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分子标记辅助选择改良稻米食味品质

【摘要】:分子标记辅助作物育种要从质量性状和数量性状两个方面入手。另有许多研究表明,分子标记辅助选择与回交选育结合,可快速、定向改良目标性状2122。分子标记辅助选择,是利用目标性状基因与分子标记的紧密连锁关系进行间接选择,是在分子水平上的选择,选择结果十分可靠。目前对水稻的分子辅助选择主要体现在基因聚合、基因转移和数量性状的MAS 3个方面。

分子标记辅助作物育种要从质量性状和数量性状两个方面入手。在分离群体中表现为不连续性变异,能够明确分组的性状,称为质量性状。质量性状通常受一个或几个主基因控制,不易受环境的影响。作物中许多重要的农艺性状,如抗病性、抗虫性、能育性、植株颜色等都受到主基因的控制,因而常常表现为质量性状遗传的特点。然而,典型的质量性状其实并不很多,不少质量性状除了受少数基因控制之外,还受到微效基因的影响,表现出某些数量性状的特点,有时无法明确地从表现型推断其基因型。

寻找与质量性状基因紧密连锁的DNA标记,或者说对质量性状进行分子标记,是为了在育种中对质量性状进行标记辅助选择,再就是为了对质量性状基因进行图位克隆。利用近等基因系分析法和分离体分组混合分析法,是快速有效寻找与质量性状基因紧密连锁分子标记的主要途径。由于大多数植物基因组中10 cM的DNA序列包含大量基因,即使回交20代以上,仍能发现大量的与目标基因连锁的供体染色体片段。也有人认为,借助于饱和的分子标记遗传连锁图谱,结合分子标记辅助选择技术,首先对各选择单株进行整个基因组的组成分析,进而挑选出带有多个目标性状并且遗传背景良好的理想个体,这样回复到轮回亲本基因组的基因型也许只需要3代回交即可。

通过分子辅助选择育种的方法,一批育种家取得了许多实际成果。陈升等(2000年)以IRBB21(Xa21)为供体,以明恢63为轮回亲本,在BC3F2群体中就选出带有纯合Ka21的改良恢复系19。Hansen等(1997年)在10个BC1F2家系中,利用4个RAPD标记对4 605个单株进行筛选,获得了906个纯合单株。另有许多研究表明,分子标记辅助选择与回交选育结合,可快速、定向改良目标性状2122。另外,各种分子标记技术的发展,为高通量分子筛选技术的建立和应用提供了便利,也有助于高密度分子遗传图谱的建立。将复杂性状分解为单一的孟德尔遗传因子,应用于育种实践,则可大幅提高选择效率。传统育种方法是通过表型间接对基因型进行选择,这种选择方法存在周期长、效率低等许多缺点。分子标记辅助选择,是利用目标性状基因与分子标记的紧密连锁关系进行间接选择,是在分子水平上的选择,选择结果十分可靠。MAS在育种的早世代完成,可大大缩短育种周期。

随着籼稻、粳稻两个亚种基因组测序的相继完成,提供了大量分子标记技术和检测手段。目前对水稻的分子辅助选择主要体现在基因聚合、基因转移和数量性状的MAS 3个方面。由于大多重要的农艺性状都是呈数量性状分布,如产量、品质、抗逆性等,因此,数量性状的MAS是指对重要农艺性状的单个主效QTL或所有与性状有关微效位点的辅助选择性基因,已被证明与水稻直链淀粉含量密切相关。该基因第1内含子的碱基在不同品种间存在G和T差异,根据这些品种的差异,蔡秀玲等发现了用于筛选AC的CAPS分子标记13。张士陆等(2005年)利用基因的此标记进行定向选择,成功降低了三系籼稻恢复系057的AC值。

Zhou等(2003年)利用Wx基因的另外两个分子标记对杂交后代进行筛选,将明恢63的Wx区段导入到珍汕97的基因组织中,成功降低了珍籼97的直链淀粉含量。王才林等(2009年)利用分子标记辅助育种方法选择进行系谱法育种,他们将江苏省选育的优质、高产粳稻武香粳14(母本)和日本引进的优质、抗条纹叶枯病粳稻关东194(父本)进行杂交,并从F5开始,用与暗胚乳突变基因Wx-mq直接相关的CAPS进行标记选择,最终育成食味品质极佳的南粳46。王才林等(2012年)又利用优质、高产粳稻武粳13(母本)和关东194(父本)杂交,于2005年育成优质食味粳稻南粳5055。倪晖(2013年)在研究不同Wx等位基因在稻米食味品质改良中的具体价值时,是将多个Wx复等位基因的不同遗传背景材料进行杂交和回交,并结合分子标记进行辅助选择,最终选育出不同遗传背景、含不同Wx等位基因的低世代回交材料。