业务专题报告(一)
棉花重要性状分子标记的研究进展
专业:农学专业 年级:农学09-(1)班 学生姓名:田景荣
棉花重要性状分子标记的研究进展
关键词: 棉花; 分子标记; 研究进展 1 分子标记的分类、优点及应用1980 年人类遗传学家首次提出了DNA 片段长度多态性(RFLP) 概念并指出RFLP 可作为遗传标记, 从此开始了利用DNA 多态性的分子标记技术。在20 多年的时间里, 已经发展了多种基于DNA 多态性的分子标记技术。根据标记方式的不同, 可将DNA 分子标记分为三大类: 一类是基于分子杂交的多态性; 一类是基于PCR 反应的多态性;一类是以目的DNA 顺序为基础的DNA 标记。与以往的任何标记形式相比, 分子标记具有以下优越性: (1) 采用DNA 为实验材料, 在植物体的各个组织、各发育时期均可检测到, 不受季节、环境; (2) 数量多, 遍及整个基因组; (3) 多态性高;(4) 不影响目标性状的表达, 与不良性状无必然的连锁; (5) 有许多的分子标记表现为共显性, 能够鉴别出纯合基因型与杂合基因型, 提供完整的遗传信息。棉花上的分子标记研究起步较晚, 但发展很快,已经广泛应用于包括种质资源多样性研究、遗传图谱的构建和重要农艺性状的分子标记等许多方面。 2 棉花分子标记研究进展 2. 1 棉花产量性状的标记
目前统计到有关产量的分子标记为47 个, 主效基因为4 个, 其中2 个是铃重, 2 个是衣分。在第一张以研究短季棉为主的包含43 个标记的遗传连锁图上, 同时检测到12 个与短季棉早熟性相关的QTL , 其中8 个簇状分布在同一个连锁群上, 找到对表型变异贡献率在30% 以上与全生育期、霜前花率和开花期有关的Q TL 各1 个[ 1 ]。以置换了海岛棉第16 号染色体的陆地棉置换系与TM - 1 的F2∶3家系为作图群体, 利用分子标记对相应重要农艺性状进行区间作图, 检测到1 个铃重的Q TL 在F2∶3株系群体中能解释的表型变异分别为15. 2% , 2 个衣指Q TL s 在F2∶3株系群体中能解释的表型变异分别为11. 6%和41. 9% , 3 个衣分Q TL s 在F2∶3株系群体中能解释的表型变异分别为8. 7%、9. 6% 和29. 2% [ 2 ]。在主效Q TL 研究上, 检测到铃重和衣分的各2个Q TL [ 3 ]。铃重的2 个Q TL s 分别解释F2∶3群体表型变异的18. 2%和21. 0%。衣分的2 个Q TL s,在F2 群体分别能解释25% 和24. 9%的表型变异。在F2∶3群体铃重的一个Q TL s 的同一位置同时检测到一个子指Q TL s, 它解释15. 6%的表型变异。此研究标记的产量性状主效Q TL s 可用于标记辅助选择。 2. 2 棉花纤维品质性状研究
早期研究大多用陆地棉和海岛棉种间杂种的F2 或F2∶3群体展开。共得到控制纤维品质性状的99 个Q TL 位点, 其中包括纤维强度的29 个, 绒长的12 个,纤维细度33 个, 纤维整齐度的11 个, 纤维伸长率的14 个Q TL s。这些QTL分布在不同的染色体或连锁群上, 能解释12. 24%～ 60% 的F2 或F2∶3群体总表型变异。利用BC1、BC2 和BC2S1 三个世代, 得到的80 个Q TL 中, 10% 的QTL 在BC1 和·2·BC2 世代均能检测到, 20% 的Q TL 在BC2 和BC2S1世代均能检测到, 33% 的Q TL 与已有报道一致,表明了纤维品质Q TL 在不同群体中具有一定的稳定性[ 4 ]。在陆陆杂种群体的研究中, 南京农业大学用SSR 标记分析得到与纤维品质有关的38 个Q TL s,在F2 及F2∶3中找到的多数Q TL s 也能在其重组近交系中找到。在这些Q TL 位点中, 39% 能同时在F2和F2∶3分
