SSR分子标记在玉米育种中的研究进展

赵兴华　王长彪　董艳辉

摘要 简要介绍了SSR分子标记的原理及特点，综述了近年来SSR分子标记在玉米遗传多样性分析、杂种优势群的划分、品种纯度及真伪鉴定、遗传连锁图谱的构建及基因定位、单倍体育种、分子标记辅助选择育种中的研究进展及应用前景，以期为SSR分子标记技术在作物育种中的应用提供参考。

关键词 SSR；分子标记；玉米；遗传育种

中图分类号 S513 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）07-0015-02

Abstract The principle and characteristics of SSR molecular marker were simply introduced，the research advances and application prospect of SSR molecular marker in maize breeding were summarized in past years，such as the analysis of genetic diversity，division of heterosis groups，the detection of the hybred purity and its authenticity，construction of genetic spectrum and gene locating，haploid breeding and selection breeding assisted by molecular markers，in order to provide reference for the application of SSR molecular markers in crop breeding.

Key words SSR；molecular markers；maize；genetic breeding

在传统的培育玉米的过程中，选择的依据常为表型的性状，由于受环境等多方面的影响，该依据效率不高，有很多缺点。最佳的方法应该是对决定目的性状的基因型直接进行有目的地选择，可以大大提高育种的效率，分子标记技术为实现对基因型的直接选择提供了可能。

SSR分子标记主要用于遗传多样性分析、杂种优势群的划分、品种（杂种）纯度及真伪鉴定、遗传连锁图谱的构建及基因定位、单倍体育种、分子标记辅助选择育种等方面。

1 SSR分子标记的原理及特点

SSR序列即为简单重复序列，也称微卫星DNA，其核心的序列由1～6 bp串联重复在一起，在农作物中最常见的二核苷酸重复单位是（AC）n和（GA）n，每个SSR序列的核心序列具有相同的结构，一般重复单位为10～60个，其不同数目的重复单位串联在一起，是形成高度多态性的主要原因。SSR标记的基本原理：在进行引物的设计时，要结合位于微卫星序列两端的互补序列进行，采用PCR反应技术，对微卫星片段进行扩增，由于核心序列具有不同的串联重复数目，因此使用PCR可以将长度各不相同的PCR产物扩增出来，然后进行凝胶电泳，以对核心序列的长度多态性进行分析。

与其他分子标记相比，SSR分子标记的优点包括[1-3]：等位基因数量多；所需DNA数量及质量要求不高；覆盖整个基因组、数量丰富；遗传呈现共显性，不易被自然选择和人工选择所淘汰；多态性高、试验程序简单、安全高效、结果重复性好；缺点是在采用SSR技术对微卫星DNA多态性进行分析时，必须要对重复序列两端DNA序列的信息进行了解。如在DNA数据库中不能直接地查到，则应该先进行测序。

2 SSR分子标记在玉米育种中的研究进展

2.1 遗传多样性分析

能够以群体中某一位点等位基因数、每个位点的平均等位基因数、多态信息量等揭示其变异规律，评价种质的遗传多样性，成为分析玉米遗传多样性的主要手段。Smith等[4]开展了玉米遗传多样性的研究，选择了131对SSR引物，它们来自不同的种质类群，其聚类结果与已知的系谱分析基本吻合。刘志斋等[5]利用覆盖玉米全基因组的40个核心SSR标记对820份代表中国玉米育种资源种质基础的自交系进行全基因组扫描，揭示其遗传多样性与群体结构。聚类分析将这些自交系划分成5个类群，蕴含了比较丰富的遗传变异。朱 英等[6]利用SSR标记对21份贵州玉米优质种质资源进行遗传多样性分析，多态性丰富的20对SSR 引物共检测出97个基因变异，每对引物检测到等位基因2～11个，平均4.85个，多态性信息量（PIC）介于0.19～0.78，平均为0.53。UPGMA聚类分析表明，供试材料间遗传距离变幅为0.22～0.63，平均为0.43。王凤格等[7]利用均匀分布于玉米基因组的40对核心SSR 引物对中国328个代表性育成品种进行遗传多样性分析，结果表明近年来育成品种遗传多样性指数在不同年份间变化不大。

