胡寶剛 季 靜 王 罡 杜長城 楊少輝 宋英今

摘要:介紹了幾種常用分子標(biāo)記及其在月季的遺傳圖譜構(gòu)建、種質(zhì)資源分類鑒定、分子標(biāo)記輔助育種、品種注冊和專利保護(hù)等諸多方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:分子標(biāo)記;月季;種質(zhì)鑒定;育種

中圖分類號:S685.12文獻(xiàn)標(biāo)識碼:ADOI編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2009.05.003

Applications of Common Molecular Markers in Germplasm Identification and Breeding of Chinese Rose

HU Bao-gang1,JI Jing1,WANG Gang1,DU Chang-cheng2,YANG Shao-hui1,SONG Ying-jin1

(1.College of Agriculture and Bioengineering,Tianjin University,Tianjin 300072,China;2.Forestry Bureau of Tianjin,Tianjin 300061,China)

Abstract:In this paper, several commonly used molecular markers were introduced, and its applications in the building of genetic map of Chinese rose, germplasm identification, molecular marker-assisted breeding, registration of varieties and patent protection, and many other aspects were summarized.

Key words:molecular markers;Chinese rose;germplasm identification;breeding

月季(Rosa hybrida L.)為薔薇類多年生木本植物,每年多次開花,其花色絢麗多彩,花型豐富。月季切花為世界四大切花支柱之一,它不僅種類繁多,而且用途廣泛,可提取香料,花瓣可腌制食品,還可作藥用。月季花種類主要有小月季、月月紅、變色月季、切花玫瑰、藤蔓月季、大花月季、豐花月季、微型月季等。分子標(biāo)記通常指在生物個(gè)體之間或群體之間可遺傳并可檢測的具有差異的DNA 序列,分子標(biāo)記技術(shù)在月季種質(zhì)資源鑒定和輔助育種中具有重要應(yīng)用。

1分子標(biāo)記技術(shù)及其在月季種質(zhì)資源分類鑒定中的應(yīng)用

近二十年來,分子標(biāo)記技術(shù)迅速滲入到生物學(xué)科的各個(gè)領(lǐng)域,廣泛應(yīng)用于生物的遺傳多樣性、親緣關(guān)系分析、種質(zhì)資源鑒定及分類、遺傳圖譜構(gòu)建以及分子輔助育種等方面,并顯示出獨(dú)到的優(yōu)勢。李冬梅等[1]就分子標(biāo)記在花卉種質(zhì)資源研究中的應(yīng)用作了簡要綜述。目前,國內(nèi)外很多學(xué)者已經(jīng)利用各種分子標(biāo)記技術(shù)對月季的種質(zhì)資源分類鑒定進(jìn)行了卓有成效的研究。

1.1RFLP(Restriction Fragment Length Polymorphism)標(biāo)記

RFLP即限制性片段長度多態(tài)性,是Grodzicker等于1974年發(fā)明的分子標(biāo)記技術(shù),它是最早發(fā)展的分子標(biāo)記技術(shù),廣泛用于基因組遺傳圖譜構(gòu)建、基因定位以及生物的進(jìn)化和分類關(guān)系研究,在月季種質(zhì)鑒定應(yīng)用中國內(nèi)外已有報(bào)道。Ballard等[2]對22個(gè)月季品種進(jìn)行了RFLP和RAPD標(biāo)記分析,鑒定出了其中的20個(gè)月季品種。分析結(jié)果表明,所有以抗病和感病為親本的4倍體月季品種都表現(xiàn)出較高的遺傳多態(tài)性,并發(fā)現(xiàn)以抗病和感病親本雜交的后代適合遺傳圖譜的建立。Poncet等[3]通過RFLP標(biāo)記分析感冠癭病的月季無性繁殖植株,指出月季植株主要是通過砧木材料傳染而感冠癭病的。Kaminska等[4]對12個(gè)品種的48個(gè)代表性的月季植株進(jìn)行了RFLP分析,結(jié)論表明,其中的11個(gè)感病品種都為星狀植物菌原體中的16SrI-B侵染所致?？梢灶A(yù)料,RFLP技術(shù)將在月季種質(zhì)資源鑒定及遺傳育種領(lǐng)域中發(fā)揮更重要的作用,并能有力地促進(jìn)月季品種的鑒定和改良。