离群体中找到, 至少有3 个Q TL 能在2套不同组合中找到[ 5 ] 。利用异常棉高强纤维渐渗系7235, 鉴定的一个主效Q TL , 可解释30% 以上的表型变异, 且在多个环境中均能检测到[ 6 ]。进一步研究利用3 个组合的F2 及F2∶3世代展开。结果表明在17个效应显著的Q TL 中有5个在F2 及F2∶3中能找到, 至少有3个Q TL 能在2个不同组合中找到[ 7 ]。这些在不同世代和不同遗传背景中均能预测到的主效QTL , 有的已经证明可以用于标记 辅助育种[ 8 ]。
2. 3 胞质雄性不育系的恢复性研究
有研究表明D8 恢复基因Rf2 与D2 恢复基因Rf1 相距1cM , 与Rf2 基因紧密连锁标记UBC188-500, 与Rf1 基因共分离标记3个。通过分子标记辅助选择聚合棉花Rf1 育性恢复基因和抗虫B t基因, 共获得54个同时具Rf1 与B t 基因的聚合单株, 进一步自交后, 通过标记辅助选择, 获得10 株Bt基因且Rf1 纯合的单株。胞质雄性不育系的恢复性研究为棉花优良恢复系的快速培育提供了重要基础。 3 问题与展望
近十多年来, 分子标记的研究已经得到很大的发展, 在许多作物中已定位了很多重要性状的基因, 但育成品系或品种的报道还相对较少。究其原因主要有: (1) 标记信息的丢失。标记并不是基因,重组使标记与基因分离, 导致选择偏离方向; (2)Q TL 定位和效应估算的不精确性。(3) 上位性的存在。由于QTL 与环境及QTL 与QTL 间的互作, 导致不同环境、不同背景下选择效率发生偏差; (4)QTL 筛选与育种过程相脱离。为了成功地筛选效应值大的Q TL , 研究者总是首先选择目标性状差异大的亲本建立作图群体, 一旦筛选到Q TL 后, 再与商业品种回交进行标记辅助选择。这一过程不但增加了品种培育的时间, 而且在不同的遗传背景下, 由于上位性的作用或者与Q TL 相连锁的标记在不同亲本间多态性的消失, 导致选择效率降低或MAS无法进行。针对上述现象, 在分子标记研究中需加强以下工作: (1) 随着分子遗传学的发展, 对基因认识的深入, 开发各种基于DNA 水平的多种适用的分子标记; (2) 发展饱和的遗传图谱, 寻找与目的基因紧密连锁的两侧标记, 提高基因型与表现型的一致性;(3) 在全基因组水平上对QTL 展开研究, 包括QTL 的数目、位置、效应以及QTL与QTL间、QTL与环境的互作、Q TL 的一因多效性等, 充分发掘Q TL 的信息, 选择最佳组合进行标记辅助选择;(4)Q TL 筛选与品种选育过程相结合, 如选择商业品种作为作图亲本之一, 或利用回交高代Q TL 方法将Q TL 筛选与育种同步进行; (5) 将常规选择与标记辅助选择相结合, 针对不同性状的特点, 研究高效的选择方法。如动物育种中采用的两阶段选择方法, 即在早代通过标记辅助选择提高Q TL 基因的频率, 在后期世代结合表型选择, 快速获得理想的表型。最后, 各研究机构的良好合作也是MAS成功应用的重要基础。就棉花而言, 仍存在标记种类单一及群体小的缺陷, 能检测到的多态性位点数量十分有限, 且分布不均匀、图谱饱和度不够,Q TL s 分析大都是围绕纤维品质性状展开, 因试验材料的, 对产量和 产量构成因子等性状、生育期和早熟性相关性状的QTLs分析开展的较少; 需要构建整合多种分子标记的饱和的分子标记遗传连锁图谱, 并在多年多点的重复试验基础上开展重要经济性状的QTLs分析, 并重视挖掘远源优异基因, 快速渐渗入陆地棉。总之, 以分子标记辅助育种为手段聚合育种与其它技术的结合是一种新的育种方式, 这种方式可以迅速、有效、显著地提高棉花的产量品质及抗病 性, 初步的研究结果表明了其在棉花育种中的广阔前景。随着生物技术的发展和
棉花分子标记图谱的完善, 分子标记辅助育种的方法将变得越来越重要。 参考文献:
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