分子标记在大豆遗传育种中的应用

王海滨　张君

摘要 大豆起源于我国，是重要的植物蛋白质和食用油脂的来源，同时也是世界上重要的粮食与经济作物。大豆的遗传研究一直受到很高的重视，但与其他作物相比，仍明显滞后。育种专家一直在开发提高育种效率的技术。DNA分子标记被认为是实现这一目标的主要技术之一。文中综述了分子标记在大豆育种中的应用情况，并对存在的主要问题进行了探讨，为大豆的进一步开发利用提供了依据。

关键词 大豆；分子标记；遗传育种

中图分类号 S565.1 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）03-00658-02

大豆含有丰富的脂肪和蛋白质，是粮食、油料和饲料兼用作物，在人民生活中占有十分重要的地位。过去十多年来，伴随经济的高速发展及生活水平的不断提高，我国对饲用蛋白和植物油脂的需求量与日俱增。仅2012年，我国就进口大豆（以转基因大豆为主）5 838万t，而国产大豆只有1 300 万t，自给率仅为20%，形势非常严峻[1]。传统育种主要依赖于作物的表现型选择，基因间互作、环境条件、基因型与环境互作等因素都会对表型选择效率产生影响[2]。因此，传统育种方法效率低、周期长、成本高，并且具有一定的盲目性。

生物技术的不断发展，特别是DNA分子标记的出现，极大地推动了育种事业的发展。DNA分子标记是DNA水平上遗传多态性的直接反映，具有分布均匀、稳定性好等特点。目前，DNA 分子标记已被广泛应用于大豆的遗传多样性研究、遗传图谱的构建、数量性状基因分析和分子标记辅助选择等各个方面。

1 分子标记技术在大豆育种中的应用

1.1 大豆遗传多样性研究 遗传多样性是指物种的种内或种间个体间的基因变化[3]。大豆种质资源是大豆遗传改良的基础，正确评定种质资源的变异特点，明确其间的遗传关系，非常有利于大豆的改良。2012年，周春娥等利用SRAP标记对133份大豆进行遗传多样分析，多态性比率为87.6%，期望杂合度为0.287 4[4]。这说明用SRAP分子标记分析大豆遗传多样性非常适宜，同时也为大豆遗传资源的保护和利用提供了依据。2012年，曾维英等用SSR标记，对1980年和1981年在广西收集的68份野生大豆进行遗传多样性分析，等位变异数目范围为4～11条，平均为6.83条[5]。聚类分析把68份材料分为了2大类，各地区材料之间存在明显的遗传差异。2013年，Appiah-Kubi D等运用SSR标记和形态特征对来自加纳、尼日利亚和巴西的36份大豆材料进行遗传多样性的分析[6]。基于杰卡德相似系数，用20个SSR标记将种质资源分为了6组。根据株高、单荚粒数和成熟期3个重要形态性状，应用 PCA双标图，鉴定种质资源，将其分成了3类。这对加纳的大豆杂交育种工作有很大的促进作用。2013年，赵青松等利用SSR标记对广东省5个县野生大豆居群的遗传多样性进行了分析，在60个SSR位点共检测出263个等位变异，同一位点上等位基因数目平均为4.38个[7]。依据遗传距离将南雄和乳源聚类为1类，连南和连州聚类为1类，仁化单独为1类。2013年，王彩洁等利用125对SSR标记对东北和黄淮海地区的89个大豆品种进行遗传多样性分析，结果显示黑龙江北部、黑龙江中南部、吉林辽宁地区和黄淮海地区品种标记的多态性信息含量（PIC）依次为0.414、0.469、0.522和0.562，表明品种的SSR标记的多态性自北向南逐渐升高[8]。

1.2 大豆遗传连锁图谱的构建 大豆含有广泛的复制区和丰富的重复序列，并且基因组较大，在129×109～181×109 bp [9]。与玉米、水稻等作物相比较，大豆的遗传图谱发展比较缓慢。1988年，Apuya等把Minsoy和Noirl杂交得到的F2群体作为研究对象，构建了第1张大豆RFLP图谱，共有11个RFLP标记，覆盖4个连锁群[10]。1997年，张德水等以长农4号×新民6号的F2群体构建了我国第1张大豆遗传连锁图谱，包括8个RAPD标记和63个RFLP标记，覆盖20个连锁群，总遗传距离1 446.8 cm[11]。1999年，Cregan等将3个（A81-356022×PI468916、Minsoy×Noir 1和Clark×Harosoy）遗传连锁图谱整合为1个包括20个连锁群、标记总数为1 423个的大豆“公共图谱”[12]。2004年，Song等利用5个群体对大豆整合遗传图谱进行了加密，增加了420对新的引物，成功构建了最具代表性的一张包含1 849個SSR标记的大豆“公共图谱”，该图谱总遗传距离2 524.6 cm，标记间的平均距离缩短为2.5 cm[13]。2010年，汪霞等以溧水中子黄豆（P1）×南农493-1（P2）杂交得到的260株F2反交个体为材料，用SSR标记进行扩增，得到1张含有113个分子标记，包含34个连锁群的遗传图谱，其总长度为1 557.85 cm，标记间平均距离为13.79 cm[14]。每个连锁群上的标记数目为2～10个，连锁群长度在6.9～109.1 cm。2012年，洪雪娟等以Peking×7605组合分别在济南和南京衍生大豆重组自交系群体为材料，利用145个SSR多态性引物和1个形态学标记进行分析，构建出2张分别含27和25个连锁群的大豆遗传图谱，其总长度分别为1 574.80和1 682.50 cm，标记间平均距离分别是13.58和15.72 cm，连锁群长度范围分别为17.30～127.40和20.10～137.50 cm[15]。

