| 我国农作物分子标记研究进展 |
我国的农作物基因组及相关研究始于90年代初，比国外晚3～5年的时间。1992年，我国农作物的基因研究的项目——中国水稻基因组计划正式开始启动，之后国家“863”高技术研究计划，国家自然科学基金计划，国家“八五”、“九五”攻关计划以及各部门与地方上的许多研究计划也都先后设立了许多有关农作物基因组研究项目。如国家“863”计划设立了“主要农作物高产、优质、抗逆分子标记”，国家自然科学基金设立了“稻麦玉米重要基因的鉴定、发掘和高效利用途径研究”国家“九五”攻关计划设立了“分子标记鉴定种质资源研究”。在过去的5～6年时间，我国有百余个科研单位，千余名科技工作者参加了有关的研究，并取得了重要的研究进展，概括起来主要有以下四个方面：1.构建了水稻等作物的染色体遗传图谱；2.构建了水稻染色体物理图谱；3.利用分子标记对我国作物种质资源遗传多样性进行了初步的研究；4.对一些重要的农艺性状进行了定位、作图与标记，相应的基因克隆已在进行。 基因组计划开展以来，遗传作图发展非常迅速，在短短的几年时间内，主要农作物的遗传连锁图的绘制均已完成。1996年我国学者用RFLP标记对水稻进行作图，构建了水稻12条染色体的完整连锁图，该连锁图共有137个RFLP标记，覆盖了水稻基因组的约95%，标记间的平均遗传距离为14.8cM。这是我国绘制较早也是较完整的一个连锁图，但由于图上的标记数少，因而间隙较大。此后，熊立仲等（1997）用栽培稻（Oryza sativa L.ssp. indica）品种矮脚南特和野生稻（Oryza rufipogon Griff）杂交的F2为作图群体，构成了有612个标记的水稻遗传连锁图。该图的总长度为1973cM，标记间的平均距离仅为3.2cM，是一个密度较高的连锁图，已能较好地满足水稻遗传育种工作的需要。 除水稻之外，我国还绘制了其它作物的连锁图。王导民通过与英国John Innes Center合作，绘制了谷子（Setaria italica L.Beallv.）的RFLP连锁图。这是国内外第一个谷子连锁图，不仅在谷子遗传育种研究中具有重要意义，而且还被用于和水稻、玉米、小麦等禾本科作物的遗传图谱进行比较，对于发现禾本科作物的保守性起到了重要作用。此外，中科院遗传所构建了大豆分子标记遗传框架图；我国与英国John Innes Center合作绘制了小麦野生近缘植物小伞山羊草（Aegilops umbellulata L.）的连锁图。此外，我国还有多名科技工作者在国外独立完成了小麦的第1、第5、第6染色体部分同源群RFLP连锁图的绘制，为国际小麦族作图计划做出了贡献。 绘制物理图谱是进行全基因组测序的基础。洪国藩等人（1997）用广陆矮4号水稻品种构建了一个平均长度为120Kb的细菌人工染色体（BAC）文库，之后建立了631个长度不同的跨叠群，每个跨叠群平均有17.5个BAC克隆组成。为了形成跨叠群物理图，他们用水稻遗传图谱上的RFLP标记及STS标记（序列标签位点）与跨叠群杂交，确定了631个跨叠群在水稻12条染色体上的位置，绘制出了水稻的染色体物理图。该物理图长为352284Kb，覆盖了水稻基因组的92%。 遗传多样性是作物种质资源及遗传育种研究的基础。近年来由于分子标记技术的出现，特别是作物遗传连锁图的构建，使遗传多样性研究取得了重要进展。我国目前在这方面的研究主要集中在种质资源遗传多样性检测与评价及品种分类2个方面。