谷子SSR标记的开发与应用研究进展

付楠　刘金荣　王素英

摘要对SSR标记技术在谷子遗传多样性、遗传连锁图谱构建、基因定位和分子育种方面的研究进行综述，以期为SSR标记技术在谷子上的应用提供参考。

关键词谷子；SSR；遗传多样性；遗传连锁图；基因定位；分子育种

中图分类号S515文献标识码A文章编号0517-6611（2018）25-0026-03

Research Progress on Development and Application of SSR Markers in Foxtail Millet

FU Nan，LIU Jinrong，WANG Suying et al

（Anyang Academy of Agricultural Sciences ，Henan Province Center of Millet Breeding Engineering and Technology Research，Anyang，Henan 455000）

AbstractThe application of SSR markers in genetic diversity，construction of genetic linkage map，gene mapping and molecular breeding on foxtail millet were reviewed in this paper，in order to provide reference for the application of SSR marker technology in foxtail millet.

Key wordsFoxtail millet；SSR；Genetic diversity；Genetic linkage map；Gene mapping；Molecular breeding

谷子（Setaria Italica）屬禾本科狗尾草属，是起源于我国的重要粮食作物之一，是黄河中上游地区主要栽培作物。谷子具有抗旱耐瘠耐盐、多种抗病抗虫性、粮草兼用、营养丰富等优良特质，加之谷子基因组较小（约 490 Mb），使其成为遗传学研究的理想模式植物。

SSR（simple sequence repeats）又称微卫星，是指由1～6个核苷酸组成的简单重复序列，它广泛分布于真核生物的整个基因组中，由于重复次数不同而造成长度多态性。微卫星侧翼序列保守，由此设计引物进行PCR扩增，并通过凝胶电泳分离产物检测多态性。微卫星标记具有共显性和多态性

高、重复性好、操作简单等特点，目前已被广泛应用于种质资

源遗传多样性分析、遗传图谱构建及基因定位以及分子辅助育种等方面。

1谷子SSR标记开发

利用不同的方法，大量谷子SSR标记已被开发（表1）。随着谷子基因组测序的完成，海量的序列信息结合生物信息学软件，可以实现SSR标记的大规模开发，且开发的SSR质量更高，覆盖更广。Venkata等[17]构建了一个谷子标记数据库FmMDb （ http：//www.nipgr.res.in/foxtail.html），包括基于基因组的SSR，基于基因的SSR和ILP （Intron Length Polymorphism） 标记，这些都为谷子的分子研究提供了条件。

不同的研究中开发出的SSR标记，成功扩增率都能达到较高水平，但多态率差异较大，这与不同方法开发出的SSR标记本身的多态性有关，也与试验所用植物材料的亲缘关系和材料数量有关，有研究表明[12]谷子近缘野生种比栽培种表现出更高的多态性，栽培种中农家品种比育成品种多态性高。

2遗传多样性分析

对品种的遗传多样性进行分析，能够有效地揭示品种间的亲缘关系，追溯品种的起源，了解品种的遗传多样性，可为遗传研究或育种亲本选择提供参考，育种亲本选择遗传相似度越低的材料，得到的后代材料遗传多样性越丰富。

关于谷子的起源，Kim 等[18]利用28个SSR引物对37个来自中国、韩国和巴基斯坦的谷子品种进行分析，结果表明来自中国的谷子品种遗传多态性最高，认为谷子的起源地为中国；Wang等[19]利用77个SSR标记，将250份品种分为与其生态型完全一致的3个亚群，黄河流域及其下游地区的遗传多样性最高，暗示谷子是从黄河流域起源的。

朱学海等[20]用21对SSR标记，将涉及6个生态区的120份核心谷子材料划分为4个类群，所分类群与其地理来源及生态类型之间存在明显的一致性。沈琰等[21]对10个黑龙江省和10个吉林省谷子品种进行遗传多样性分析，发现吉林省谷子品种基因多样性略比黑龙江省丰富，但亲缘关系较黑龙江省更近，遗传多样性不高且多源于本省内，应加强两省间种质资源的交流。