2.2 亲缘关系与杂种优势群的划分

种质亲缘关系是玉米育种方面研究的重要内容，是划分杂种优势群的主要依据。利用SSR分子标记，可以对杂种优势群进行划分，为建立杂种优势模型与预测杂种优势提供理论依据。

近年来，国内外学者利用该技术在这方面开展了广泛的研究。Marilyn等[8]选择了53对SSR引物进行了杂种优势种群的划分研究，这些引物具有丰富的多态性，结果与已有的杂种优势群关系吻合。刘 俊等[9]从80对SSR 引物中筛选出26对扩增带型稳定性较高的引物，对70份国内外收集引进的玉米自交系和6个国内标准测验种进行遗传多样性分析。结果表明70份玉米自交系划分为PA、Lancaster、旅大红骨、四平头、PB、BSSS等6个杂种优势类群。周联东等[10]利用42对SSR引物对国外引进的48份高直链淀粉玉米种质进行杂种优势类群的划分，共检测出211个等位基因变异，每对引物等位基因2～9个，平均5.02个，多态性信息量（PIC）变化为0.21～0.86，平均为0.55，将48份材料分为6大类群。李 锐等[11]利用SSR技术分析了山西省审定玉米品种亲本自交系的遗传多样性及杂优类群，共检测出67个稀有等位基因和21个特有等位基因，聚类分析将83份自交系划分为6个类群，确定了山西省玉米审定品种的杂优模式有15种。通过对玉米杂交优势群的划分，可以更加有效地选配杂交亲本，提高杂交种选育效率。

2.3 DNA指纹库的建立、品种纯度及真伪鉴定

每个品种的独特指纹片段即构成该物种的DNA指纹库，通过检测品种的指纹片段可以有效的鉴定品种纯度与真伪。目前，以SSR分子标记为基础建立的DNA指纹图谱技术在品种鉴定和纯度分析中已得到广泛利用。王凤格等[12]的研究，对SSR技术在实际的玉米杂交种的鉴定中的应用进行了研讨，具有简单快捷、结果稳定可靠、检测时间和成本大大降低等特点。邸仕忠等[13]经过研究，初步构建了重庆市66个玉米自交系的指纹图谱。兰琴英等[14]经过研究，筛选出15对适用于该品种真实性和纯度鉴定的引物，其中最佳引物phi053k2、bnlg161k8和umc1429y7鉴定金玉818种子的纯度分别为92.5%、92.0%、93.5%。研究表明，SSR分子标记是构建玉米DNA指纹库、品种纯度及真伪鉴定的一个有效手段。

2.4 遗传连锁图谱的构建及基因定位

近年来，分子标记技术发展速度加快，以SSR标记为主的遗传图谱的构建获得了较大发展，使遗传图谱的分辨率饱和度不断提高。

在玉米图谱构建方面，自1993年Senior等利用SSR分子标记构建玉米基因组连锁图谱以来，国内外玉米科研工作者利用该技术，在短时间内构建了接近饱和的玉米基因组连锁图。1996年Senior等[15]在玉米Genebank中进行搜索，查到含有SSR片段的DNA克隆片段序列为76个，经过一定的扩增分析后，42个特定扩增片段表现出长度多态性的特点，并被定位在染色体上。Song等[16]通过研究，对高油玉米遗传图谱进行了构建，总长度为1 759.1 cM，其中含有的SSR标记位点为151个。在国内，刘小红等[17]以黄早四和Mo17为亲本，利用370对SSR引物对239份重组自交系的F9代分离群体进行筛选，检测到的多态性标记位点数量为126个。魏海忠等[18]利用玉米自交系80007和80044为亲本，衍生出355个家系的RILF9群体，利用SSR标记构建包括219个标记的连锁图谱，基因组总长度2 133.5 cM，标记间平均距离9.7cM。并对控制玉米4个生育期相关性状进行QTL分析，共检测到60个QTL，其中有7个QTL对表型变异的解释率超过了10%，表现为主效QTL效应，分布在第3、4和第9条染色体上。