通过对水稻和小麦的野生种、农家种与推广品种的遗传多样性比较分析，发现野生种中的相当一部分优良基因没有被利用，开发利用这些位点，可能是育种取得突破的一条重要途径。中国农科院品资所利用6倍体小麦中B基因组特异重复序列进行的研究为小麦B基因组多元起源学说提供了分子证据，并提出了参与B基因组起源的物种。还有人利用分子标记技术对山羊草属和牡丹进行了分类研究，并提出了新的分类观点。 作物的重要性状都是由其对应的基因控制的。研究这些基因在染色体上的位置，并寻找与其紧密连锁的分子标记，是作物遗传研究的重要内容，是分子标记辅助选择（marker assisted selection）和根据作图位点进行基因克隆（map-based cloning）的基础，也是进行种质资源基因型鉴定（genotyping）的基础。我国近年来主要在育性基因、抗性基因及产量性状基因的作图与标记方面开展了有关这方面的工作。 育性基因包括不育基因和恢复基因两类。育种基因的研究与开发对于杂种优势利用具有重要意义。光敏核不育水稻是我国学者石明松1973年在晚粳品种农垦58中发现的一个自然突变体，具有长日照可育、短日照不育的特点，育性由一对基因控制，已经在第12染色体上找到了一个与光敏不育基因位点连锁的RFLP标记。华中农业大学张启发等人（1994）对由农垦58S转育来的一个籼型光敏不育系32001S进行的研究发展，32001S的育性由两对基因控制，分别位于第7和第3染色体上。这一结果与对农垦58S的研究结果不同，其原因需进一步研究。水稻品系5460F是我国发现的另一类水稻不育类型，表现为高温不育、低温可育，育性是由隐性单基因tmsl控制。王斌将其定位于水稻第8染色体上，找到的RFLP标记与之连锁紧密，遗传距离为1.2cM。目前正在构建该区域的物理图谱，为今后基因克隆奠定基础。 水稻野败不育系的发现与利用使我国在水稻要闻优利用研究中处于世界领先地位。中科院遗传所对该不育系的恢复基因进行了研究，结果发现有8个位点与育性的恢复有关，其中Rfi-3和Rfi-4两个位点表现为主效基因，分别位于第3和第4染色体上。 郑用琏等人初步确定了与恢复基因Rf3紧密连锁的RFLP标记UMC49（4.8CM）及RAPD标记Eo8-1.2（2.7cM），并且已经将RFLP标记转化为STS标记。 棉花具有十分明显的杂种优势。0-613-2R是来自中国农科院一个恢复系，它能恢复我国现有的几种胞质不育系的育性，郭旺珍等用（中棉所12A-1×0-613-2R）F2为标记群体，找到了与恢复基因连锁的RAPD标记OPV-15300，二者之间的交换值是13.0%。 我国目前常用的广亲合品种有02428、Dular等。已在02428中检测出3对广亲合基因，分别位于第2、6和12染色体上，对育性的总贡献为57%。其中第6染色体上的位点与报道的广亲合基因S5位点一致，该位点贡献最大，为48.5%。Dular是来源于印度的Aus类型的一个地方品种，它具有比02428更强的亲合力与亲合谱，因而具有很高的利用价值。在Dular中共检测到影响杂种育种的5个QTL位点，分别位于1，3，5，6和第8染色体上。5个位点对育性的贡献为55.5%，其中第5染色体上的f5和第6染色体上的f6效应较大，而其余位点的效应较小。研究表明，该品种的育性基因间存在着互作，且并非来源于广亲合品种的所有等位基因都能提高杂种的育性水平，该结果对培育广亲合性更强的品种有重要意义。除以上两个品种外，张启发（1998）还将一个广亲合基因定位在水稻的第11染色体上，并初步认为是一个新的广亲合基因。 Xa7是一个抗谱很广的抗白叶枯病基因，定位在水稻第11染色体上。