分子标记在植物抗病育种中的应用

李灿+杨耸月+王家林+刘全兰

摘 要：植物种质库通常有携带抗病基因的植物材料，通过育种的方法将这些抗病基因导入植物是保护植物免于病虫害的重要而有效的方法。当前研究表明，抗病基因分子标记将有利于高效筛选含抗病基因的植物材料。该文简要概述了分子标记的特点，重点分析了其在植物抗病育种研究中的应用，主要在辅助选育多基因聚合体，构建抗病基因相关的遗传图谱，抗病基因定位及克隆，遗传多样性分析等方面进行阐述，并对其发展趋势作出展望。

关键词：分子标记；抗病；植物育种

中图分类号 Q946.2 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）17-21-03

Marker-Associated Selection for Disease Resistance in Plant Breeding

Li Can et al.

（College of Chemical Engineering，Qingdao University of Science & Technology，Qingdao 266042，China）

Abstract：Plant species commonly carry genes for disease resistance within their collective germplasm base.Introducing resistance genes through plant breeding remains an important and effective means of protecting plants from diseases.DNA markers have enormous potential to improve the efficiency and precision of conventional plant breeding via marker-assisted selection（MAS）. In this paper，an overview，the advantages of MAS for resistance disease and its most widely used applications in plant breeding，was presented.Four major applications，such as pyramiding of resistance genes in plant breeding，detection of QTL related to resistance and construction genetic map of marker-based combination of resistance alleles，isolation of resistance genes via map-based cloning，and efficient genotyping and estimation of genetic diversity，were reviewed.

Key words：Marker-associated selection（MAS）；Disease resistance；Plant breeding

农作物的产量和质量深受植物病害的影响，导致其减产及质量严重下降。根据联合国粮农组织（FAO）估测，全世界由于植物病害造成的粮食损失约占粮食总产量的10%[1]。选择经济有效的防治方法显得尤为重要，而抗病品种广泛应用于潜伏期短、防治传染快、土地传播的病害如小麦黄矮病、条锈病、白粉病等方面。依据快速检测植物病害的技术，建立其体系，保留品种体系中有价值的部分，是培育抗病品种的有效方法。PCR分子标记能够反映出DNA遗传多样性和生物种群内及种群间基因组差异的特异性，它能够快速筛选植物的遗传资源，并对其抗病性进行鉴定，提高抗病育种效率[2]。目前，PCR分子标记已被广泛应用于小麦、玉米、大豆等作物的抗病育种中[3]。

1 PCR分子标记概述

PCR分子标记伴随着分子生物学的发展受到了越来越多的重视，具有高的多态性、可检测到的数量多、直接以DNA形式表现出来等诸多优点。PCR分子标记有随机引物的PCR分子标记和特异引物的PCR分子标记。随机引物的PCR分子标记其引物片段序列是随机的，由于模板DNA扩增片段上引物结合位点的碱基序列发生突变，导致其PCR扩增产物具有多态性，来源不同的基因组在扩增区段上表现为扩增片段大小的不同，其表现为显性或共显性。随机引物的PCR分子标记有RAPD（Random Amplified Polymorphism DNA，随机扩增多态性DNA）、DAF（DNA Amplification Fingerprinting，DNA扩增指纹印迹）、AP-PCR（Arbitrarily Primed Polymerase Chain Reaction，任意引物PCR）等；特异引物的PCR标记其引物是确定的，具有特定的核苷酸序列，它的设计是根据已知序列的DNA片段进行的，进行多态性分析特定区域的基因组DNA片段序列，大多表现为共显性，例如SSR（simple sequence repeat，简单重复序列）、SCAR（Sequence-characterized Amplified Region，特异性序列扩增区）、STS（Sequence Tagged Sites，序列标志位点）等。

2 分子标记在植物抗病育种中的应用

2.1 辅助选育多抗性基因聚合体 由于植物病害受多种因素的影响，利用与抗病基因紧密连锁的分子标记辅助选择多抗性基因聚合体，能够有效的提高抗病育种的效率。在小麦中开展PCR分子标记辅助选择优质基因聚合体，有利于抗性作物性状的不断改进，生产抗病、高产的优质资源[4]。肖武名等利用分子标记辅助选择水稻种质H4的主效稻瘟病抗性基因Pi46（t）和CBB23的广谱白叶枯病抗性基因Xa23的聚合体[5]。董娜等利用分子标记辅助选育小麦抗白粉病基因Pm21和Pm13聚合体[6]。孙海波等利用分子标记辅助选择Xa23、Pi-1、Stvb-i3种抗病基因的聚合体[7]。郝俊杰等利用特异PCR分子标记筛选出了抗角斑病基因聚合体的菜豆资源[8]。以上研究均说明PCR分子标记可以实现准确鉴定多个抗病基因，并快速选育多个抗病基因聚合体，为培育持久、广谱抗性种质资源提供材料和方法。

