分子標(biāo)記技術(shù)在玉米種質(zhì)類群劃分中的應(yīng)用

李向龍 吳忠義 張曉東 張中寶 張立全

摘要 玉米種質(zhì)資源是玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前提和基礎(chǔ)，但優(yōu)質(zhì)資源匱乏已成為當(dāng)前玉米育種工作的瓶頸。綜述了玉米種質(zhì)資源類群劃分在表型水平和分子水平上的4種方法，指出分子標(biāo)記技術(shù)在玉米種質(zhì)類群劃分中的優(yōu)勢及其進(jìn)一步改良的措施，并對該技術(shù)在未來玉米種質(zhì)資源劃分中的廣泛應(yīng)用提出建議和展望。

關(guān)鍵詞 玉米種質(zhì)資源;分類;表型鑒定;生化指標(biāo);分子標(biāo)記

中圖分類號 S513 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A ?文章編號 0517-6611（2015）03-041-03

Application of Molecular Markers in Classification of Maize Germplasm Population

LI Xianglong， WU Zhongyi， ZHANG Xiaodong et al

（Beijing Agricultural Biotechnology Research Center， Beijing 100097）

Abstract Maize germplasm resource is the premise and foundation of the development of maize industry. However， the lack of excellent resources has become the bottleneck of maize breeding.This paper reviews four methods in the phenotypic and molecular level of maize germplasm groups classification， and indicates the advantages of molecular marker technology and the further improvement measures. Finally， suggestions and expecting on the further applications of this technology were proposed.

Key words Maize germplasm resourcse; Classification; Phenotype identification; Biochemical criterion; Polymorphic markers

基金項(xiàng)目 國家十一五轉(zhuǎn)基因重大專項(xiàng)（No.2008ZX08003001）。

作者簡介 李向龍（1981- ），男，蒙古族，內(nèi)蒙古磴口人，助理研究員，碩士，從事于玉米轉(zhuǎn)基因育種。

收稿日期 20141203

玉米是全球第一大谷物，在國內(nèi)外糧食經(jīng)濟(jì)中占據(jù)舉足輕重的地位。種質(zhì)資源是玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前提和基礎(chǔ)，然而國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)、高配合力、廣適應(yīng)性的種質(zhì)資源相對匱乏，這成為玉米育種工作發(fā)展的瓶頸，且資源利用率也很低，即使在育種水平較高的美國，目前所利用的玉米種質(zhì)資源還不到總資源量的5%^[1-2]。近年來，隨著玉米育種業(yè)競爭的日益激烈，各國對玉米育種的研究思路逐漸向豐富種質(zhì)資源和準(zhǔn)確劃分資源類群轉(zhuǎn)變。

玉米在表型水平和分子水平上差異都較大，如果依據(jù)這兩方面將種質(zhì)資源劃分為不同類群，便可有預(yù)見性的選配組合，提高育種效率，同時也可提高玉米雜種優(yōu)勢利用的水平。筆者綜述了玉米種質(zhì)資源類群劃分的幾種方法，并論述分子多態(tài)性標(biāo)記技術(shù)在劃分玉米種質(zhì)資源的優(yōu)勢及其改進(jìn)方法，旨在為玉米種質(zhì)資源類群劃分及其雜種優(yōu)勢利用提供方法和思路。

1 玉米種質(zhì)資源類群劃分的方法

玉米種質(zhì)資源類群的劃分有許多方式，歸納起來主要從兩方面進(jìn)行分類，分別是表型性狀鑒定和分子水平檢測。前者主要對玉米種質(zhì)資源本身及雜交后代的農(nóng)藝性狀表型特征考察進(jìn)行分類，后者主要對玉米種質(zhì)的蛋白質(zhì)等生化指標(biāo)的測定和DNA序列的多態(tài)性比對進(jìn)行分類。