1.2SSR(Simple Sequence Repeats)標(biāo)記

SSR即簡單重復(fù)序列,是1982年Hamade發(fā)現(xiàn)的第二代DNA分子標(biāo)記。SSR是月季種質(zhì)資源鑒定和檢測圖譜構(gòu)建多態(tài)性的一種有效方法。Baydar等[5]利用AFLP和SSR標(biāo)記對土耳其生長的大馬士革月季進(jìn)行了遺傳關(guān)系分析,結(jié)果表明供試的所有月季植株均來自于無性繁殖的同一原始基因型。Rusanov等[6]利用SSR分子標(biāo)記,揭示了古老的大馬士革薔薇品種與精油月季品種在基因型、遺傳型上的相似性關(guān)系。同時(shí)Rusanov等[7]又對15個(gè)不屬于大馬士革薔薇的產(chǎn)油月季品種進(jìn)行了SSR分析,結(jié)果表明多數(shù)品種與大馬士革薔薇有著間接的遺傳關(guān)系,但其中1個(gè)生長于保加利亞的品種在遺傳上更接近于麝香薔薇和白薔薇(Rlalba)。Zhang等[8]利用SSR標(biāo)記技術(shù)對兩張已建的4倍體月季遺傳圖譜進(jìn)行了整合,設(shè)計(jì)的SSR引物對中,多態(tài)性比例為57%。SSR標(biāo)記在月季品種分類、雜種鑒定等方面的應(yīng)用前景十分廣闊。

1.3RAPD(Random Amplified Polymorphism DNA)標(biāo)記

RAPD即隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA,是1990年由美國杜邦公司的Williams和加利福尼亞生物研究所的Welsh等發(fā)明的利用隨即引物擴(kuò)增尋找多態(tài)性DNA片段的分子標(biāo)記方法。RAPD標(biāo)記是一種簡單有效的鑒定月季品系的技術(shù)。Gallego等[9]利用RAPD標(biāo)記鑒定了25個(gè)月季品種,結(jié)果表明其品種內(nèi)無變異性,品種間存在高度的變異。巢陽等[10]利用RAPD技術(shù)對28個(gè)月季品種和2個(gè)薔薇品種進(jìn)行了遺傳多樣性分析,從145個(gè)引物中篩選出12個(gè),其中3個(gè)引物從30個(gè)材料中擴(kuò)增出3個(gè)品種特異的RAPD分子標(biāo)記,利用篩選出的12個(gè)引物擴(kuò)增出的65條多態(tài)性片段作了聚類分析,對這些月季品種的親緣關(guān)系和進(jìn)化作了有意義的探討。Mahnaz Kiani等[11]利用RAPD標(biāo)記分析鑒定了來自伊朗和保加利亞不同培養(yǎng)條件下的41個(gè)大馬士革月季,31個(gè)引物中有11個(gè)具有明顯的多態(tài)性,伊朗大馬士革月季廣泛的遺傳變異性表明伊朗是該品種的遺傳多樣性的中心,研究結(jié)果將在未來月季育種中發(fā)揮重要作用。

1.4AFLP(Amplified fragment length polymorphism)標(biāo)記

AFLP即擴(kuò)增片段長度多態(tài)性,是1993年由荷蘭科學(xué)家Zabeau和Vos等發(fā)明的一項(xiàng)專利技術(shù)。AFLP是RFLP和PCR結(jié)合的產(chǎn)物,該技術(shù)的獨(dú)特之處在于所用的專用引物可在不知道DNA信息的前提下就可對酶切片段進(jìn)行PCR擴(kuò)增。AFLP在月季的種質(zhì)鑒定研究中是一種十分理想有效的分子標(biāo)記,它能將品種從其半同胞和全同胞品種中鑒別出來。Kaufmann等[12]建立了用于繪制薔薇基因物理圖譜和定位克隆的玫瑰BAC文庫,發(fā)現(xiàn)圍繞Rdr1的區(qū)域至少有5個(gè)TIR-NBS-LRR家族的抗性基因相似物,存在一簇抗性基因,為Rdr1基因的分離、鑒定及其它園藝性狀基因的物理圖譜和定位克隆提供了很好的工具。Leus等[13]對88個(gè)月季野生種和栽培品種作了AFLP分析,結(jié)果證明在野生種和栽培品種間存在較大的差異。Anne等[14]對魁北克特有的兩個(gè)月季品種進(jìn)行了AFLP、ISSR和RAPD分析,結(jié)果表明,這兩個(gè)月季品種與另一分布廣泛的月季品種實(shí)屬同種。Koopman等[15]研究了適用于重建月季品系關(guān)系的AFLP標(biāo)記,指出AFLP標(biāo)記作為一種重建薔薇科復(fù)雜關(guān)系的工具發(fā)揮著重要意義。

2分子標(biāo)記輔助選擇月季育種

分子標(biāo)記輔助選擇是將分子標(biāo)記應(yīng)用于植物品種改良過程中進(jìn)行選擇的一種輔助手段。其基本原理是利用與目標(biāo)基因緊密連鎖或表現(xiàn)共分離關(guān)系的分子標(biāo)記對選擇個(gè)體進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域以及全基因組篩選,從而減少連鎖累贅,獲得期望的個(gè)體。

