分子标记在烟草育种中的应用与前瞻.pdf

安徽农业科学 J o u r n a l o f A n h u i A S c i 2 0 0 7 3 5 z 5 7 8 7 1 7 8 7 2 7 9 1 1 责任编辑李布青责任校对俞洁 分子标记在烟草育种中的应用与前瞻 胡重 怡 蔡刘 体 郑少 清 贵 州 烟 草 科 学 研 究 所 贵 州 贵 阳 5 5 0 0 0 3 摘要烟草是一种重要的经济作物 D N A分子标记作为新发展起来的一种遗传标记形式 凭借其不受环境限制 可靠有效等优点 在农 业科学研究中的应用越来越广泛 综述了分子标记在烟草育种研究中的应用 并对主要问题进行 了讨论 展望了今后的应用前景 关键词烟草 分子标记 育种 中图分类号S 5 7 2 文献标识码A 文章编号0 5 1 7 6 6 1 1 2 7 2 5 0 7 8 7 1 0 2 Al l i e a t i o n a n d P r 1s l c t o fMo l e c u l a r Ma r k e r s i n T o b a c c o Br e e d i n g 删刁肼 y i e t a l G u i z h o u T o b a c c o R e s e a r c h I n s t i t u te G u i y a n g G u i z h o u 5 5 0 0 0 3 Ab s t r a c t T o b a c c o wa s a n i mp o r t a n t e c o n o mi c c r o p A s a n e w l y d e v e lo p e d g e n e t ic ma r k e r DNA mo l e c u l a r ma r k e r wa s wi d ay us e d in a g r i c u l tu r a l r e s e a r c h wh i c h h a d t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f n o t r e s t r i c t e d b y e n v i mmr n t c r e d i b i l i t y an d a v a i l a b i l i t y I n t h i s p a p e r t h e d e v e l o p me n t o f DNA mo lecu l a r n k mgt ech n i q u eandi t s a p p l ic a t i o nin to b a c co b r e e d i n g r e s e a r c hwe r e r e v i e we d An dt h ema i n p r o b l e ms e x i s t e dwe r e d i s c u s s e d 1 1 1 e p r o s p e c tof t h e印 一 p l ic a t io nwa s a l s o d e s c r i b e d Ke y wo r d s T o b a c c o Mo l ecular ma r k e r B r e e d i n g 烟草是我国重要的经济作物之一 也是分子生物学模式 作物 D N A分子标记技术 作为一种直接 以 D N A的形式表 现 在生物的不同时期 不同组织都可以检测 不受季节与环 境限制 且基因组 D N A是变异丰富 资源无限的一种新型标 记技术 近年来 已经运用在小麦 玉米 水稻 棉花 大豆等多 种作物上 1 J 烟草育种一直强调 的是抗病 优质与适产 依靠传统表型性状很难有效地对有利性状进行选择 分子标 记和传统表型标记相比较而言 可以方便地选择隐性基因控 制的性状 并可以快速用于处理复杂的多基因位点性状 利 用分子标记辅助选择可以加快烟草有利性状 的聚合育种 笔 者综述了分子标记在烟草育种中应用的研究进展 并且对存 在问题进行了讨论 展望了今后的应用前景 以期对烟草分 子标记辅助育种工作有所借鉴 1 分子标记在烟草育种研究中的应用 1 1 亲缘关系和遗传 多样性的研究 分子标记是进行种质 亲缘关系分析和检测种质资源多样性的有效工具 对玉米 大麦 小麦等作物的研究表明 利用分子标记可以确定亲本 之间的遗传差异和亲缘关系 从而确定亲本间遗传距离 并 进行划分杂交优势群 提高杂种优势潜力 分子标记用于烟 草亲缘关系在国内外 已有报道 许明辉等用 2 5 5 