作物分子标记辅助选择的研究进展、影响因素及其发展策略

作物分子标记辅助选择的研究进展、影响因素及其发展策略

作者：刘志文  傅廷栋  等

  出处：见正文  发布时间：2006-1-5  10:52:41　(原作发表时间：  )

　　选择是育种中最重要环节之一，传统育种方法是通过表现型间接对基因型进行选择，这种选择方法存在周期长、效率低等许多缺点。最有效的选择方法应是直接依据个体基因型进行选择，分子标记的出现为这种直接选择提供了可能。借助分子标记达到对目标性状基因型选择的方法称为分子标记辅助选择  (molecular-assisted  selection，MAS)，包括对目标基因跟踪即前景选择  (foreground  selection)或正向选择，和对遗传背景选择  (background  selection)，也称负向选择。背景选择可加快遗传背景恢复速度，缩短育种年限和减轻连锁累赘的作用。

1  分子标记辅助选择  (MAS)  的主要进展

　　近年来基因组研究的迅速发展为许多农作物提供了大量分子标记技术和多种多样的检测手段，使得  MAS  应用于作物遗传改良已成为现实，并已取得了长足进展，主要集中体现在以下几个方面。

1.1  基因聚合  (gene  pyramiding)

　　作物的有些农艺性状(抗病等)表达呈基因累加作用，即集中到某一品种中同效基因越多则性状表达越充分。基因聚合  (gene  pyramiding)  就是将分散在不同品种中的优良性状基因通过杂交、回交、复合杂交等手段聚合到同一个品种中。在这一过程中，一般只考虑目标基因(前景)选择而不进行背景选择。

　　最成功的例子是抗病基因聚合。在水稻抗白叶枯病上，Huang  等(1997)运用  MAS  技术分别将2～4个白叶枯病抗性基因  Xa4，xa5、xa13  和  Xa21  聚合到同一水稻  (Oryza  sativa)  品种中。在水稻抗稻瘟病上，Hittalmani  等(2000)选用3个含单抗性基因的近等基因系分别两两杂交，从  F2  代选到含有两个抗性基因的植株，然后将各含两个抗病基因的单株继续聚合杂交，从  F2  代选到了同时含有  Pil/Piz-5/Pita  的改良单株。在小麦抗性基因聚合上，王心宇  等(2001)利用与白粉病抗性基因  Pm2、Pm4a、Pm8  和  Pm21  紧密连锁的  RFLP  (restriction  fragment  length  polymorphism)  和  SCAR  (sequence  characterized  amplified  region)  标记进行  MAS，选到分别聚合两个抗性基因的植株。

　　此外，柳李旺  等(2003)将棉花  (Gossypium  hirsutum)  胞质雄性不育恢复系  0-613-2R  与转  Bt  基因抗虫棉  R019  (轮回亲本)杂交、回交产生  BC2  群体。利用  CMS  恢复基因  Rf1  紧密连锁的3个  SSR  (single  soquence  repeats)  标记和  Bt  基因特异的  STS  (sequence  tagged  site)  标记进行  MAS，培育出聚合有  Rf1  和  Bt  基因抗虫棉恢复系。

1.2  基因转移  (gene  transfer)

　　基因转移  (gene  transfer)  或称基因渗入  (gene  transgression)  是指将供体亲本中有用基因(即目标基因)转移或渗入到受体亲本遗传背景中，从而达到改良受体亲本个别性状的目的。育种过程中将分子标记技术与回交育种相结合，可以快速地将与分子标记连锁的基因转移到另一个品种中，在这一过程中可同时进行前景和背景选择。

　　Chen  等(2000)以  IRBB21  为供体材料，对生产上广泛使用的‘明恢63’进行  MAS  改良，找到4个与  Xa21  紧密连锁的  PCR  标记。其中  RGl03、248  与  Xa21  共分离，C189、AB9  分别在  Xa21  两侧0.8  cM  和3.0  cM  处，并且选用了标记间最大图距不超过30  cM  均匀分布于每条染色体的128个  RFLP  标记用于背景选择。通过两代正向选择和负向选择，将导入片段限定在3.8  cM  以内。在  BC3F1  代的250个抗性单株中，运用  RFLP  标记选择到2株除目标区域外遗传背景完全恢复为‘明恢63’的个体，自交一代后运用标记248选出基因型纯合的抗病单株，从而得到改良的‘明恢63’。彭应财  等(2003)和童海军  等(2003)选育出抗病  (Xa21)  审定组合协优218和Ⅱ优8220。王春明  等(2003)利用抗叶蝉基因  Grh2  的  CAPS  (cleaved  auplified  plfmorphism  sequence)  标记，选出聚合抗叶蝉基因的水稻重要中间材料。Liu  等(2003)应用  MAS  技术将抗稻瘟病基因  Pil  回交转到‘珍汕97’中，得到背景恢复达97.01％的抗病材料。王新望  等(2000)利用3个SCAR  标记对  5Bphlb  。单体进行  MAS，仅3个世代就获得了3个冬小麦  (Triticum  aestivum)  phlb  中间育种系，大大缩短小麦育种年限，加快了育种进程。夏军红  等(2002)通过  MAS  与传统选育相结合的手段，将玉米  (Zay  mays)  S  组  CMS  恢复主效基因  Rf3  进行有效转移，选出新型的恢复系  MO17  (Rf3)  和  HZ85  (Rf3)。   (责任编辑：泉水)

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