分子标记技术在甘蓝型油菜资源遗传多样性研究中的应用进展

1分子标记技术在甘蓝型油菜资源遗传多样性研究中的应用进展摘要:分子标记是一种新类型的遗传标记，作为研究生物遗传变异和进化关系的重要手段，其快速发展与应用对作物分子生物学和生物技术的发展起着巨大的推动作用。通过综述多种分子标记技术的原理、一般特点、和检测技术及在甘蓝型油菜遗传研究中的应用现状，并对分子标记技术的应用前景予以展望。概括了常用分子标记RFLP、AFLP、RAPD、SSR和新型分子标记SRAP、EST在甘蓝型油菜遗传多样性研究中的应用。关键词:分子标记；甘蓝型油莱；遗传多样性油菜是我国最重要的油料作物之一，2007年油菜种植面积占油料作物总面积的50％，产量占油料作物总产量的41％。菜籽油是我国传统的食用油，年产量在450万吨左右，占国产植物油总量的40％以上，年消费量占国内植物油总消费量的19.7％，在食用油市场中占有举足轻重的地位。20世纪50年代以前，我国油菜栽培以白菜型和芥菜型品种为主，这些品种具有早熟、耐寒等特点，但籽粒小、抗病性差、产量低。新中国成立后，我国确定了以发展甘蓝型油菜(从日本引种，又名胜利油菜)为主的生产方向，通过对甘蓝型油菜进行选育，逐步更换了生产上产量较低的白菜型和芥菜型农家油菜品种。甘蓝型油菜品种的推广和栽培技术水平的不断提高，使我国油菜生产在面积、产量和效益上均提高到了一个2新的历史水平。目前，“杂优+双低”甘蓝型油菜的选育是我国油菜育种和推广的主要方向。遗传多样性研究有益于正确制定油菜遗传资源的收集和原位保存的策略，是改良油菜品种的基础。从分子水平上揭示品种之间的遗传变异成为一项倍受全球重视且具有重要现实意义的工作。20世纪80年代发展起来的DNA分子标记是以DNA或mRNA的多态性为基础的遗传标记，在油菜育种、品质鉴定以及遗传图谱的绘制、辅助选择育种等方面均得到了广泛应用和深入研究，为开发油菜新品种、提高油菜产量、改善油菜品质、增强油菜抗性提供了空前的发展机遇。以下综述了近年来分子标记技术在我国甘蓝型油菜资源遗传多样性研究中的应用与研究进展，以期为相关研究提供参考。1RAPD、RFLP和AFLP标记的应用我国最早进行甘蓝型油菜分子标记遗传多样性研究的是华中农业大学的孟金陵等，他们利用RFLP标记分析了59份甘蓝型油菜品种的遗传差异，结果表明，甘蓝型油菜的多态性水平很高，品种间存在丰富的遗传变异，并且发现供试材料的聚类分组与其来源系谱基本相同。沈金雄等运用AFLP和RAPD标记对甘蓝型油菜自交不亲和系及22个不同来源的父本的遗传多样性及其与杂种优势的关系进行了分析，结果表明，自交不亲和系可分为2组，父本可分为5组。张学昆等运用RAPD标记分析了甘蓝型黄籽油菜和种皮色素遗传多样性，发现甘蓝型黄籽油菜DNA存在着丰富的多态性。2SSR标记的应用3由于RAPD稳定性差，AFLP和RFLP操作繁琐、成本高，且需使用放射性元素，标记的多态性也不及SSR标记，所以目前在甘蓝型油菜遗传多样性研究中应用最多的是SSR标记。聂平等利用SSR标记研究了35个甘蓝型油菜(17个春性品种(系)和l5个半冬性品种(系)以及3个春性品系与半冬性品系杂交选育出来的品系)的遗传多样性及其亲缘关系，结果表明，春性和半冬性品种(系)的遗传差异较大。姚艳梅等利用39对SSR标记研究了60个甘蓝型油菜与白菜型油菜种间杂交培育出的特早熟春性甘蓝型油菜品系及3个亲本的遗传多样性及其亲缘关系，共扩增出145个多态性片段，聚类分析结果表明，利用甘蓝型油菜与白菜型油菜种间杂交创造出来的新型甘蓝型油菜品系具有丰富的遗传多样性，且与甘蓝型亲本具有一定的遗传差异。刘平武等用SSR技术对98份甘蓝型油菜人工合成种与46份甘蓝型油菜品种(系)进行遗传多样性分析，聚类分析与主成分分析结果表明，甘蓝型油菜人工合成种遗传多样性十分丰富。因此通过人工合成甘蓝型油菜可以充分利用白菜型油菜和甘蓝丰富的遗传资源，拓展甘蓝型油菜的遗传基础。雷天刚等利用42对SSR引物对19个甘蓝型黄籽油菜品种(系)进行遗传多样性分析，共检测出336个等位基因，每对引物在不同品系间的等位基因数在2～21之间，平均位点为8个，位点多态性信息含量为0．17～0．85，平均为0．73。陈碧云等以2006～2007年全国冬油菜区试的89份参试品种为材料，运用筛选确定的25对SSR引物对这些品种进行分子标记分析，共获得106个多态性片段，遗传聚类和主成分分析结果显示，杂交种的多样性水平明显高于常规种；长江中游区品种(品系)遗传多样性指数最高，长江上游区和下游区次之，黄淮区最低。徐新福等从4重庆市油菜工程技术研究中心的甘蓝型油菜骨干亲本中随机选取了32份材料和10份来源于部分研究材料的向源株系或反交组合用于SSR多态性研究，结果表明，目前利用的骨干亲本尤其是黄籽亲本材料的遗传基础不够丰富，现有其他材料也需进行筛选和优化。3新型分子标记技术的应用随着分子生物学和生化技术的不断发展和完善，新型分子标记不断产生，其中包括相关序列扩增多态性(sequence—relatedamplifiedpolymorphism，SRAP)、基因表达序列标签(expressedsequencetag，EST)。