2.5 单倍体育种的应用

单倍体育种技术是选育玉米自交系最快、最简便、经济和直接的方法[19]。通过单倍体加倍获得双单倍体（DH系），是快速获得优良种质资源的途径之一。运用SSR分子标记技术鉴定玉米DH系，可大大降低成本、提高准确性。汤飞宇等[20]利用SSR标记结合大田农艺性状观察对来源于玉米孤雌生殖的双单倍体进行鉴定，检测结果证明2个株系均为自发加倍的双单倍体。王凤格等[21]采用36个SSR引物对418个DH系进行分子鉴定，并与田间形态性状调查结果对比。结果表明SSR分子标记技术是鉴定DH 系材料是否完全纯合的有效手段。

2.6 分子标记辅助选择

如果目标与某个分子标记紧密连锁，那么在杂交后代群体中就可能通过分子标记检测，把含有目标基因的个体选择出来。提高育种效率，缩短育种年限，加速品种遗传改良的进程。

目前，分子标记辅助选择主要用于根据分子标记获得的信息进行亲本选择、质量性状的辅助选择及数量性状的辅助选择。宋 敏等[22]利用opaque-2（o2）基因内的SSR分子标记phi 057，对X178和CA335回交群体BC1F1和BC2F1进行o2基因的前景选择，发现可以在苗期对回交群体进行o2基因的检测和追踪，可提高选择的准确性。王立秋等[23]以豫玉22的亲本自交系87-1和综3为受体亲本，以衡白522为供体亲本，采用回交等育种及分子标记方法，分别构建了以87-1和综3为背景的衔接式玉米单片段导入系群体，并对其遗传背景、导入片段大小、数目和覆盖率等进行了评价。余 辉等[24-25]选用自交系吉1037和1145作为丝黑穗病和茎腐病的抗源，通过回交转育方法，结合分子标记辅助选择技术，选育出一批单抗丝黑穗病和单抗茎腐病的京24抗病改良材料。再经过杂交、自交1代，结合MAS和抗性接种鉴定方法，实现了抗丝黑穗病和抗茎腐病主效QTL在京24基因组上的聚合。

3 展望

综上所述，SSR分子标记在指纹图谱的绘制与品种鉴定、杂种优势群的划分、遗传连锁图谱的构建与基因定位、种质资源遗传多样性分析、DH系鉴定和分子标记辅助选择等玉米育种方面发挥了重要的作用。随着SSR分子标记技术的日臻完善，同常规育种相结合，具有广阔的应用前景。如，与目标农艺性状基因紧密连锁经济高效的分子标记开发、种质资源快捷高效评价、高饱和度连锁图谱构建与高产、优质及抗逆性新基因的挖掘等。

4 参考文献

[1] 王军卫，张改生，刘宏伟.分子标记在作物遗传育种中的应用进展[J].陕西农业科学，2001（1）：1-5.

[2] 郝炯，渠云芳.DNA分子标记在作物育种中的应用[J].山西农业科学，2009，37（3）：81-85.

[3] 杨留启，杨文鹏.SSR标记技术在玉米遗传育种中的应用[J].贵州农业科学，2008，36（2）：5-7.

[4] SMITH J S C，CHIN E C L，SHU H，et al.An evaluation of the utility of SSR loci as molecular markers in maize（Zea mays L.）：cormparisons with data from RFLPs and pedigree[J].TAG Theoretical and Applied Genetics，1997，95：163-173.

[5] 刘志斋，吴迅，刘海利，等.基于40个核心SSR标记揭示的820份中国玉米重要自交系的遗传多样性与群体结构[J].中国农业科学，2012，45（11）：2107-2138.