1.1 基于外部表型性狀的分類

玉米種質(zhì)資源間外部性狀和生育時期等農(nóng)藝性狀具有不同差異，且種質(zhì)間差異越大，兩者間的特殊配合力和一般配合力就越大。該類方法是基于玉米種質(zhì)的這一特性對種質(zhì)資源的形態(tài)特征及后代相關(guān)性狀的配合力測定，從而達(dá)到對玉米種質(zhì)資源類群劃分的目的。

1.1.1 農(nóng)藝性狀鑒定分類法。根據(jù)表型農(nóng)藝性狀的差異值，對各種質(zhì)資源進(jìn)行歸類，計算出性狀間的遺傳距離，然后進(jìn)行聚類分析，可將種質(zhì)資源分為若干類群。孫發(fā)明等^[3]根據(jù)葉部和根部性狀、抗病性、早衰程度等表現(xiàn)，對我國38份飼用玉米進(jìn)行分析，初步劃分出七大種質(zhì)類群，并確定了78599改良系是飼用玉米的核心種質(zhì)。王振華等^[4]從植株形態(tài)、生育時期、籽粒性狀以及產(chǎn)量等方面考察了54個玉米種質(zhì)，確定了供試類群間在形態(tài)性狀方面的差異，并將所測驗(yàn)材料劃分為四大類群。袁昊^[5]通過考察15個表型性狀計算出82個玉米自交系的歐式遺傳距離，各自交系間的平均遺傳距離變異在9.05～146.23，說明供試自交系具有較為豐富的遺傳多樣性，并將這些自交系分為6個類群。Harada等^[6]對40份玉米材料分析了其穗部性狀、產(chǎn)量等18個表型性狀，聚類分析后將這些材料分為8個類群。Gouesnard等^[7]對從法國本土搜集到的262份玉米種質(zhì)粒型、穗部、熟期等性狀進(jìn)行主成分分析，將這些供試材料分為4大類群。

1.1.2 雜交種配合力測定分類法。目前，很多研究者將玉米種質(zhì)資源相互間組合選配，根據(jù)雜交后代的表型性狀測定其配合力，并依據(jù)配合力值進(jìn)行聚類分析，將種質(zhì)資源進(jìn)行分類。

近年來，一些新型分子標(biāo)記技術(shù)大量涌現(xiàn)，如單核甘酸多態(tài)性（SNP）、序列特異性擴(kuò)增區(qū)（SCAR）及酶切擴(kuò)增多態(tài)性序列（CAPS）等，這些技術(shù)的誕生也為玉米種質(zhì)資源類群劃分提供了更多的選擇途徑。

2.2 分子標(biāo)記分類法的優(yōu)勢

玉米種質(zhì)資源類群劃分是否合理，直接影響玉米育種水平、種質(zhì)改良進(jìn)程和選育高產(chǎn)組合的效率。20世紀(jì)70年代前，種質(zhì)類群的劃分主要靠親緣關(guān)系、形態(tài)標(biāo)記以及雜交后代的雜種優(yōu)勢表現(xiàn)和變異程度等方法，但這些方法有一定的主觀因素，結(jié)果準(zhǔn)確性不能得到保證，且費(fèi)時費(fèi)力;而蛋白質(zhì)和同工酶的測定標(biāo)記雖然能進(jìn)行種質(zhì)資源的劃分，但種質(zhì)間差異不很明顯的多態(tài)性又難以鑒定，因此育種家們一直在尋求更為經(jīng)濟(jì)有效的方法。

遺傳物質(zhì)DNA在玉米種質(zhì)間穩(wěn)定遺傳，不受環(huán)境影響。玉米種質(zhì)間DNA序列的差異可直接反映種群的差異，也是劃分玉米種質(zhì)資源的可靠基礎(chǔ)^[33]。分子輔助標(biāo)記分類方法在此基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生，它排除了生物發(fā)育階段和環(huán)境的影響，可一次性批量劃分種質(zhì)群體，確定其雜種優(yōu)勢類群，可以檢測出豐富的多態(tài)性，方法靈敏度高，結(jié)果可靠，有較高的可重復(fù)性，成本低且可控，這些特性是上述2種分類法不可比擬的?？梢灶A(yù)見，該方法將作為今后玉米種質(zhì)資源劃分的主要手段。