这些技术是基于PCR的标记系统，因简单、高效、重复性好、费用低等优点被广泛应用于我国甘蓝型油菜的遗传多样性研究中。张书芬等采用SRAP标记对甘蓝型油菜品种1141B、垦C1、32B和32C的多态性进行了分析，结果表明，SRAP标记适于进行油菜品种的多态性分析和图谱构建，是一种经济、有效的分子标记。文雁成等采用25个SRAP(sequence—relatedamplifiedpolymor—phism)标记引物组合对建国以来不同时期选育的130个品种进行分析，共扩增到509个谱带、123个多态性带；多态性带的比例为24％；分析结果表明，20世纪80年代前育成的甘蓝型油菜品种的遗传基础最窄；20世纪80年代育成的甘蓝型油菜品种的遗传基础最宽；20世纪90年代育成的甘蓝型油菜品种的遗传基础略有下降；进入21世纪，品种间的遗传基础进一步下降。杨畅等以l4个不同地理来源或亲缘关系的甘蓝型油菜作为验证对象，系统研究油菜EST(Expressedsequencetag，EST)分子标记技术体系及其在油菜遗传多样性分析和指纹图谱构建中应用的可行性，结果表明，EST作为一种新型的分子标记，5具有信息量大、多态性和重复性好、设计简便等优点，可以应用于油菜遗传多样性鉴定和指纹图谱构建。任丽平等采用EST—STS标记和SSR标记对来自欧洲、亚洲、加拿大、澳大利亚和中国几个不同地区的87份甘蓝型油菜材料组成的预选核心种质进行遗传多样性评价，结果表明，EST—STS是一种经济、有效、具有功能信息的分子标记，其功效与普通SSR标记类似。4展望综上，以DNA多态性为基础的分子标记技术的开发发展，给我国甘蓝型油菜遗传多样性研究带来了日新月异的变化和长足的发展。但若要有效选配甘蓝型油菜杂交种亲本，还须对我国各省(市)以及国外引进的甘蓝型油菜资源进行挖掘。该研究建议在今后的研究中需做到以下3个方面：①进一步完善分子标记在油菜遗传多样性分析中的应用技术，降低使用成本，使分子标记与实践相结合，在全国各油菜育种单位广泛应用。②加强新型分子标记技术在甘蓝型油菜遗传多样性研究中的应用。靶位区域扩增多态性(Targetregionamplifiedpolymorphism，TRAP)是一种新型的基于PCR的分子标记，2003年由美国农业部北方作物实验室Hu等提出。TRAP标记发展至今已被广泛应用于作物遗传多样性分析、基因定位、遗传图谱构建等，但该技术在我国油菜育种中的利用尚未见报道，因此，应加强对该技术进行研究应用。③充分结合利用已有的分子标记技术，使各处技术优缺点互补，全面、有效地分析我国甘蓝型油菜资源的多样性。有研究认为，SRAP标记更适用于通过分析作物遗传距离获得杂种优势；从种质资源保存的角度出发，使用SSR标记能较全面地保证种6质资源的遗传多样性；结合SSR标记和SRAP标记可从全基因组和功能基因组分析育种材料的遗传多样性，对中长期育种目标的制定与实现具有重大意义。参考文献：[1]聂平，杜德志，徐亮，等．不同生态类型甘蓝型油菜的SSR遗传多样性分析[J]．西北农业学报，2O08，17(4)：109—113．[2]姚艳梅，徐亮，胡琼，等．特早熟春性甘蓝型油菜品系及其亲本的SSR遗传多样性．西北农业学报，2O08，17(4)：l14—1l8．[3]陈碧云，伍晓明，张冬晓．国家冬油菜区试新品种的SSR指纹图谱分析[J]．分子植物育种，2OO8，6(4)：709—716．[4]杨畅，郑普英，张学昆.甘蓝型油菜EST分子标记技术体系的建立[J]．中国油料作物学报，2O08，30(1)：17—24．[5]任丽平，倪两源，黄吉祥，等．甘蓝型油菜一个代表性核心种质的遴选[J]．中国农业科学，2OO8，41(11)：3521—3531.[6]文雁成，王汉中，沈金雄．用SRAP标记分析中国甘蓝型油菜品种的遗传多样性和遗传基础[J]．中国农业科学，2006，39(2)：246—256．[7]张书芬，傅廷栋，李媛媛，等．SRAP标记分析甘蓝型油菜多态性[J]．华北农学报，2006，21(1)：50—54．[8]陈伦林，邹小云，李书字，等．SSR和SRAP标记揭示甘蓝型油菜遗传多样性的差异分析[J]．分子植物育种，2OO8，6(3)：511—516．7[9]CHENJF，HUJG，VICKBRADYA，eta1．Molecularmappingofanuclearmale—sterilitygeneinsunflower(HelianthusannuusL．)usingTRAPandSSRmarkers[J]．TheoreticalandAppliedGenetics，2O06，113(1)：122-127．[10]WANGT，STEVENXU，MARIONHARRIS，eta1．GeneticcharacterizationandmolecularmappingofHessianflyresistancegenesderivedfromAegilopstauschiiinsyntheticwheat[J]．TheoreticalandAppliedGenetics，2006，113：611—618．