[6] ZHU Y，TAO G，HUANG Y H，et al.SSR-based Analysis on the Genetic Relationship of 21 Maize Germplasms in Guizhou Province[J].Agricul-tural Science & Technology，2013，14（11）：1578-1582.

[7] 王凤格，田红丽，赵久然，等.中国328个玉米品种（组合）SSR标记遗传多样性分析[J].中国农业科学，2014，47（5）：856-864.

[8] MARILYN L，WARBURTLUN，XIA X C，et al.genetic Characterization of CIMMYT inbred maize lines and open pollinated populations using large scale fingerprinting methods[J].Crop Sci，2002，42：1832-1840.

[9] 刘俊，尹晓红，郭志富，等.70份玉米自交系的SSR遗传多样性及杂种优势群分析[J].湖北农业科学，2014，53（6）：1256-1259.

[10] 周联东，孙佩，刘经纬，等.利用SSR标记划分48份高直链淀粉玉米种质杂种优势类群[J].陕西农业科学，2015，61（5）：42-45.

[11] 李锐，白建荣，程宇坤，等.山西省审定玉米品种亲本自交系的遗传多样性及杂优类群分析[J].作物杂志，2015（5）：55-62.

[12] 王凤格，赵久然，郭景伦，等.中国玉米新品种DNA指纹库建立系列研究Ⅰ-玉米品种纯度及真伪鉴定中SSR技术标准实验体系的建立[J].玉米科学，2003，11（1）：3-6.

[13] 邸仕忠，孙小红，罗永统，等.重庆市常用及新选玉米自交系SSR指纹图谱构建[J].安徽大学学报（自然科学版），2015，39（5）：96-102.

[14] 兰琴英，陈泽辉，祝云芳，等.优良玉米杂交种金玉818指纹图谱构建及其纯度鉴定[J].贵州农业科学，2015，43（6）：1-6.

[15] SENIOR M L，MURPHY J P，GOODMAN M M，et al.Utility of SSRs for determining genetic similarities and relationships in maize using an agarose gel system[J].Crop Sci，1997，38：1088-1098.

[16] SONG X F，SONG T M.QTL mapping of kernel oil concentration with high-oil maize by SSR markers[J].Maydica，2004，49：41-48.

[17] 刘小红，郑祖平，张红伟，等.玉米重组自交系群体遗传图谱的构建及标记[J].河南农业大学学报，2007，41（3）：259-263.

[18] 魏海忠，商伟，钟世宜，等.利用重组自交系群体定位玉米生育期相关性状 QTL[J].玉米科学，2014，22（1）：49-55.

[19] ROBER F K，GORDILLO G A，GEIGER H H.In vivo haploid induction in maize-performance of new inducers and significance of doubled haploid lines in hybrid breeding[J].Maydica，2005，50：275-283.

[20] 汤飞宇，丁菲，王国英，等.利用SSR标记检测来源于玉米孤雌生殖的双单倍体[J].江西农业大学学报，2004，26（6）：859-862.

[21] 王凤格，许理文，赵久然，等.玉米单倍体诱导DH系的分子鉴定研究[J].玉米科学，2011，19（1）：35-38.

[22] 宋敏，田清震，李新海，等.分子标记在优质蛋白玉米育种中的应用[J].新疆农业大学学报，2005，28（3）：5-8.

[23] 王立秋，赵永锋，薛亚东，等.玉米衔接式单片段导入系群体的构建和评价[J].作物学报，2007，33（4）：663-668.

[24] 余辉，宋伟，赵久然，等.分子标记辅助选择育成的玉米自交系京24单抗丝黑穗病和茎腐病改良材料性状分析[J].分子植物育种，2014，12（1）：56-61.

[25] 余辉，宋伟，赵久然，等.分子标记辅助选择玉米自交系京24两种抗病主效基因的聚合[J].分子植物育种，2014，12（2）：240-245.