3 分子標(biāo)記技術(shù)的建議和展望

玉米種質(zhì)資源對于提高玉米雜種優(yōu)勢水平具有至關(guān)重要的作用，合理劃分玉米種質(zhì)類群，建立相應(yīng)的雜種優(yōu)勢模式，才能有針對性地改良玉米種質(zhì)和選配雜交組合，選出適應(yīng)生產(chǎn)要求的強(qiáng)優(yōu)勢雜交種。分子標(biāo)記技術(shù)應(yīng)用于種質(zhì)資源類群劃分中，其具有的特性比表型鑒定和生化測定方法有很強(qiáng)的優(yōu)勢，對于未來玉米育種產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有很高的實(shí)用性。

不同分子標(biāo)記技術(shù)各有優(yōu)勢，所以應(yīng)針對不同研究目的選擇合適的分子標(biāo)記技術(shù)。此外，筆者認(rèn)為所有對玉米種質(zhì)資源類群的劃分都是為了更好地將其應(yīng)用于育種實(shí)踐，通過分子標(biāo)記技術(shù)檢測DNA的多態(tài)性，進(jìn)而對玉米種質(zhì)資源進(jìn)行類群劃分，因此該技術(shù)還必須與傳統(tǒng)試驗(yàn)技術(shù)和育種工作相結(jié)合，才能最大限度地發(fā)揮其作用，提高種質(zhì)資源的雜種優(yōu)勢利用效率，實(shí)現(xiàn)玉米育種的規(guī)范化和可持續(xù)性發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] LU Y L，YAN J B，CLAUDIA T.Molecular characterization of global maize breeding germplasm based on genomewide single nucleotide polymorphisms[J]. ? ? Theoretical and Applied Genetics，2009，120：93-115.

[2] TROYER A E.Adaptedness and heterosis in comand mule hybrids Crop[J].Sci，2006，46（2）：528-541.

[3] 孫發(fā)明，于明彥，焦仁海，等.我國飼用玉米種質(zhì)資源的類群劃分、應(yīng)用與創(chuàng)新[J].種子科技，2007，25（4）：34-36.

[4] ?王振華，張新.我國玉米骨干自交系形態(tài)性狀的鑒定與評價[J].玉米科學(xué)，2004，12（2）：7-9.

[5] ?袁昊.82份玉米自交系遺傳多樣性分析及部分指紋圖譜構(gòu)建[D].雅安：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

[6] ?HARADA K，VAN HUAN N，UENO H，et al.Classification of maize landraces from shikooku and Kyushu，Japan，based on phenotypic characteristics [J].Japan Agricultural Research Quarterly，2009，43（3）：213-220.

[7] GOUESNARD B，DALLARD J，PANOUILLE A，et al.Classification of French maize populations based on morphological traits[J].Agronomie，1997，17：491-498.

[8] ?史桂榮.東北早熟春玉米主要種質(zhì)優(yōu)勢類群的劃分[J].玉米科學(xué)，2001，9（4）：27-30.

[9] ?張新，王義波，王振華，等.常用玉米自交系優(yōu)勢類群劃分及種質(zhì)創(chuàng)新[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2000，16（3）：20-22.

[10] ?印志同，薛林，鄧德祥，等.玉米自交系性狀的聚類分析[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，2004，17（5）：563-566.

[11] ?張 新，王振華，張前進(jìn)，等.我國玉米主要品質(zhì)性狀的測定與分析[J].玉米科學(xué)，2006，14（3）：36-39.

[12] ?杜月紅，于永濤，石云素，等.應(yīng)用A-PAGE技術(shù)研究玉米自交系資源種子蛋白的遺傳多樣性[J].植物遺傳資源學(xué)報，2007，8（4）：430-435.

[13] ?MLADENOVIC DRINIC S，DEMIC G，KONSTANTINOVS K.Genetic relationship among maize genotypes based on embryo protein markers[J].MNL，1999，73：11-12.

[14] ?張曉芳 玉米種質(zhì)資源品質(zhì)性狀的鑒定與評價[J].玉米科學(xué)，2006，14（1）：18-20.

