总结,并结合株高、抽穗期、育性基因及库源关系等方面的研究进展,讨论分子标记方法在水稻育种工作中的应用前景,以期为水稻籼粳亚种间杂种优势利用提供一定的参考价值。
关键词:水稻(Oryza sativa L.);亞种间杂交;籼粳指数;遗传距离(GD);分子标记辅助选择(MAS)
中图分类号:S512 文献标识码:A
文章编号:0439-8114(2018)24-0041-05
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.24.011 开放科学(资源服务)标识码(OSID):
Abstract: Tall culm,long growth period,low seed setting rate and bad grain filling are the main problems of indica-japonica inter-subspecific hybrid F1 progeny in rice.This article reviewed the advances of indica-japonica index identification technologies,the relationship between parents’ genetic distance and F1 heterosis,and the progress in research on plant hight,heading date,fertility genes,and source-sink relationship,to investigate the prospect of molecular markers in rice breeding,hoping to provide some references for the utilization of inter-subspecific heterosis.
Key words: rice(Oryza sativa L.); inter-subspecific hybridization; indica-japonica index; genetic distance (GD); molecular marker-assisted selection (MAS)
水稻(Oryza sativa L.)籼粳亚种间杂交有着显著的杂种优势效应,一直以来都是育种家关注的重点,然而普遍偏低的结实率成为限制其超高产潜力实现的主要因素之一。前人研究[1,2]表明,杂交水稻株高优势遵循籼粳交>籼爪交>粳爪交>籼籼交>粳粳交的规律,而结实率趋势则正相反。如何掌握其中的平衡,仍需要大量的尝试和摸索,而在此之前,鉴定试验材料的籼粳属性是非常必要的。典型籼粳交组合的F1通常存在株高偏高、生育期偏长、结实率较低、谷粒充实度较差等问题。在此,结合最新的分子标记技术和量化研究方法,明确材料籼粳指数,优化亲本遗传距离,将有利于选育出优良的亚种间杂交稻组合。
1 籼粳指数鉴定方法
1.1 形态标记
对于田间应用,中国主要采用程氏(六性状)指数法[3];后由陈跃进等[4]改进,增加幼苗KClO3抗性指标(表1、表2)。
1.2 生理生化标记
主要有同工酶法和维管束法。同工酶法,常用酯酶,已鉴别并应用了10多个籼粳特异酯酶同工酶带[5];维管束法,籼稻/粳稻穗颈大小维管束之比分别在1.0和0.5左右,倒二节间和穗颈大维管束之比分别在1.5和2.5左右[6]。
1.3 分子标记
从最开始应用化学酶切方法的RFLP,到酶切与PCR相结合的AFLP、RAPD,及至后期SSR、ISSR、EST、CAPs、InDel、ILP、SRAP、TRAP、SNP等各种PCR标记[7]。常运用于水稻籼粳指数检测的大致有以下几种。
1.3.1 限制性片段长度多态性(RFLP) RFLP是最早采用的一类分子标记方法。李任华等[8]采用42对籼粳特异RFLP探针,结合数学方法鉴定籼粳指数,计算公式为:
式中,Dj表示单位点粳性指数,Fi、Fj分别是此位点某等位基因在籼、粳类群中的基因频率。
式中,TDj表示品种总粳性指数。
此方法采用酶切手段,存在技术繁琐、多态性低等缺点,后续出现了RAPD、AFLP等改进。
1.3.2 简单序列重复(SSR) 又称STR、SSLP、微卫星DNA标记。毛艇等[9]以典型籼稻七山占和典型粳稻秋光及其RILs为对象,以28对籼粳特异SSR标记可以很好地鉴定材料的籼粳特性。计算公式为:
Dj=B位点数/(A位点数+B位点数)×100%
式中,Dj表示偏粳系数,A、B分别表示与七山占或秋光带型相同的位点。并定义Dj>50%为粳型,Dj<50%为籼型。
SSR标记因其共显性、高信息量与可重复性以及较低的技术难度和试验成本得到了很多研究者的青睐,经过多次改进之后,已成为目前最常用的水稻籼粳特性鉴定方法之一。
1.3.3 插入/缺失标记(InDel) Lu等[10]利用基于9311(典型籼稻)和日本晴(典型粳稻)全基因组序列比对获得的34对籼粳特异性InDel标记进行水稻籼粳指数研究(InDel分子指数法)。计算方法为: