分子标记技术在玉米种质类群划分中的应用

2015-10-21李向龙吴忠义张晓东张中宝张立全

安徽农业科学 2015年3期

李向龙吴忠义张晓东张中宝张立全

摘要玉米种质资源是玉米产业发展的前提和基础，但优质资源匮乏已成为当前玉米育种工作的瓶颈。综述了玉米种质资源类群划分在表型水平和分子水平上的4种方法，指出分子标记技术在玉米种质类群划分中的优势及其进一步改良的措施，并对该技术在未来玉米种质资源划分中的广泛应用提出建议和展望。

关键词玉米种质资源;分类;表型鉴定;生化指标;分子标记

中图分类号 S513 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）03-041-03

Application of Molecular Markers in Classification of Maize Germplasm Population

LI Xianglong， WU Zhongyi， ZHANG Xiaodong et al

（Beijing Agricultural Biotechnology Research Center， Beijing 100097）

Abstract Maize germplasm resource is the premise and foundation of the development of maize industry. However， the lack of excellent resources has become the bottleneck of maize breeding.This paper reviews four methods in the phenotypic and molecular level of maize germplasm groups classification， and indicates the advantages of molecular marker technology and the further improvement measures. Finally， suggestions and expecting on the further applications of this technology were proposed.

Key words Maize germplasm resourcse; Classification; Phenotype identification; Biochemical criterion; Polymorphic markers

基金項目国家十一五转基因重大专项（No.2008ZX08003001）。

作者简介李向龙（1981- ），男，蒙古族，内蒙古磴口人，助理研究员，硕士，从事于玉米转基因育种。

收稿日期 20141203

玉米是全球第一大谷物，在国内外粮食经济中占据举足轻重的地位。种质资源是玉米产业发展的前提和基础，然而国内外优质、高配合力、广适应性的种质资源相对匮乏，这成为玉米育种工作发展的瓶颈，且资源利用率也很低，即使在育种水平较高的美国，目前所利用的玉米种质资源还不到总资源量的5%^[1-2]。近年来，随着玉米育种业竞争的日益激烈，各国对玉米育种的研究思路逐渐向丰富种质资源和准确划分资源类群转变。

玉米在表型水平和分子水平上差异都较大，如果依据这两方面将种质资源划分为不同类群，便可有预见性的选配组合，提高育种效率，同时也可提高玉米杂种优势利用的水平。笔者综述了玉米种质资源类群划分的几种方法，并论述分子多态性标记技术在划分玉米种质资源的优势及其改进方法，旨在为玉米种质资源类群划分及其杂种优势利用提供方法和思路。

1 玉米种质资源类群划分的方法

玉米种质资源类群的划分有许多方式，归纳起来主要从两方面进行分类，分别是表型性状鉴定和分子水平检测。前者主要对玉米种质资源本身及杂交后代的农艺性状表型特征考察进行分类，后者主要对玉米种质的蛋白质等生化指标的测定和DNA序列的多态性比对进行分类。

1.1 基于外部表型性状的分类

玉米种质资源间外部性状和生育时期等农艺性状具有不同差异，且种质间差异越大，两者间的特殊配合力和一般配合力就越大。该类方法是基于玉米种质的这一特性对种质资源的形态特征及后代相关性状的配合力测定，从而达到对玉米种质资源类群划分的目的。

1.1.1 农艺性状鉴定分类法。根据表型农艺性状的差异值，对各种质资源进行归类，计算出性状间的遗传距离，然后进行聚类分析，可将种质资源分为若干类群。孙发明等^[3]根据叶部和根部性状、抗病性、早衰程度等表现，对我国38份饲用玉米进行分析，初步划分出七大种质类群，并确定了78599改良系是饲用玉米的核心种质。王振华等^[4]从植株形态、生育时期、籽粒性状以及产量等方面考察了54个玉米种质，确定了供试类群间在形态性状方面的差异，并将所测验材料划分为四大类群。袁昊^[5]通过考察15个表型性状计算出82个玉米自交系的欧式遗传距离，各自交系间的平均遗传距离变异在9.05～146.23，说明供试自交系具有较为丰富的遗传多样性，并将这些自交系分为6个类群。Harada等^[6]对40份玉米材料分析了其穗部性状、产量等18个表型性状，聚类分析后将这些材料分为8个类群。Gouesnard等^[7]对从法国本土搜集到的262份玉米种质粒型、穗部、熟期等性状进行主成分分析，将这些供试材料分为4大类群。