目前已通过图位克隆途径进行了该基因的克隆。另一个抗白叶枯病基因Xa14也已定位在水稻第4染色体上的两个分子标记RG620和G282之间。Xa21是一个广谱抗性的水稻抗白叶枯病基因，已经克隆。窄叶青8号是70年代由广东农科院育成的一个抗稻瘟病品种，它对我国北方稻区的稻瘟病株表现高抗，是北方水稻育种中常用的一个抗稻瘟病亲本。中科院遗传所用RAPD标记，鉴定出该品种中有一对以前未报道过的抗稻瘟病基因Pi-zh，并将其定位在水稻的第8染色体上。该基因与RAPD标记BP127A的遗传距离为14.9cM。 白粉病是我国及世界许多国家小麦主要病害，目前已报道的抗病基因有27个，编号从Pm1-Pm24，其中包括5个等位基因，即Pm3a、3b、3c；Pm4a、Pm4b。截至1997年，国内外已报道7个抗白粉病的分子标记即Pm1、Pm2、Pm3a、Pm3b、Pm4a、Pm5、Pm12、Pm13、Pm21等，其中有多个基因是由我国学者参与标记的。贾继增等（1992，1996）用RFLP标记将来自拟斯卑尔脱山羊草的抗白粉病基因Pm12定位在小麦-拟斯卑尔脱山羊草易位基因6B-6S上，纠正了以前用单体分析的方法将该基因定位于染色体4A上的错误。他们还发现了与该基因紧密连锁的生化标记α-Amy-1及其RFLP分子标记。刘大均等人通过小一半一簇毛麦杂交并回交，育成了小麦一族毛麦6B、6V易位系。研究表明该易位系中有一个显性抗病基因并定名为Pm21，该基因对我国的白粉病小种均表现免疫。齐丽丽（1993）利用RAPD技术找到了与该基因共分离的分子标记，并已开始用于分子标记辅助选择。此外，马正强利用RFLP技术找到与抗白粉病基因Pm3b紧密连锁的（1.1cM）RFLP标记BCD1434，以及与抗白粉病基因Pm4a紧密连锁的（1.5cM）RFLO标记BCD1231；贾继增找到了与抗白粉病基因Pm13共分离的RFLP标记psr1196，并将其转化成PCR标记。 条锈病是我国小麦主产区的重要病害之一，用一套小麦长穗偃麦草代换系把长穗偃麦草编码的酯酶-5基因Est-E5定位在3E染色体上。用微卫星（SSR）分子标记结合分离群体分组分析法（BSA）对R55、和尚麦、大和尚麦等小麦条锈病抗源中的抗条锈病基因进行了分析。已把R55中的抗条锈病基因定位在染色体1BS上，与微卫星分子标记WMS11-193bp、WMS18-184bp紧密连锁，遗传距离均为1.9cM；并且用分子标记证实该抗病基因来源于圆锥小麦。初步把和尚麦中的隐性抗条锈病基因定位在1BS上，并且正在筛选与其紧密连锁的分子标记。其它抗条锈病基因的定位、标记与作图工作正在进行之中。 大豆花叶病毒危害严重，世界大豆产区均有发生。用一个抗病品种科丰1号与感病品种中南农1138-2杂交的F2、F3进行抗性基因Rsa的鉴定及分子标记，结果表明科丰1号的抗性是由一个显性抗病基因控制，RAOD进行分析找到了与其连锁较紧密（7.7cM）的分子标记，并将该标记转化为SCAR标记。 杂种优势是指两个遗传组成不同的亲本杂交产生的F1比亲本具有更强的生活力、生长势、适应性、抗逆性和丰产性的现象，利用杂种优势是提高作物产量的一条重要途径。张启发等（1994、1995、1996）用分子标记研究了杂合性与杂种优势的相关性，结果发现基因型杂合度与杂种优势的相关性在不同材料中表现出较大的差异。他们还发现上位性效应是杂种优势形成的重要遗传基础。 [资料来源：我国农作物生物技术的成就与展望/范云六等（中国农业科学院）∥世界科技研究与发展. |