[15] ?張文龍，徐如宏，戴保威，等.利用醇溶蛋白APAGE技術(shù)劃分玉米自交系群[J].山地農(nóng)業(yè)生物學(xué)報，2003，22（4）：283-286.

[16] ?陳景堂，池書敏，馬占元，等.應(yīng)用清蛋白PAGE技術(shù)進(jìn)行玉米自交系類群劃分的初步研究[J].玉米科學(xué)，2001，9（2）：18-21.

[17] ?BUCKLER E S，THORNSBERRY J M.Plant molecular diversity and applications to genomics[J].Current Opinion in Plant Biology，2002，5：107-111.

[18] ?SMITH O S，SMITH J S C，BOWEN S L，et al.Similarities among a group of elite maize as measured by pedigree，F(xiàn)1 grain yield，grain yield heterosis，and ?RFLPs[J].Theor Appl Genet，1990，80：833-840.

[19] ?STUBER C W，LINCOLN S E，WOLFF D W，et al.Identification of genetic factors contributing to heterosis in a hybrid from two elite maize inbred lines using molecular markers[J].Genetics，1992，132：823-839.

[20] ?ENOKI H，SATO H，KOINUMA K.SSR analysis of genetic diversity among maize inbred lines adapted to cold regions of Japan[J].Theor Appl Genet，2002，104：1270-1277.

[21] ?張莉，岳競之，張春榮，等.基于SSR標(biāo)記的玉米群體豫綜5號遺傳多樣性分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2011（11）：107-109，111.

[22] ?段運(yùn)平，陳衛(wèi)國，李明順，等.利用SSR標(biāo)記分析27個玉米群體的遺傳關(guān)系[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，39（6）：1102-1113.

[23] ?趙瑞芳，侯本軍，庫麗霞，等.利用SSR標(biāo)記分析12個玉米群體的遺傳關(guān)系[J].玉米科學(xué)，2012，20（2）：33-36，40.

[24] ?孫致良，張超良，金德敏，等.RAPD技術(shù)在玉米自交系親緣關(guān)系研究中的應(yīng)用[J].遺傳學(xué)報，1999，26（1）：61-68.

[25] ?雷開榮，吳紅，林清，等.基于SSRPCR標(biāo)記的不同種群玉米種質(zhì)遺傳多樣性研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2009，25（10）：22-28.

[26] ?李新海，袁力行，李曉輝，等.利用SSR標(biāo)記劃分70份我國玉米自交系的雜種優(yōu)勢群[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，36（6）：622-627.

[27] ?駢躍斌，許晶，武巖軍，等.SSR分子標(biāo)記技術(shù)在玉米雜種優(yōu)勢群劃分中的應(yīng)用[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（5）：439-441，444.

[28] ?吳敏生，王守才，戴景瑞.AFLP分子標(biāo)記在玉米優(yōu)良自交系優(yōu)勢群劃分中的應(yīng)用[J].作物學(xué)報，2000，26（1）：8-13.

[29] ?盧振宇，李明順，謝傳曉，等.玉米葉片DNA快速提取方法改進(jìn)研究[J].玉米科學(xué)，2008，16（2）：50-53，55.

[30] 王幫太，申?duì)N庭，張建尊，等.玉米微量PCR反應(yīng)體系研究[J].玉米科學(xué)，2009，17（4）：29-31.

[31] ?王鳳格，趙久然，郭景倫，等 一種改進(jìn)的玉米SSR標(biāo)記的PAGE/快速銀染檢測新方法本研究[J].農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報，2004，12（5）：606-607.

[32] ?劉平武，李赟，蔡 強(qiáng)，等.AFLP分子標(biāo)記技術(shù)的改進(jìn)[J].生物技術(shù)通報，2006（S1）：255-259，271.

[33] ?黃素華，滕文濤，王玉娟，等.利用SSR標(biāo)記分析玉米輪回選擇群體的遺傳多樣性[J].遺傳學(xué)報，2004，31（1）：73-80.

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