个随机引 物对 2 3 个烟草品种进行 R A P D分析 有 4 6个在品种间表现 出多态 8 J 汪安云等对 1 2 个烤烟品种进 行 R A P D分析 从 1 0 0 个 O p e r o n 引物中筛选 出3 3 个可产生遗传多态性引物 从 1 0 0 个 G e n m e d s 引物 中筛选出 1 2 个可产生遗传多样性引 物 9 9 王志德等在创建烟草核心种质时也采用 R A P D技术 对入选种质进行 R A P D的分子标记 1 1 2 分子标记遗传图谱的建立 遗传图谱是烟草 品种资 源 遗传育种及分子克隆等许多应用研究 的理论依据和基 础 遗传图谱 的构建是基因组研究中的重要环节 可为基因 定位与克隆及基因组结构和功能的研究打下基础 与经典 遗传作图相比 分子标记技术是构建遗传图谱的一种较为简 便快捷的理想方法 随着以 R F L P为代表 的分子标记 的出 作者简介胡重怡 1 9 8 2 一 女 江西南昌人 硕士 助理研究员 从事烟 草遗传 育种工作 通讯作者 收稿 日期2 0 0 7 4 4 3 0 现 遗传作图在许多物种中得到了飞速发展 在植物中分别 发表了番茄 玉米 水稻 小麦等多种植物的分子图谱 1 卜H J 近年来 分子标记用 于烟草 的遗传 作图也有报道 日本的 N i s l i T 等用 A F L P技术对烟草青枯病抗性进行了鉴定 在抗 病品种 W6和感病当地品种 Mi c h i n o k u 1 杂交 F 中获得的 1 2 5 个 D H群体中筛选了 1 1 7个标记 绘制了包含 1 O个连锁群的 连锁图谱 1 引 美国北卡罗来纳州立大学农业与生命科学院 将完成烟草基因组测序计划 目 前已经完成大量烟草序列测 序工作 正在进行功能基因预测与注释 通过烟草基因组测 序 构建物理图谱 烟草将成为世界上基 因图谱被绘制出来 的少数植物之一 这将有助于对烟草进行基因改造 1 3 利用分子标记进行基因定位 应用分子标记定位 目标 性状基因的方法 目 前主要有两种 一是利用近等基因系或分 离群体分组分析法 B u l k e d S e g r e g a n t A n a l y s i s B S A B S A是 将 F 分离群体 中研究 的 目标性状根据其表型 如抗病 感 病 分成两组 将每组 内的一定数量的植株的 D N A混合 形 成按表型 区分 的 D N A池 也 称 近等 基 因池 i s o g e n i c D N A p o o l s 并用作模板进行 R A P D分析 近等基因系和近等基因 池的共同特点是被比较的两系或两池间除了 目标基 因所在 的染色体区域外 染色体的其他任何部位的基因组成几乎是 一 样的 郭生云等用 B S A法用 4 9个引物对 1 3个抗赤星病 品种和 1 5 个感病品种进行 R A P D的对比分析 找到了一个长 度为7 5 0 b p的 D N A片段与烟草对赤星病抗性密切相关 可 以作为烟草抗赤 星病的筛选标记 1 N i s h i T 也将对应于 W 6 青枯病抗性的一个 Q T L 位点及与之相联系的 D N A标记 在一个长度为 3 2 c M 含有 1 5个标记的连锁群 中 还在另外 一 个 D H群体中发现了 2个共显性标记 M 8 2和 M8 4 都与抗 性连锁 1 5 1 4 品种纯度鉴定 鉴定作物品种纯度的常规方法是根据 田间表型性状进行鉴定 后来发展为利用同工酶的方法 但 两者都有一定的缺陷 近年来应用分子标记建立 品种的指 纹图谱 已用于品种纯度的鉴定 该方法快速 准确 简便 成 本低 在幼苗或种子阶段就可鉴定出品种的纯度 何川生等 和梁明山分别利用 R A P D技术对烟草种质资源鉴定和烟草 品种的纯度进行了分析 一 1 8 分子标记技术已开始运用到 烟草品种纯度的检测上 其方便 准确 快捷的优点越来越被 维普资讯 7 8 7 2 安徽农 业科学 2 O O 7生 大家认可和接受 2 烟草分子标记辅助育种 目前存在的缺陷 近 1 O多年来 分子标记辅助育种 m o l e c u l a r a s s i s t e d s e l e c t i o n M A S 已经得到了较快发展 在许多作物中已定位了很多 重要性状的基因 但在烟草上分子标记还只是停留在标记鉴 定 定位 作图等基础环节上 通过分子标记辅助选择提高 烟草育种效率 大规模培育优良品系或品种尚未实现 2 1 标记鉴定与辅助育种两个重要环节脱节 绝大多数的 研究者只把工作目标定位在鉴定重要的标记上 而把标记辅 助育种作为下一步的工作 