1.3 数量性状基因分析 QTL（Quantitative Trait Loci），即数量性状基因座位，是指控制数量性状的基因在基因组中的位置。作物中大部分的农艺性状是由多基因或QTL控制的数量性状，采用传统的育种方法对这些性状进行选择难度非常大。借助与QTL连锁的分子标记，可以在育种中跟踪相关QTL的遗传动态，提高数量性状的可操作性。

1.3.1 大豆产量性状QTL。2010年，刘春燕等以美国大豆品种Charleston为母本，东农594为父本，以F2∶14代重组自交系的154个株系为材料，用SSR引物对群体进行扩增，对2年同一地点下在亲本间表现多态的荚数、百粒重等12个与产量相关的农艺性状进行调查和分析[16]。结果发现，与12个产量性状相关的QTL有33个，其中6个QTLs在2个环境下被检测到，表明受环境的影响很小。

1.3.2 大豆品质性状QTL。2012年，葛振宇等在RIL群体中定位了3个控制蛋白与油分的QTL。其中，控制油分性状的QTL位于H连锁群的Satt442分子标记附近；控制蛋白质和油分双性状的2个QTL分别位于E连锁群的Satt384分子标记附近，以及I连锁群的Satt496分子标记附近，并且Satt496分子标记附近的QTL是控制油分稳定的主效QTL[17]。

1.3.3 大豆抗病虫性状QTL。2013年，黄珊珊等对大豆蚜抗性进行QTL分析，一共发现5个与大豆蚜抗性相关的QTL位点，其中2个QTL位点位于F连锁群，贡献率分别为26.29%和13.15%；2个QTL位点位于B1连锁群，贡献率分别为7.64%和7.00%；1个QTL位点位于D2连锁群，贡献率为11.26%[18]。

1.4 分子标记辅助选择 分子标记辅助选择（Marker-assisted Selection，MAS）是將分子标记应用于作物改良过程中进行选择的一种辅助手段[19]。其基本原理是利用与目标基因紧密连锁或表现共分离关系的分子标记对选择个体进行目标区域以及全基因组筛选，从而减少连锁累赘，获得期望的个体，达到提高育种效率的目的[20-21]。

1.4.1 在回交育种中的应用。当农艺性状由单基因或寡基因等质量性状基因控制时，如果对其进行分子标记辅助选择，大多采用回交育种分析方法。每一回交世代与分子标记辅助选择相结合，筛选出含有目的基因的品系，从而培育出理想品种。

2002年，段红梅等利用具有鲁豆4号背景的不同世代脂氧酶缺失株系为材料，用SSR标记进行遗传背景回复率相关分析，鉴定出缺失Lox Z株系L144遗传背景回复率高达0.937 5，加快了大豆种子脂氧酶缺失品种的育种进程[22]。2009年，蒋洪蔚等利用美国大豆品种Clark与主栽品种红丰11所构建的回交导入系，经过芽期耐低温筛选鉴定，有46个导入系个体在芽期耐低温性状上明显超过轮回亲本。利用这套选择群体结合随机对照群体和基因型分析，检测到分布于大豆8个连锁群的12个与大豆芽期耐低温相关的QTL[23]。2012年，曾庆力等利用野生豆ZYD00006和绥农14构建的BC3F2代回交导入系群体为筛选材料，对小粒豆材料进行遗传定位分析，共检测到9个与小粒豆相关的位点，分布在7个连锁群上，其中有7个标记连锁的QTL位点是新发现的[24]。

1.4.2 在基因聚合中的应用。基因聚合是将多个有利基因通过选育聚合到一个品种中[25]。基因聚合可以使品种同时在多个性状上得到改良。育种专家将多个控制垂直抗性的基因聚合到同一品种中，可以提高作物抗病的持久性。

2008年，Maroof S等用标记辅助选择将SMV抗性基因Rsv1、Rsv3和Rsv4，通过复合杂交聚合到同一个品种中[26]。将含有1、2或3个Rsv抗性基因的品系接种6个美国SMV株系后，发现具有2或3个Rsv抗性基因的品系对SMV抗病的持久性明显提高。2010年，王大刚等用齐黄1号、科丰1号和大白麻（分别携带抗性基因RSC14Q、RSC8、RSC4）作为抗性基因的供体，对3个亲本复交（齐黄1号×科丰1号）×（大白麻×南农1138-2）后代进行了标记辅助选择，并对SMV株系SC14、SC8和SC4进行表型鉴定。从F4代筛选出20株携带抗性基因RSC14Q、RSC8、RSC4的聚合材料，其中2个单株携带的3个抗性基因位点已经纯合，为大豆花叶病毒病的防治提供了有价值的聚合材料[27]。

2 问题与展望

近年来，分子标记技术的发展突飞猛进，但在育种中的应用却远没达到预期效果。原因主要有以下几方面：①目标基因的定位与分子标记辅助选择脱节。目前，大多数研究只考虑了研究的方便，而没有考虑与育种材料的结合，因而许多研究最终都只停留在目标基因的定位上。②标记信息的丢失。标记并不是基因，由于重组使标记与基因分离，导致选择偏离方向。③大多重要性状是数量性状，是多基因控制的。对于数量性状标记的鉴定，还有待于进一步开发更简便、快速、准确的方法。