农家品种与育成品种间存在较大的遗传差异。贾小平等[22]用37对SSR标记对40个谷子品种进行遗传多样性分析，聚类结果显示，代表不同生态区域的农家品种聚类群与生态类型比较一致，而几乎所有来自不同地区的谷子育成品种都被聚成一组，反映不出区域性。王姗姗等[23]、杨天育等[24]、孙加梅等[25]对谷子种质资源遗传多样性的研究均表明农家品种与育成品种间存在较大的遗传差异，而育成品种间多态性不高，这可能与当前谷子育种手段单一，特别是与重点骨干亲本的集中利用有关，造成区域性谷子育成品种遗传背景较相似，遗传多样性降低，而农家品种因对不同生态区的长期适应与进化，具有丰富的遗传多样性。

不同生态区的种质遗传差异大小不一。李国营[26]利用20对SSR引物对400份谷子初级核心种质进行遗传多样性分析，结果表明西北内陆、黄土高原、内蒙高原的种质遗传差异较大，东北平原和华北平原次之，淮河以南的种质遗传差异最小。朱学海[27]利用21对SSR引物对来自不同生态区的100份较抗旱的种质和20份不抗旱的种质进行SSR遗传多样性分析，得到类似结论。

3遗传图谱构建

遗传图谱的构建在遗传学研究中占有重要地位，是基因定位克隆、分子标记辅助选择育种等研究的基础工具。应用DNA多态性标记构建的遗传图谱具有标记数量大、遗传稳定、饱和度大等优点，具有较高的应用价值。

Jia等[2]以（B100×A10）F2 作图群体构建了一张包含9个连锁群81个SSR标记的遗传图谱，这是世界上第1张谷子 SSR 标记遗传连锁图谱。该图谱与Wang等[28]利用RFLP 标记构建的图谱进行整合，共有 101 个标记定位到图谱上，整合后的图谱长1654 cM，标记间平均距离为 16.4 cM。

杨坤[29]以（N10×大青秸）F2 作图群体，构建了一张包含10 个连锁群46个SSR标记的谷子遗传图谱，总长度为 916 cM，标记间的平均距离为 19.91 cM。

王智兰等[30]利用（高146A×K103）的F2 群体，采用来自谷子、水稻、珍珠粟和高羊茅的多种分子标记，构建了一张谷子遗传连锁图谱，该遗传图谱包含9个连锁群192个标记，覆盖基因组长度2082.5 cM，标记间的平均间隔10.85 cM。

王晓宇等[31]以表型差异较大的“沈3”和“晋谷20”构建的F2作图群体为材料，构建了一张包含10 个连锁群54 个SSR 标记的遗传连锁图，覆盖总长度421.6 cM。

王小勤[16]利用（豫谷1号×陇谷7号）的F2群体，构建了一张包含 9 个连锁群1035个多态性标记位点的谷子遗传图谱，覆盖1318.8 cM，相邻标记间平均间隔1.27 cM。

4基因定位

4.1质量性状基因定位张浩等[32]利用 EMS 诱变豫谷1号，获得一个可以稳定遗传的窄颖花突变体sins1。突变体sins1与正常野生型SSR41杂交构建F2群体，遗传分析表明，该突变性状由隐性单基因控制。利用 F2群体隐性单株，最终将突变基因定位在3号染色体上SSR标记3-2658与CAAS3031间约7.709 Mb的距离内，并在定位区间发现8个在穗部高表达的基因，为谷子颖花相关基因的鉴定和功能分析提供基础。李雯等[33]同样用EMS诱变豫谷1号，获得谷子小穗突变体si-sp1，并利用突变体与“辽谷1号”构建的F2群体中的隐性单株，将突变基因定位在8号染色体上标记CAAS8003与SSR1038间约11.02 M的距离内。

Sato等[34]对2个F2群体的遗传分析表明，谷子小穗顶刺毛是由单隐性基因控制的，利用TD（Transposon display）标记和Jia等[2]开发的SSR标记，将该基因stb1定位到2号染色体上，之后又根据基因组序列信息在stb1的SSR位点附近开发35个新的SSR标记，利用其中1个群体构建了包含9个连锁群的遗传图谱，覆盖长度1287.5 cM，并將该基因进一步定位到2号染色体5.7 cM 的区间内（Si SSRII-26～p80），对应谷子物理图谱 800 kb。

4.2数量性状基因定位王晓宇等[31]利用（沈 3×晋谷 20）F2 群体对谷子株高等主要农艺性状进行数量性状位点QTL分析，检测到与株高相关的主效QTL 2 个和穗长主效 QTL 1 个，与穗重、粒重相关的主效 QTL 为同一位点，不同连锁群QTL 间互作明显。杨坤[29]利用（N10×大青秸）F2 作图群体和SSR标记，鉴定出与株高、穗颈长、主茎节数、穗长和落粒性 5个性状相关的 12 个 QTL。