目标 甚至没有纳入 自己的工作 目 标 因此在选材的时候只考虑鉴定标记的可行性 而没有从 直接培育新的优良品系或品种的 目标去选择起始亲本 因而 在获得标记之后 并不能较快地培育出优良的品种或品系 2 2 缺乏高效的分子标记技术 尽管近几年来 烟草分子 标记技术在重复性 可靠性 实用性及降低成本等方面都得 到了较快发展 但效率还是太低 迄今为止 烟草上运用较 多且较为成熟的分子标记技术还是 R A P D标记 其他标记类 型则运用较少 而 R A P D标记最大的缺点是引物为单链且 短 对反应条件较为敏感 重复性差 而用 R A P D来标记重要 性状结果不是很理想 也很难进行饱和遗传图谱构建 因此 开发烟草的新型分子标记将是当务之急 2 3 标记辅助选择技术体系有待于进一步完善 对于单个 或少数几个基因的选择 现有的标记辅助选择技术体系是有 效的 但由于大多数重要性状是数量性状 是多基因控制 的 要同时选择许多基因 现有的标记辅助选择技术体系还 很难做到 3 烟草分子标记辅助育种展望 在表型选择有效的情况下 分子标记辅助育种更适用于 隐眭 限性 测定 困难或费用 昂贵以及未成熟期鉴定性状 在实际运用过程中应用一定策略 降低应用成本 M A S的作 用将会得到更大发挥 3 1 定位作图与育种同步进行 育种群体与定位群体之间 的重组频率是有 变化 的 所以不一定相 同 在不 同群体 中 0 rI L检测一致性低 而在同一群体不同世代中较高 研究 者对 目标基因进行定位是为了利用这些基因 一个重要途径 就是进行 M A S 提高种育种效率 为大规模培育优 良品系或 品种创造条件 而 M A S希望使用在育种群体中与 目的基 因 重组率仍 旧较低的标记 方宣钧等建议选择杂交亲本时尽 量使用与育种直接有关的材料 所构建群体应尽可能做到既 是遗传研究群体 又是育种群体 这样定位与 M A S同步进行 可缩短基因 定位研究与育种应用的距离 提高育种效 率和 M A S 效益 J 因此今后在烟草分子标记作图上可以把 图谱构建与育种群体构建同步进行 加快将分子标记运用到 育种的进程 提高育种效率 3 2 开发烟草新型分子标记 分子标记技术从以限制性片 段 长 度 多 态 性 R e s t ri c t i o n F r a e n t L e n g t h P o l y m o r p h i s m s R 兀P 为代表的第一代分子标记到以简单重复序列 S i m p l e S e q u e n c e R e p e a t s s R 为代表的第二代分子标记 再到近期发 展起来 的单 核苷 酸多 态性 S i n g l e N u c l e o t i d e P o l y m o r p h i n S N IP 第三代分子标记 越来越迅捷 稳定 高通量 理想分子 标记应该是建立在 P C R基础上 重复性高 在广泛基因背景 下都能表达 在不同研究者中能相互交换使用 并能有效跟 踪 目标基因的标记 而选用何种分子标记来进行 MA S选择 直接关系到选择效果 S N P的分布密集 在人类基因组中被 认为有 3 0 0 万个以上的 S N P 遗传标记 可能达到了人类基因 组多态位点数目的极限 因此被认为是应用前景较好 的遗传 标记物 2 S N P的优点是 S N P在种群中是二等位基因性 的 在任何种群中其等位基因频率都可估计出来 位点丰 富 S N P 几乎遍布于整个基因组 部分位于基因内部的 S N P 可能会直接影响蛋白质的结构或基因表达水平 因此它们本 身 可能就是疾病遗传机制的候选变异位点 遗传稳定性 高 易于进行 自动化分析 S N P解决了遗传标记分析技术 的 瓶颈 凝胶 电泳 如今烟草基因组测序即将完成并 公布序列 建立在基因组大量测序和基因芯片基础上开发烟 草 S N P标记将大有可为 3 3 有利性状聚合育种 作物的一些农艺性状 抗病等 表 达呈现基因累加作用 即集中到某一品种中同效基因越多则 性状表达越充分 基因聚合 g e n e p y r a m i d i n g 就是将分散在 不同品种 中的优 良性状基因通过杂交 回交 复合杂交等手 段聚合到同一个品种 中 随着烟草各种性状分子标记的不 断开发 今后可以运用分子标记辅助选择进行烟草多个优 良 性状的聚合育种 从而达到烟草分子设计育种的目的 有利 性状聚合育种技术已成功应用于水稻 小麦抗病育种 在水 稻抗白叶枯病上 H u a n g 等运用 M AS 技术分别将 2 4个白叶 枯病抗性基因 X a 4 X a 5 