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1、分子標(biāo)記在植物遺傳育種中的應(yīng)用_沈法富第28卷第1期 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 1997年3月 Vo.l28№1 JournalofShandongAgriculturalUniversity Mar.1997文·獻(xiàn)·綜·述分子標(biāo)記在植物遺傳育種中的應(yīng)用沈法富 劉風(fēng)珍 于元杰(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳育種研究所)APPLICATIONOFMOLECULARMARKERSINPLANTGENETICSANDBREEDINGShenFafu,LiuFengzhen,YuYuanjie(
2、InstitueofCropGeneticsandBreeding,ShandongAgri.Univ.,Taian,China,271018)Keywords molecularmark;isozyme;RFLP;RAPD;DNAfingerpriting;plantbreeding【摘 要】 本文介紹了同工酶、RFLP、DNA指紋和PARD4種分子標(biāo)記的發(fā)展、原理和特點(diǎn),對它們在植物遺傳圖譜構(gòu)建、基因定位、變異后代的鑒定和選擇、雜交育種、回交育種、雜種優(yōu)勢等研究領(lǐng)域中的應(yīng)用作一展望和概述。關(guān)鍵詞:分子標(biāo)記;同工酶;DNA
3、指紋;RFLP;RAPD;植物育種中圖法分類號:Q943傳統(tǒng)的植物育種是在不甚明了基因背景的條件下,通過雜交和各種育種技術(shù),根據(jù)分離群體的形態(tài)表現(xiàn)和育種者的經(jīng)驗(yàn)等對表現(xiàn)型累代選擇,從而實(shí)現(xiàn)對基因型的改良。由于環(huán)境效應(yīng)較易掩蓋基因效應(yīng),因而育種者對目標(biāo)性狀的選擇是耗時(shí)和費(fèi)力的。在遵循和應(yīng)用常規(guī)育種原則和程序下,提高植物遺傳育種的效率和精確度是遺傳育種發(fā)展的關(guān)鍵。分子標(biāo)記的發(fā)展為解決這一問題開創(chuàng)了新的途徑。分子標(biāo)記是從生物的某些大分子物質(zhì)(蛋白質(zhì)和核酸)的多態(tài)性為基礎(chǔ)的遺傳標(biāo)記,它們能夠穩(wěn)定遺傳,且遺傳方式簡單,可以反映生物的個(gè)
4、體和群體特征。目前應(yīng)用廣泛的分子標(biāo)記有同工酶(Isozyme)、限制性酶切片段的多態(tài)性(Restrictionfragmentlengthpolymorphism)、DNA指紋(DNAfingerprinting)和隨機(jī)擴(kuò)增片段的多態(tài)性(RandomamplifiedpolymorphicDNA)。本文擬對它們的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展、原理、特點(diǎn)以及在植物遺傳育種中的應(yīng)用作一簡要概述。1 分子標(biāo)記的發(fā)現(xiàn)、原理和特點(diǎn)遺傳學(xué)的研究離不開遺傳標(biāo)記,孟德爾首次利用形態(tài)標(biāo)記推導(dǎo)出遺傳因子的分離和自由重組規(guī)律。摩爾根利用果蠅的形態(tài)標(biāo)記闡述了基因的連
5、鎖和互換規(guī)律,從而為遺傳學(xué)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。但是,由于生物形態(tài)標(biāo)記數(shù)量少,且大多數(shù)突變性狀為不利性狀,從而限制了形態(tài)標(biāo)記的應(yīng)用〔3〕。隨著生物技術(shù)的發(fā)展相繼出現(xiàn)了多種分子標(biāo)記。1.1 同工酶1952年Neilands首次結(jié)晶出兩種類型的乳酸脫氫酶,并證實(shí)它們?yōu)橥っ?即它們是來源相同、催收稿日期:1995—12—26化反應(yīng)的性質(zhì)相同而分子結(jié)構(gòu)有差異的酶蛋白分子,它是基因的產(chǎn)物,因而可作為遺傳標(biāo)記。同工酶作為遺傳標(biāo)記具有以下特點(diǎn)〔4〕,首先,它比較穩(wěn)定,不受環(huán)境因素的影響。其次,它在種子和幼苗期就可以鑒定,且所需植物材料少,除進(jìn)
6、行酶分析外,還可以對其它性狀進(jìn)行觀察,直至收獲種子。再次,同工酶為共顯性,即來自雙親的一對等位基因可以在雜交后代中同時(shí)檢測出來。而不象顯—隱性狀那樣,雜交后代隱性性狀被顯性性狀所掩蓋。目前已對30多種植物進(jìn)行了40多種同工酶分析,許多重要農(nóng)作物都已有了比較完整的同工酶圖譜。但是,在植物的群體中,僅有10～20種同工酶表現(xiàn)出位點(diǎn)的多態(tài)性〔3,4〕。因而限制了同工酶的利用。1.2 RFLP標(biāo)記70年代中期,遺傳學(xué)家發(fā)現(xiàn)了DNA水平上的分子標(biāo)記——RFLP,它是由限制性內(nèi)切酶酶解樣品DNA,從而產(chǎn)生大量的限制性內(nèi)切酶片段,通過凝膠
7、電泳將DNA片段按照各自的長度分開。當(dāng)酶解DNA產(chǎn)生的酶切片段數(shù)量比較多時(shí),電泳雖按片段的長度分開,但實(shí)際形成連續(xù)一片。因此,需將電泳的DNA通過Southern轉(zhuǎn)移至支持膜上,利用某一片段DNA作為探針,使酶切片段跟探針雜交,從而顯示出RFLP。當(dāng)利用同一種限制內(nèi)切酶,酶解不同品種的DNA時(shí),由于不同品種的DNA既有同源性又有變異,因而酶切片段就有差異,這種差別就是RFLP(圖1)。它是DNA分子水平上變異的反映,它既可以是內(nèi)切酶識別序列的改變,也可能涉及部分片段的缺失、插入、易位、倒位等〔5〕。RFLP作為分子標(biāo)記具有獨(dú)
8、特的優(yōu)點(diǎn)〔6,7〕。第一,RFLP標(biāo)記等位基因之間是共顯性的(圖1),因而不受雜交方式的限制,對隱性基因更有利。第二,RFLP標(biāo)記是反映基因型之間的差異,無表型效應(yīng),不受環(huán)境條件和發(fā)育階段的影響。第三,RFLP標(biāo)記的非等位基因之間不存在上位效應(yīng)以及其它形式的基因互作。因此,RFLP標(biāo)記之間