2.2 遗传图谱的构建和抗病基因的定位 遗传连锁图谱（genetic linkage map）是利用遗传标记具有多态性的特点对参考家系遗传连锁分析来得到能够反映基因组某一染色体上的标记。利用PCR分子标记能够确定抗病基因在遗传图谱上的位置，并且基因定位也可以确定控制数量性状基因位点（QTL）在染色体上的位置，以利于克隆这些抗性基因，并预测它的遗传效应。例如，颜群等利用SSR分子标记将新发现的普通野生稻稻瘟病广谱抗性基因Pi-gx（t）定位于第2号染色体上[9]。张淼等利用SSR分子标记对人工合成小麦CI184条锈病成株抗性基因进行定位[10]。宋伟等利用分子标记对小麦品种汶农14抗白粉病基因进行染色体定位[11]。Barret等利用引物B.n.12A将抗黑茎病基因定位于甘蓝型油菜的连锁图谱上，与该抗黑茎病基因的距离为16.5cm[12]。穆京妹等利用SSR分子标记技术对小麦F2代分离群体构建连锁图谱，发现了6个与抗条锈病基因连锁的SSR标记，并将其定位于小麦的染色体1BL上[13]。张晶等利用分子标记对小麦品种Bogatka抗白粉病基因进行定位，将该基因位于小麦2B染色体长臂上[14]。刘联正等利用SSR分子标记将抗白粉病基因PmWP6192定位于染色体2AL上[15]。孙翠花等利用分子标记 对小麦-中间偃麦草隐形渗人系抗白粉病基因pmCH83进行分子定位[16]。赵虎等利用分子标记技术对小麦种质山农3895抗白粉病基因进行定位[17]。马东方等利用SSR分子标记对小麦品种中梁16抗条锈病基因进行定位[18]。

2.3 抗病基因的克隆 基因组作图和遗传标记重要的应用之一是克隆抗病基因，然而它并不是研究的最终目的，基因克隆后能够对其基本功能加深了解，为创造新的表型对其加以修饰[19]。刘志祥等利用与小麦抗黄矮病Bdv2基因共分离的SCAR标记，用克隆池PCR法研究抗黄矮病基因的克隆[20]。朱惠兰等将与小麦赤霉病抗性基因紧密连锁的RAPD标记S1021转化为SCAR标记，构建SSH文库和反向Northem杂交，以得到272个阳性克隆[21]。

2.4 遗传多样性分析 PCR分子标记广泛应用于研究植物进化、近缘种质亲缘关系以及种质资源遗传多样性等方面[22]。由于PCR分子标记具有一定的保守性及较高的多态性，并且产生的带型简单，重复性好，能够提供大量的遗传信息，使其非常适用于遗传多样性的分析工作。例如，张蕊等利用与抗黄矮病基因紧密连锁的分子标记来研究山东鹅观草植物抗黄矮病基因的遗传多样性和遗传分化规律，以筛选优异的抗黄矮病种质资源[23]。赵紫慧等利用SSR分子标记对山东省和河北省的小麦抗白粉病基因进行遗传多样性分析[24]。杨乐等利用SSR分子标记对小麦新抗源与4个感病材料进行遗传多样性分析[25]。

3 展望

PCR分子标记在植物抗病育种研究中有着重要作用，具有操作简单、方便、快捷等诸多优点，适合样品大量分析。目前，PCR分子标记虽然显示出了它独有的优越性，但还有其不足之处，它的欠缺之处会随着科研技术的发展日益得到改善，也会有越来越多重要作物性状的PCR分子标记被研发出来。相信PCR分子标记技术将更好的广泛应用于分子标记辅助育种、构建高密度的遗传图谱、植物遗传多样性的分析等各个领域，其必将有一个更为广阔的应用前景。

参考文献

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（下转35页）

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（责编：张宏民）