X a l 3和 X a 2 1 聚合到同一水稻品种 中 J 王心宇 等利用与 白粉病抗性基因 2 P m 4 a 8 和 P m2 1紧密 连锁 的 R F L P和 S C A R Seque n c e C h a r a c t e ri z e d A m p l i fi e d R e g i o n 标记进行分子标记辅助育种 选到分别聚合 2 个抗性基因的植株 J 综上所述 分子标记技术 的发展和在烟草上的应用 将 促使对烟草遗传基础的更深入了解 促进 目标基因在品种间 的转移 使得烟草种质资源的管理 利用和新品种的选育变 得更加有效 将极大地推动烟草的育种进程 可以预见 在 不久的将来烟草育种工作将发生革命性变化 参考文献 1 J O H N D WI L L I A MA B A c 0 n 耐s o f m a r k e x t s i s t e d a n d p l c s e 1 e c fi o nf o r h i s hga i n p r o t e in c o t e n t i n s p r in gw h e a t J E I 1 y t ic a 2 O 0 6 1 5 2 l 1 7 1 3 4 2 T A R I Q M MU H A MM A DHR G A R YR S e t a 1 Q u a n ti t a t i v e t r a i t l o c i f o r e a r l y rmt u r i ty a n dt h e ir p a e n fi a l inb r e c ti n gfo r e a r l i n e s s i n胁 s J E u p I 1 y t i c a 2 0 0 7 1 5 4 l o l l l 1 3 张素梅 蒋玉宝 刘保 申 分子标记技术在玉米基因定位上的研究进展 J 生物技术 2 0 0 6 6 8 0 8 3 4 谢建平 水稻分子标记辅助育种研究进展 J 种子 2 0 0 6 25 1 1 4 3 4 5 5 王淑芳 沈新莲 袁有禄 棉花重要h生 状分子析 己 的研究进展 J 中国 棉花 2 0 1 5 3 2 1 1 2 4 6 郭旺珍 张天真 丁业掌 分子标记辅助聚合两个棉纤维高强主效 饥h 的选择效果 J 遗传学报 2 O O 5 3 2 1 2 1 2 7 5 1 2 8 5 7 张文慧 杜吉到 陈庆山 等 抗大豆灰斑病育种研究进展 J 黑龙江 八一农垦大学学报 2 0 0 6 1 8 1 2 2 2 6 8 许明辉 郑明慧 刘彦中 烟草品种 R A P D分子析 己 多态性与品种鉴定 J 种子 l 9 9 8 5 2 3 2 5 9 汪安云 肖炳光 李天飞 烤烟品种的 R A P D引物筛选 J 中国烟草学 报 2 0 13 0 4 7 一l 1 1 0 王志德 牟建民 戴培刚 部分烟草杨I 种质 R A P D 分析 J 中国烟草 下转第 7 9 1 1页 维普资讯 3 5卷 2 5 期 杨 妮等 陕西农业生态旅游发展问题 与对策 7 9 1 1 源 是指在同一区域内开发各种类型的农业生态旅游资源 发展多种类型和方向的农业生态旅游项 目 促进农业生态旅 游的多样化发展 陕西可在现有旅游热点 配套农业生态旅 游项 目 优化旅游产品的组合与结构 提供综合性 产品 在 临潼 乾县 扶风 西安近郊 可考虑与农业生态旅游项 目组 合成适销产品 形成群体效益 用原有旅游项 目带动周边地 区的农业生态旅游项 目 而由于新添了农业生态旅游项 目 也会增加原有旅游项 目的客源 除此之外 杨凌农业示范区 及各地市政府所在地 也可建立现代农业园区 配套古农业 传统农业展区 5 4 因地制宜 设计多样的农业生态旅游项 目 农业旅游 的开发应立足当地资源 因地制宜 开发地方特色浓郁的农业 旅游项 目 就陕西而言 应突出陕北奇特的窑洞民居 信天游 式的黄土风情文化 关中古老农耕文化以及杨凌农科城 的特 色 在农业生态旅游项 目的开发上 可考虑在杨凌设立古代农 业展览 传统农业演示及现代农业示范区 在古代农业展厅可 展出各种古代农书 古代农具 原产于中国的农作物 蔬菜 花 卉树木种植园 使游客在石嗣 庵棚里燃篝火 自 炊 烤玉米 烤 红薯 烤昆虫 烤鱼等 领略一番先民的原始饮食生活 在传统 农业演示里可提供关中农耕活动场景 特色民居及具有当地特 色风味的农家饭菜 现代农业示范区可使游人在短时间内领 略到较为完整的现代农业全貌 并使其受到教育启发 也便于 观摩 仿效 推动现代农业技术的普及 5 5 