王小勤[16]利用SSR标记构建的高密度谷子遗传图谱，结合2年 11 个主要农艺性状表型数据，检测到29个与谷子产量及农艺性状相关的QTL，解释变异率为 7.0%～14.3%。其中22 个 QTL 增加性状表型值的等位基因来源于“豫谷 1 号”，6 个来源于“陇谷 7号”，另外一个千粒重 QTL（qTGW5.1）增加性状表型值的等位基因在单环境和联合分析检测中分别来源于不同的亲本。

Gupta等[35]利用覆盖谷子9条染色体的50个SSR标记对184个来自不同生态区的谷子品种基因分型，首次应用关联分析法，对谷子 20 个产量及其相关农艺性状进行 QTL 定位分析，共检测到 8 个显著 QTL。

5分子标记辅助育种

5.1连锁标记辅助选择

传统育种是通过表型间接对基因型进行选择，所需时间长，表型差异不明显也会造成选择的困难。分子标记辅助选择将分子生物学与常规育种有机结合起来，通过检测与目标基因紧密连锁的分子标记，就能获得目的基因的基因型，可大大缩短育种年限，提高育种效率。

郝晓芬等[36]利用166对SSR引物在谷子光敏不育系GM与恢复系“恢东 1 号”两亲本间筛选出61对具有多态性，经F2群体单株验证，发现位于6号染色体的引物b159与雄性不育基因连锁，相距13.5 cM，为谷子光敏雄性不育系及谷子杂种优势的研究提供参考。

Wang等[37]通过遗传分析表明谷子不育材料“高146A”的不育性是由一个单隐性基因控制，利用SSR标记和（高 146A×K103）构建的F2群体，将该不育基因ms1定位在 6 号染色体上，与SSR标记b234紧密连锁，遗传距离16.7 cM。

李志江等[38]利用抗“拿捕净”基因的已知序列与谷子基因组进行比对，发现第7和9条染色体上均存在同源序列，开发SSR标记在谷子F2群体中进行共分离分析，结果表明位于第7染色体上的标记SIMS13569和SIMS13512与谷子抗“拿捕净”基因连锁，该标记可用于分子标记辅助选择。

5.2品种鉴定和区分

利用形态学性状区分鉴定品种比较耗时，且亲本表型相似的类型很难通过观察进行分辨，利用分子标记技术，可准确快速地区分鉴定品种、进行品种纯度和真实性鉴定。

王永芳等[39]利用193个谷子 SSR 标记对谷子生产中常用的6 个育种亲本所组配的 15 个杂交组合进行检测，筛选出一批可用于各组合后代材料鉴定的分子标记，为育种材料的应用提供指导，也为分子标记辅助选择育种奠定基础。

王姗姗等[23]构建了一张包含4对SSR引物的谷子指纹图谱，利用这4对引物可将8 份地方谷子品种成功区分开，这也是首次利用SSR指纹图谱对谷子进行品种鉴定的实践。

秦冰清等[40]从EMS诱变的“晋谷21号”突变体库中筛选获得叶色突变体，其中突变体28和29从苗期开始叶片就明显比对照“晋谷21号”宽，为排除其他品种混杂的可能性，利用SSR标记进行验证，结果表明突变体28和29的条带与对照品种条带在凝胶上的位置相同，片段大小也相同，而其余3个狗尾草品种的条带与对照和突变体28、29的条带在凝胶上的相对位置均不一致，DNA片段大小也不同，说明突变体28和29的品种是“晋谷21号”，而不是其他品种混杂。

李涛等[41]利用形态学和 SSR 分子标记对谷子 F1代当选单株的真实性进行鉴定，SSR标记共同具有父母本条带的为真杂种，为 F2∶3代群体种植及其单株选择提供试验依据。

6展望

谷子分子研究起步较晚，但随着谷子基因组测序的完成，海量数据可用于分子标记的开发，除了SSR标记，还可以开发丰度更高、覆盖更全面、多态性更好的SNP标记，为谷子分子研究的开展提供条件。同时，谷子基因组较小，且与小稻、玉米等禾本科作物有很高的共线性，标记间通用性强，利于比较基因组学研究。谷子有许多优良基因，随着功能基因研究的深入，必将有助于加快谷子种质资源的保护、品种改良创新和新品种选育进程。

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