分子标记辅助选择育种 - 图文

的有利基因同时整合在一个个体中的机会。另一方面，对多个QTLs进行回交转育，可能会将较大比例的与这些QTL连锁的供体基因组片段同时转移到轮回亲本中去。因此，该法不是利用分子标记辅助育种选择QTL性状的最优方法。

在回交育种过程中，尤其是野生种做供体时，尽管一些有利基因成功导人，但同时也带来一些与目标基因连锁的一些不利基因，成为连锁累赘(Linkage drag)。利用与目标基因紧密连锁的分子标记可直接选择在目的基因附近发生重组的个体，从而避免了或显著减少了连锁累赘，加快了回交育种的进程。Young等研究发现，利用番茄高密度RFLP图谱对通过回交育种育成的抗病品种所含Lperu抗TMV的Tmv2渗入片段大小检测，最小4cM，最大超过51cM，可见常规育种对抗性基因附近的DNA大小选择效果不大；模拟结果显示，利用分子标记通过二次回交所缩短的渗入区段，在不用标记辅助时需100次回交才可达到同样效果。 1996年Tanksley提出了QTL定位和利用的AB分析方法

(Advanced backcross analysis)策略，即利用野生种或远缘的材料与优良的品种杂交，再回交2～3代，利用分子标记同时发现和定位一些对产量或其他性状有重要贡献的主效QTls，这种方法已在番茄和水稻中被证实是行之有效的。例如，通过AB分析方法，发现O．rufipogon水稻野生种(图17—7)中有2个可显著提高我国杂交稻产量的QTIj。和原杂交稻相比，每个QTL可提高产量大约17％。而且这2个QTLs没有与不良性状连锁，因此，他们有很大的利用潜力（Tanksley & McCouch，1997）。

(二)SIS—MAS(single large—scale MAS)

这是Ribant等(1999)提出的。基本原理是在一个随机杂交的混合大群体中，尽可能保证选择群体足够大，保证中选的植株在目标位点纯合，而在目标位点以外的其他基因位点上保持大的遗传多样性，最好仍呈孟德尔式分离。这样，分子标记筛选后，仍有很大遗传变异供育种家通过传统育种方法选择，产生新的品种和杂交种。这种方法对于质量性状或数量性状基因的MAS均适用。本方法可分为三步：

第1步：利用传统育种方法结合DNA指纹图谱选择用，于MAS的优异亲本，特别对于数量性状而言，不同亲本针对同一目标性状要具有不同的重要的QTL，即具有更多的等位基因多样性。

第2步：确定该重要农艺性状QTL标记。利用中选亲本与测验系杂交，将Fl自交产生分离群体，一般200～300株，结合F2：3单株株行田间调查结果，以确定主要QTL的分子标记。

表型数据必须是在不同地区种植获得，以消除环境互作对目标基因表达的影响。标记的QTL不受环境改变的影响，且占表型方差的最大值(即要求该数量性状位点必须对该目标性状贡献值大)。确定QTL标记的同时将中选的亲本间杂交，其后代再自交1～2次产生一个很大分离群体。 第3步：结合QTL标记的筛选，对上述分离群体中单株进行SLS—MAS。

第4步：根据中选位点选择目标材料，由于连锁累赘，除中选QTL标记附近外，其他位点保持很大的遗传多样性，通过中选单株自交，基于本地生态需要进行系统选择，育成新的优异品系，或将此与测验系杂交产生新杂种。若目标性状位点两边均有QTL标记，则可降低连锁累赘。

(三)MAS聚合育种

在实际育种工作中，通过聚合杂交将多个有利目标基因垒集到同一品种材料中，培育成一个具多种有利性状的品种，如多个抗性基因的品种，在作物抗病虫育种中保证品种对病虫害的持久抗性将有十分重要的作用。但是，由于导人的新基因表现常被预先存在的基因所掩盖或者许多基因的表型相似难以区分、隐性基因需要测交检测、或接种条件要求很高等，导致许多抗性基因不一定在特定环境下表现出抗性，造成基于表型的抗性选择将无法进行。MAS可利用分子标记跟踪新的有利基因

导人，将超过观测阈值外的有利基因高效地累积起来，为培育含有多抗、优质基因的品种提供了重要的途径。

利用MAS技术在快速垒集基因方面表现出巨大的优越性。农作物有许多基因的表现型是相同的，通过经典遗传育种研究无法区分不同基因效应，从而也就不易鉴定一个性状的产生是由于一个基因还是多个具有相同表型的基因的共同作用。借助分子标记，可以先在不同亲本中将基因定位，然后通过杂交或回交将不同的基因转移到一个品种中去，通过检测与不同基因连锁的分子标记有无来推断该个体是否含有相应的基因，以达到聚合选择的目的。

南京农业大学细胞遗传所与扬州农科所合作，借助于MAS完成了Pm4a+Pm2+Pm6、Pm2+Pm6+Pm21、Pm4a+Pm21等小麦白粉病抗性基因的聚合，从而拓宽了现有育种材料对白粉病的抗谱，提高了抗性的持久性。利用具有单个不同抗性基因的4个亲本，通过MAS三个世代即可获得同时具有四个抗性基因的个体。国际水稻所Mackill利用MAS对水稻稻瘟病抗性基因Pi—1、pi-z5、pi-ta进行累集，获得了抗两种或三种小种的品系。

利用RAPD与RFLP标记，Yoshimura等已将水稻白叶枯抗性基因Xal、Xa3、Xa4、Xa5与Xa10等基因进行了不同方式的聚合。在水稻中已将含有抗白叶枯基因Xa21的材料与抗虫基因材料杂交，利用Xa21的STS标记获得了同时具有Xa2，和抗虫基因的材料旷通常应用MAS聚合不同

基因时，F2分离群体大小应以200～500株为宜，先对易操作的分子标记进行初选，再进行复杂的RFLP验证，可提高聚合效率。

随着育种目标的多样性，为了选育出集高产、优质、抗病虫等优良性状于一身的作物新品种，应考虑目标性状标记筛选时亲本选择的代表性，即最好选择与育种直接有关的亲本材料，所构建群体也最好既是遗传研究群体，又是育种群体，在此基础上，多个目标性状的聚合需通过群体改良的方法实现。不容置疑，分子标记技术赋予了群体改良新的内涵，借助于分子标记技术可快速获得集多个目标农艺性状于一身的作物新品种。

南京农业大学棉花研究所在多目标性状聚合的修饰回交方法育种的基础上，提出了MAS的修饰回交聚合育种方法。修饰回交是将杂种品系间杂交和回交相结合的一种方法，即回交品系间的杂交法。将各具不同优良性状的杂交组合分别和同一轮回亲本进行回交，获得各具特点的回交品系，再把不同回交品系进行杂交聚合。目前利用分子标记技术可对目标性状进行前景选择，对轮回亲本的遗传背景进行背景选择，就可以达到快速打破目标性状间的负相关，获得聚合多个目标性状新品系的目的(图17—8)。