开展主题旅游 解决旅游淡季 问题 为减少农业生态 旅游的季节波动性 就必须开发农业生态旅游淡季 的替代资 源 开展专题旅游活动是解决农业生态旅游区淡季问题的主 要方式 一方面 可开展农事活动与民俗文化表演等专题旅 游项 目 例如 堆麦垛本是农忙时节的农事活动 可在农闲时 开展堆麦垛比赛 也可根据当地农村居民娱乐休 闲习俗设计 和表演一些节 目 如扭秧歌 踩龙船等 另一方面 可开展地 方特色的节庆活动 如陕北可举办民间剪纸节 陕南安康地 区可组织龙船赛 冬泳等活动 5 6 加大开发力度 优化营销策略在产品的开发方面 一 要注重精品化和层次化 陕西农业 生态旅游具有一批优势 很强的项 目 在精品化上 旅游项 目及线路的设计上应要求 步步细节到位 施工认真细致 同时配备完善 的解说系统 使 游客能全面认识 层次化方面 陕西的农业生态旅游产品应 上接第 7 8 7 2页 学报 2 o o 3 4 2 0 2 5 1 1 高蓝 李浩明 D N A分子标记在番茄遗传育种研究中的应用 J 遗 传 2 0 0 3 2 5 3 3 6 1 3 6 6 1 2 张帆 万雪琴 潘光堂 玉米分子遗传图谱的构 建 J 玉米科学 2 0 0 6 1 4 3 6 9 1 3 乔晓琳 高庆荣 刘正斌 等 分子标记技术在杂交小麦研究中的应用 J 分子植物育种 2 O O 5 3 3 3 8 8 3 9 2 1 4 李娜 焦浈 秦广雍 D N A分子标记技术及其在小麦育种及遗传研究 中的应用 J 核农学报 2 O O 5 1 9 4 3 2 2 3 2 6 1 5 N I S H I T T A J I M A T N O G U C H I S e t a1 I d e n t ifi c a t i on o f D N A m a r k e r s oft o b a ex l in k e dt ob a c t e r i a l w il t r e s i s t one e J T h e o r A p p l C e n e t 2 o o 3 4 7 6 5 7 o 1 6 郭生云 何川生 张汉尧 R A P D技术鉴定烤烟抗赤星病基因连锁标 记 J 海南师范学院学报 2 0 0 1 2 1 0 1 3 1 7 何川生 何兴金 葛颂 烤烟品种资源的 R A P D分析 J 植物学报 形成森林观光旅游 农家一 日游 探险旅游 农 村 留学 休 闲 保健等多个层次 相应的专项旅游产品 二要在做好旅游产 品开发的同时 还应研制开发科技含量高 市场竞争力强 地 方特色鲜明的旅游商品 以满足游客 的需要 可推出 具 有鲜明的地方特色生态旅游纪念品 如以太 白山植物为原 料 像蝴蝶 昆虫等 经过特殊 的化学处理 制作 出精美 的实 用纪念品 如钥匙扣 书签 发夹 标本等 旅游生态食品 保健品系列 如森林山珍野菜 像长安板栗 陕西秦椒 中草 药如太 白山手掌参 商洛天麻等 陕西青茶如子午仙毫 白河 炒青等都可推出 在营销策略方面 可以为农业生态旅游进 行企业形象 C o r p r a t e i d e n t i t y C I 设计 农业生态 区 c I 是一 种推 出新 开发农业生态区并进行包装的行之有效的方法 同时 通过客源市场的公众识别 旅游形象的定位 市场行销 渠道 公关活动等途径 为农业旅游导入 实现 c I 战略 建立 具有知名度 美誉度 信任度 重游期望值高及具有较强市场 竞争力的农业生态旅游区 同时可策划设计各种时令促销 节 传统节 日 农事活动等 营造出明确而又迎合公众心理要 求的形象 气氛 使用一定的传播程序 即以逐步加强与重复 出现相结合的宣传手段 把农业生态旅游区推向社会 形成 轰动效应和持续效益 6 结 语 随着陕西旅游业纵深发展 陕西应积极地开发 自然旅游 产品 充分认识陕西发展农业生态旅游的巨大潜力 发展陕 西生态旅游资源的优势 特别是城市居民对 休闲热 生 态热 的渴求 使农业生态旅游的发展成为必然 因此 陕西 发展农业生态旅游是一个长远 可行及有效的投资 参考文献 1 阎锋 观光农业旅游 旅游百花园中的 枝新秀 J 北京第 b 国 语学院学报 1 9 9 9 2 9 1 9 5 I 2 舒伯阳 中国观光农业旅游的现状分析及前景展望 J 旅游学刊 1 9 9 7 5 4 1 4 3 3 严艳 陕西省农业旅游 资源开发探析 J 西北师范大学学报 自然科 学版 2 0 0 0 3 7 3 7 4 4 张青年 杨云 农业旅游 资源开发研 究 J 湖北大学学报 自然科学 版 1 9 9 9 4 4 0 5 4 0