SSR 分子标记技术在玉米育种中的应用

SSR 分子标记技术在玉米育种中的应用

SSR分子标记技术在玉米育种中的应用

王勇,张元昶,方忠 (广西大学农学院,广西南宁530005)

摘要 介绍了SSR分子标记技术的原理、特点、类型及其在玉米遗传图谱的构建、品种纯度鉴定和玉米遗传多样性等育种中的应用。关键词 玉米;SSR;遗传育种

中图分类号 S513.032 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2007)01-00052-03

UtilizationofSSRMarkersinMaizeGeneticBreedingWANGYongetal (AgriculturalCollege,GuangxiUniversity,Nanning,Guangxi530005)Abstract Theprinciple,characteristicsandtypesofSSRmarkerswereintroduced.Inaddition,itsapplicationwasmainlyreviewedinthreeaspectsin-cludingtheconstructionofthegeneticlinkagemap,thedetectionofthepurityofvarietyandthestudyofthemaizegeneticdiversity.Keywords Maize;SSR;Geneticbreeding

玉米是重要的粮食与饲料作物,是世界三大作物之一。但是由于对玉米中许多性状的遗传机制缺乏了解,从而限制了玉米产量的提高与品质的改善,阻碍了玉米育种工作的进程。建立在分子遗传学基础上的分子标记技术的迅速发展,促进了作物育种研究各个领域的发展。分子标记能在DNA水平上反映植物遗传基础的差异,是植物遗传育种领域内的一项新兴技术。SSR(SimpleSequenceRepeat,简单重复序列)就是当今四大分子标记技术之一。1989年3个独立的研究小组几乎同时建立了该技术,并且证实它作为位点特异遗传标记具有巨大潜力。SSR技术的特点是呈共显性遗传;在数量方面没有生物学上的限制;其标记带型简单,记录的条带一致、客观、明确;采用PCR技术进行检测只需少量DNA样品,且质量要求不高,即使是部分降解的样品也可进行分析;每个位点均有许多等位形式;另外,它还具有多态性高、实验程序简单等优点[1]。1 SSR分子标记技术简介

1.1 原理和特点 SSR又称为微卫星DNA(MicrosatelliteDNA)、短串联重复(Tendom-repeats)或简单序列长度多态性(Simplesequencelengthporlymorphism),通常是指以2～4个核甘酸为单位多次串联重复的DNA序列,也有少数以1～6个核甘酸为串联重复单位。SSR标记具有多态性高的特点,需要的DNA的量很少,比较适合育种工作。SSR在基因组中的分布是随机的,它可以存在于内含子、外显子及染色体的其他任何区域。在不同植物中,SSR重复单位的碱基组成及拷贝数随物种的不同而有所差异,但SSR两端的序列是保守的。因此,可以设计出与SSR两端保守序列互补的引物,通过PCR扩增重复序列和凝胶电泳检测其多态性。SSR序列多态性的出现是由于同一物种中不同基因型的寡聚核苷酸重复次数不同以及重复序列在染色体复制时的滑动或染色单体的不等交换造成的,因此SSR可用作分子标记。由于玉米中存在转座子,微卫星的多态性表现得极为丰富,所以SSR技术较其他分子标记技术更适合于玉米研究[2]。

1.2 类型 根据SSR核心序列排列方式,可将SSR分为完全型(Perfect)、不完全型(Imperfect)和复合型(Compound)[3]。完全型SSR是指核心序列以不间断的重复方式首尾相连构

作者简介 王勇(1964-),男,广西南宁人,农艺师,从事玉米遗传育种

方面的研究。

收稿日期 2006-07-18

成的DNA;不完全型SSR是指在SSR的核心序列之间有3个以下的非重复碱基,但两端的连续重复核心序列重复数大于3;复合型SSR是指2个或2个以上的串联核心序列由3个或3个以上的连续的非重复碱基分隔开,但这种连续性的核心序列重复数不少于5。3种类型内完全型是SSR标记中应用较多的一种类型[4]。

根据SSR核心序列碱基数目,可将SSR分为单碱基重复型、2碱基重复型、3碱基重复型、4碱基重复型等。各种SSR在植物基因组中的丰度(频率)不同。WANG对EMBL和GenBank中的54个植物种的核DNA(3026kb)和28个植物种的细胞器DNA(1268kb)进行了各类SSR(1～4bp)的搜索,发现(AT)n是植物基因组中最丰富的SSR,然后依次为(A)n (T)n、(AG)n (CT)n、(AAT)n (ATT)n、(AAC)n (GTT)n、(AGC)n (GCT)n、(AAG)n (CTT)n、(AATT)n (TTAA)n、(AAAT)n (ATTT)n以及(AC)n (GT)n[5]。同一类型内核心序列碱基种类不同的SSR的丰度也差别很大。MORGANTE和OLIVER2I从GenBank和EMBL查询了植物SSR序列,发现在2碱基重复型SSR中(n>10),各种SSR相对频率是(AT)n74%、(AG)n24%、(AC)n1%、(CG)n0;在3碱基重复型(n>7)SSR中,各种SSR相对频率是(TAT)n27%、(TCT)n25%、(CAG)n12.5%、(TGT)n10%、(ATC)n7.5%,其他均小于5%。1.3 在玉米基因组中的分布 研究SSR在植物基因组中分布的方法有2种:①对基因数据库中已有的DNA序列进行分析;②用SSR作探针与大片段基因文库进行杂交。尽管不同作者所用方法不同,但是所得结果大致相同。玉米中SSR的主要重复单位及其拷贝数分别是GA3.1×103和AC1.9×103。通过EMBL检索到玉米的DNA长度是410.5kb,SSR的数目是7,估计总数目为4.3×103[7]。李新海等利用69对SSR引物筛选出43对扩增产物具有稳定性和多态性的引物,研究了21个玉米自交系的遗传变异,共检测出127个等位基因变异,每对引物检测等位基因2～7个,平均2.95个,多态性信息量平均为0.511[8]。

2 SSR分子标记技术在玉米育种中的应用

2.1 玉米遗传图谱的构建及基因定位 构建玉米遗传图谱及寻找与目标性状紧密连锁的分子标记是进行分子辅助选择育种的基础。而玉米最初的遗传图谱是以RFLP标记为主的连锁图。与RFLP相比,SSR检测的多态性要高很多,对于构建高密度的遗传图谱有用,也能更好地应用于玉米育种中。以