分子标记辅助选择在玉米育种中的应用

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  分子标记的应用极大地提高了性状选择的效率和准确性,在玉米育种中,分子标记辅助选择是通过分析与目标基因紧密连锁的分子标记来判断目标基因是否存在,大大加速目标基因的转移和利用,从而提高回交育种的效率,较早淘汰不利相关性状,设计和培育理想品种,其快速、准确的优越性已在实践中表现。
  1 分子标记辅助选择在玉米育种中的应用
  1.1 品质性状
  利用分子标记辅助选择在优质蛋白、高赖氨酸等品质性状上取得一定进展。白鹏飞等(2011)利用分子标记辅助选择构建QPM近等基因系,以phi057为特异性引物,对90个回交群体各世代进行选择,构建出一批来自不同遗传背景的QPM近等基因系。梁国虎等(2011)利用基因内的分子标记获得的聚合家系不仅保持了良好的糯性,还显著提高了赖氨酸含量。杨耀迥等(2010)利用与糯玉米隐性基因(w)x紧密连锁的3对SSR标记phio22、phio27和phio61进行辅助选择选育,在甜质S1家系早代实现了隐性纯合wxwx基因的分子标记辅助选择。
  1.2 丝黑穗病
  玉米丝黑穗病是东北地区玉米的限制性病害,每年给农业生产造成巨大的损失。石红良等(2005)以Mo17(抗)×黄早四(感)分离群体,检测到一致性的QTL分别位于Bin 2.09和3.04上。吉林省农科院与中国农大合作玉米丝黑穗病基因定位,已将主效QTLqHSR1定位在第2染色体bin2.09区段内,找到主效QTL,解释36%的表型变异。在主效QTL区域发展高密度分子标记,继续精细定位,最终将主效QTL限定在分子标记STS6及STS8的170 kb范围内,此区间发展14个分子标记。吉海莲等(2007,2012)采用元分析技术,获得2个“一致性”抗病QTL,并选用抗玉米丝黑穗病自交系Mo17和SH15为供体,与受体感病自交系黄早四和昌7-2构建回交群体(BC3F1\BC4F2),通过连锁不平衡分析,在染色体2.09和3.04区段发掘和验证2个抗玉米丝黑穗病主效QTL,连锁标记分别为umc2077和phio53或bnlg1965。
  综合目前的研究,基本确定2.09位置存在一个主效QTL,基于这个研究结果,国内各单位开展了分子育种工作。周洪昌等(2011)选用吉1037为供体亲本,京24为受体亲本,基于荧光毛细管电泳检测系统,最终筛选出两对前景引物(MZAI,661)和45对背景引物用于标记辅助选择。
  在抗玉米丝黑穗病分子育种方面,吉林省农科院取得了较好的成绩。邢跃先等(2011)采用常规的杂交、回交、自交技术与分子标记辅助选择相结合,创建黄早四抗玉米丝黑穗病近等基因,入选的25个抗病黄早四近等基因系发病率均小于10%,从而解决了黄早四不抗玉米丝黑穗病的难题。
  1.3 粗缩病
  粗缩病是我国黄淮海区的重要病害,近年来对产量造成严重损失。在粗缩病分子育种方面,陈艳萍等(2008)对自交系苏951(感)和87-1(抗)的P1、P2、F1和F2群体进行了粗缩病抗病性鉴定,筛选出umc1155、umc1505这2个标记可能与抗性基因有关。马侠等(2010)对与玉米抗粗缩病相关基因共分离的RAPD标记S37和S86扩增的产物进行克隆与测序,设计多对引物,以感病自交系478和抗病自交系齐319、P138和H21为材料进行PCR扩增,表明STS-PCR标记Ⅰ-2和Ⅱ-4可直接用于玉米抗粗缩病的分子标记辅助选择育种。
  1.4 纹枯病
  纹枯病是我国西南地区的主要病害。在分子标记研究上,已经进行了标记辅助选择。杨华等(2005)用抗玉米纹枯病自交系CML270和感病自交系478回交群体,检测到玉米纹枯病抗病指数主效QTL位点3个,2个位于第1染色体,1个位于第7染色体上,分别解释表型变异的18%-20%。
  1.5 其他病害
  此外,在其他玉米病害上,也取得了较好的进展。曹国辉等(2009)采用集团混合分组分析法,从100对AFLP引物组合中筛选出54对在抗感基因池间呈多态性的引物,进一步在组建抗灰斑病池和感灰斑病池的20份自交系之间检测到8个多态性片段。通过片段的回收、克隆和测序,将其中的P51M38-100扩增片段转化为SCAR标记(SCAR-100),卡方测验表明SCAR-100标记与抗灰斑病显著相关。利用Mo17×黄早四和X178×B73群体将该标记定位于第3染色体上,分别位于SSR标记umc1399-bnlg1754和umc1320-bnlg1754之间。
  2 展望
  尽管十多年来,分子育种的理讼研究已取得了很大发展,但凭借分子标记辅助选择手段育成品系或品种的报道还相对较少,目前分子标记辅助选择主要还是应用于单基因遗传性状的改良育种上,在数量性状改良应用上还有所限制。分子标记辅助选择已经成功地应用于主效基因的导入和聚合,然而,要将该方法用于复杂性状的分子标记辅助选择,还有许多挑战。许多技术及资金等方面的因素限制了分子育种推广的速度和范围。目前,分子育种项目产出较低,可能是由于缺少大规模、低成本的SNP鉴定体系,以及足够的基因标记和目标性状的QTL定位,同时也反映出植物育种的周期较长。虽然目前分子标记辅助选择主要限于基础研究领域.与实践结合较少,但是可以预见,在不久的将来,分子标记技术对中国玉米将会产生深远的影响。
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