotton confz，1998．
[3] JIANG C X，WRIGHT R J，EL-ZIK K M，et a1．Poly—ploid formation created unique avenues for responseto selection in Gossypium cotton[C]．Proc Natl AcadScl，USA，1998（95）：4419-4424.
[4] SHAPPLEY Z W，JENKINS J N，ZHU J，et al.Quantitative trait loci associated with agronomic and fibertraits of uplaad cott0n[J].J Cotton Set，l990（2）：l53-163.
[5] 殷剑美，武耀廷，张军，等.陆地棉产量性状QTLs的分子标记及定位[J]．生物工程学报，2002，18（2）：162-166.
[6] 袁有禄，张天真，郭旺珍，等.棉花高品质纤维性状QTLs的分子标记筛选及其定位[J].遗传学报，2001，28（12）：1151-1161.
[7] 张天真，郭旺珍，袁有禄，等．棉花高品质性状的遗传、分子标记及其分子育种[M]．北京：中国农业科学技术出版社，2003.
[8] 张天真，郭旺珍.棉花分子育种的现状、问题与展望[J].中国农业科技导报，2007，9（2）：19-25.