1.1.2 杂交种配合力测定分类法。目前，很多研究者将玉米种质资源相互间组合选配，根据杂交后代的表型性状测定其配合力，并依据配合力值进行聚类分析，将种质资源进行分类。

近年来，一些新型分子标记技术大量涌现，如单核甘酸多态性（SNP）、序列特异性扩增区（SCAR）及酶切扩增多态性序列（CAPS）等，这些技术的诞生也为玉米种质资源类群划分提供了更多的选择途径。

2.2 分子标记分类法的优势

玉米种质资源类群划分是否合理，直接影响玉米育种水平、种质改良进程和选育高产组合的效率。20世纪70年代前，种质类群的划分主要靠亲缘关系、形态标记以及杂交后代的杂种优势表现和变异程度等方法，但这些方法有一定的主观因素，结果准确性不能得到保证，且费时费力;而蛋白质和同工酶的测定标记虽然能进行种质资源的划分，但种质间差异不很明显的多态性又难以鉴定，因此育种家们一直在寻求更为经济有效的方法。

遗传物质DNA在玉米种质间稳定遗传，不受环境影响。玉米种质间DNA序列的差异可直接反映种群的差异，也是划分玉米种质资源的可靠基础^[33]。分子辅助标记分类方法在此基础上应运而生，它排除了生物发育阶段和环境的影响，可一次性批量划分种质群体，确定其杂种优势类群，可以检测出丰富的多态性，方法灵敏度高，结果可靠，有较高的可重复性，成本低且可控，这些特性是上述2种分类法不可比拟的。可以预见，该方法将作为今后玉米种质资源划分的主要手段。

3 分子标记技术的建议和展望

玉米种质资源对于提高玉米杂种优势水平具有至关重要的作用，合理划分玉米种质类群，建立相应的杂种优势模式，才能有针对性地改良玉米种质和选配杂交组合，选出适应生产要求的强优势杂交种。分子标记技术应用于种质资源类群划分中，其具有的特性比表型鉴定和生化测定方法有很强的优势，对于未来玉米育种产业的发展有很高的实用性。

不同分子标记技术各有优势，所以应针对不同研究目的选择合适的分子标记技术。此外，笔者认为所有对玉米种质资源类群的划分都是为了更好地将其应用于育种实践，通过分子标记技术检测DNA的多态性，进而对玉米种质资源进行类群划分，因此该技术还必须与传统试验技术和育种工作相结合，才能最大限度地发挥其作用，提高种质资源的杂种优势利用效率，实现玉米育种的规范化和可持续性发展。

参考文献

[1] LU Y L，YAN J B，CLAUDIA T.Molecular characterization of global maize breeding germplasm based on genomewide single nucleotide polymorphisms[J]. Theoretical and Applied Genetics，2009，120：93-115.

[2] TROYER A E.Adaptedness and heterosis in comand mule hybrids Crop[J].Sci，2006，46（2）：528-541.

[3] 孙发明，于明彦，焦仁海，等.我国饲用玉米种质资源的类群划分、应用与创新[J].种子科技，2007，25（4）：34-36.

[4] 王振华，张新.我国玉米骨干自交系形态性状的鉴定与评价[J].玉米科学，2004，12（2）：7-9.

[5] 袁昊.82份玉米自交系遗传多样性分析及部分指纹图谱构建[D].雅安：四川农业大学，2010.

[6] HARADA K，VAN HUAN N，UENO H，et al.Classification of maize landraces from shikooku and Kyushu，Japan，based on phenotypic characteristics [J].Japan Agricultural Research Quarterly，2009，43（3）：213-220.

[7] GOUESNARD B，DALLARD J，PANOUILLE A，et al.Classification of French maize populations based on morphological traits[J].Agronomie，1997，17：491-498.

[8] 史桂榮.东北早熟春玉米主要种质优势类群的划分[J].玉米科学，2001，9（4）：27-30.