自Rajapakse等1992年首先報(bào)道了RFLP在月季中的應(yīng)用以來,分子標(biāo)記作為一種對傳統(tǒng)的、不夠準(zhǔn)確的形態(tài)描述的有效補(bǔ)充手段,引起許多育種家的興趣。Rajapakse等[16]采用AFLP技術(shù)建立了2個(gè)4倍體月季的遺傳連鎖圖,將控制葉柄上刺的基因定位在連鎖群7的末端,控制蘋果酸脫氫酶位置的基因定位在連鎖群4的中部,這為改進(jìn)現(xiàn)代四倍體月季的輔助標(biāo)記選育提供了初始依據(jù)。對高度雜合的月季,分子標(biāo)記輔助選擇的應(yīng)用具有特殊意義,在新品種的鑒定和保護(hù)育種者產(chǎn)權(quán)方面發(fā)揮重要作用。Yan等[17]利用AFLP、SSR、RFLP和SCAR等標(biāo)記構(gòu)建了月季高密度整合圖譜,為月季的作圖和分子標(biāo)記輔助選擇育種描繪了廣闊的前景。Dugo等[18]利用133個(gè)標(biāo)記,其中包括RAPD標(biāo)記130個(gè),SSR標(biāo)記2個(gè),形態(tài)標(biāo)記1個(gè),對灌叢諾塞特(Blush Noisette)和光葉薔薇(R wichuriana Crep)的雜交后代月季進(jìn)行了遺傳圖譜的構(gòu)建,并進(jìn)行了QTL位點(diǎn)分析,共定位了13個(gè)與園藝性狀相關(guān)的QTL位點(diǎn)(花徑相關(guān)的位點(diǎn)為4,花期為2,葉徑為5,抗白粉病為2),這為今后的分子輔助選擇提供了有用的信息資源。

利用分子標(biāo)記不僅可以定位目標(biāo)基因,也可利用與目標(biāo)基因緊密連鎖的分子標(biāo)記追蹤目標(biāo)基因。因此,應(yīng)用分子標(biāo)記對月季進(jìn)行輔助選擇育種,將起到事半功倍的作用,如月季抗病育種中抗性材料的選擇需要?jiǎng)?chuàng)造特殊環(huán)境進(jìn)行篩選鑒定,不僅育種時(shí)間長,而且受許多條件限制,而分子標(biāo)記輔助選擇不受環(huán)境條件的影響,且有些分子標(biāo)記分析手段快速、簡便、結(jié)果準(zhǔn)確。月季在長期的自然選擇、人工栽培條件下形成的大量品種,可通過分子標(biāo)記的分析進(jìn)行系統(tǒng)分類,建立遺傳圖譜,明確親緣關(guān)系,指導(dǎo)育種工作;而且結(jié)合屬內(nèi)種間的資源分析,有利于更多優(yōu)良性狀的利用,豐富其遺傳基因。分子標(biāo)記的發(fā)展使得在DNA水平上進(jìn)行遺傳變異的研究成為可能,在育種實(shí)踐中,對某性狀的選擇,可以遠(yuǎn)在該性狀表現(xiàn)出來之前通過分子標(biāo)記進(jìn)行選擇。分子標(biāo)記輔助選擇與傳統(tǒng)的表型選擇相比,可以獲得更大的遺傳進(jìn)展,尤其對低遺傳力性狀、限制性狀和后期表達(dá)的性狀,能增大選擇強(qiáng)度,縮短世代間隔,提高選擇的準(zhǔn)確率。

3結(jié)語

分子標(biāo)記技術(shù)在月季上的應(yīng)用,有助于推動(dòng)其遺傳基礎(chǔ)、起源與進(jìn)化、品種分類、鑒定和育種等基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展,從而更好地指導(dǎo)實(shí)踐工作,更好地開發(fā)、利用和保護(hù)月季資源多樣性。在研究方向上,我們應(yīng)從分子水平上對其中具有重要特性的古老品種和現(xiàn)代品種進(jìn)行比較研究,對其親源關(guān)系和起源問題作出分析,改進(jìn)和完善目前的月季分類法,解決生產(chǎn)上急需的新品種鑒定、新品種培育等問題。同時(shí)應(yīng)開展月季種質(zhì)親緣遺傳關(guān)系、抗性遺傳等特異性狀基因分子標(biāo)記的研究,利用分子標(biāo)記技術(shù)標(biāo)記定位和分離出具有重要性狀的目的基因,為轉(zhuǎn)基因的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ),并最終建立轉(zhuǎn)育特異性狀的分子標(biāo)記輔助選擇(MAS)系統(tǒng)。月季作為世界重要的觀賞花卉,我們期待不久的將來分子標(biāo)記技術(shù)在月季基因組計(jì)劃中發(fā)揮更重要的作用,它將推動(dòng)我們對月季野生種質(zhì)資源的研究和利用,為目標(biāo)優(yōu)良性狀基因從野生資源向現(xiàn)代月季漸滲提供可靠的遺傳信息,為自主知識產(chǎn)權(quán)新品種的創(chuàng)造奠定完備的技術(shù)平臺(tái)。

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