[9] 张新，王义波，王振华，等.常用玉米自交系优势类群划分及种质创新[J].中国农学通报，2000，16（3）：20-22.

[10] 印志同，薛林，邓德祥，等.玉米自交系性状的聚类分析[J].西南农业学报，2004，17（5）：563-566.

[11] 张新，王振华，张前进，等.我国玉米主要品质性状的测定与分析[J].玉米科学，2006，14（3）：36-39.

[12] 杜月红，于永涛，石云素，等.应用A-PAGE技术研究玉米自交系资源种子蛋白的遗传多样性[J].植物遗传资源学报，2007，8（4）：430-435.

[13] MLADENOVIC DRINIC S，DEMIC G，KONSTANTINOVS K.Genetic relationship among maize genotypes based on embryo protein markers[J].MNL，1999，73：11-12.

[14] 张晓芳玉米种质资源品质性状的鉴定与评价[J].玉米科学，2006，14（1）：18-20.

[15] 张文龙，徐如宏，戴保威，等.利用醇溶蛋白APAGE技术划分玉米自交系群[J].山地农业生物学报，2003，22（4）：283-286.

[16] 陈景堂，池书敏，马占元，等.应用清蛋白PAGE技术进行玉米自交系类群划分的初步研究[J].玉米科学，2001，9（2）：18-21.

[17] BUCKLER E S，THORNSBERRY J M.Plant molecular diversity and applications to genomics[J].Current Opinion in Plant Biology，2002，5：107-111.

[18] SMITH O S，SMITH J S C，BOWEN S L，et al.Similarities among a group of elite maize as measured by pedigree，F1 grain yield，grain yield heterosis，and RFLPs[J].Theor Appl Genet，1990，80：833-840.

[19] STUBER C W，LINCOLN S E，WOLFF D W，et al.Identification of genetic factors contributing to heterosis in a hybrid from two elite maize inbred lines using molecular markers[J].Genetics，1992，132：823-839.

[20] ENOKI H，SATO H，KOINUMA K.SSR analysis of genetic diversity among maize inbred lines adapted to cold regions of Japan[J].Theor Appl Genet，2002，104：1270-1277.

[21] 張莉，岳竞之，张春荣，等.基于SSR标记的玉米群体豫综5号遗传多样性分析[J].现代农业科技，2011（11）：107-109，111.

[22] 段运平，陈卫国，李明顺，等.利用SSR标记分析27个玉米群体的遗传关系[J].中国农业科学，2006，39（6）：1102-1113.

[23] 赵瑞芳，侯本军，库丽霞，等.利用SSR标记分析12个玉米群体的遗传关系[J].玉米科学，2012，20（2）：33-36，40.

[24] 孙致良，张超良，金德敏，等.RAPD技术在玉米自交系亲缘关系研究中的应用[J].遗传学报，1999，26（1）：61-68.

[25] 雷开荣，吴红，林清，等.基于SSRPCR标记的不同种群玉米种质遗传多样性研究[J].中国农学通报，2009，25（10）：22-28.

[26] 李新海，袁力行，李晓辉，等.利用SSR标记划分70份我国玉米自交系的杂种优势群[J].中国农业科学，2003，36（6）：622-627.

[27] 骈跃斌，许晶，武岩军，等.SSR分子标记技术在玉米杂种优势群划分中的应用[J].山西农业科学，2012，40（5）：439-441，444.

[28] 吴敏生，王守才，戴景瑞.AFLP分子标记在玉米优良自交系优势群划分中的应用[J].作物学报，2000，26（1）：8-13.

[29] 卢振宇，李明顺，谢传晓，等.玉米叶片DNA快速提取方法改进研究[J].玉米科学，2008，16（2）：50-53，55.

[30] 王帮太，申灿庭，张建尊，等.玉米微量PCR反应体系研究[J].玉米科学，2009，17（4）：29-31.

[31] 王凤格，赵久然，郭景伦，等一种改进的玉米SSR标记的PAGE/快速银染检测新方法本研究[J].农业生物技术学报，2004，12（5）：606-607.

[32] 刘平武，李赟，蔡强，等.AFLP分子标记技术的改进[J].生物技术通报，2006（S1）：255-259，271.