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1、分子标记在植物遗传育种中的应用_沈法富第28卷第1期 山东农业大学学报 1997年3月 Vo.l28№1 JournalofShandongAgriculturalUniversity Mar.1997文·献·综·述分子标记在植物遗传育种中的应用沈法富 刘风珍 于元杰(山东农业大学作物遗传育种研究所)APPLICATIONOFMOLECULARMARKERSINPLANTGENETICSANDBREEDINGShenFafu,LiuFengzhen,YuYuanjie(
2、InstitueofCropGeneticsandBreeding,ShandongAgri.Univ.,Taian,China,271018)Keywords molecularmark;isozyme;RFLP;RAPD;DNAfingerpriting;plantbreeding【摘 要】 本文介绍了同工酶、RFLP、DNA指纹和PARD4种分子标记的发展、原理和特点,对它们在植物遗传图谱构建、基因定位、变异后代的鉴定和选择、杂交育种、回交育种、杂种优势等研究领域中的应用作一展望和概述。关键词:分子标记;同工酶;DNA
3、指纹;RFLP;RAPD;植物育种中图法分类号:Q943传统的植物育种是在不甚明了基因背景的条件下,通过杂交和各种育种技术,根据分离群体的形态表现和育种者的经验等对表现型累代选择,从而实现对基因型的改良。由于环境效应较易掩盖基因效应,因而育种者对目标性状的选择是耗时和费力的。在遵循和应用常规育种原则和程序下,提高植物遗传育种的效率和精确度是遗传育种发展的关键。分子标记的发展为解决这一问题开创了新的途径。分子标记是从生物的某些大分子物质(蛋白质和核酸)的多态性为基础的遗传标记,它们能够稳定遗传,且遗传方式简单,可以反映生物的个
4、体和群体特征。目前应用广泛的分子标记有同工酶(Isozyme)、限制性酶切片段的多态性(Restrictionfragmentlengthpolymorphism)、DNA指纹(DNAfingerprinting)和随机扩增片段的多态性(RandomamplifiedpolymorphicDNA)。本文拟对它们的发现、发展、原理、特点以及在植物遗传育种中的应用作一简要概述。1 分子标记的发现、原理和特点遗传学的研究离不开遗传标记,孟德尔首次利用形态标记推导出遗传因子的分离和自由重组规律。摩尔根利用果蝇的形态标记阐述了基因的连
5、锁和互换规律,从而为遗传学的发展奠定基础。但是,由于生物形态标记数量少,且大多数突变性状为不利性状,从而限制了形态标记的应用〔3〕。随着生物技术的发展相继出现了多种分子标记。1.1 同工酶1952年Neilands首次结晶出两种类型的乳酸脱氢酶,并证实它们为同工酶,即它们是来源相同、催收稿日期:1995—12—26化反应的性质相同而分子结构有差异的酶蛋白分子,它是基因的产物,因而可作为遗传标记。同工酶作为遗传标记具有以下特点〔4〕,首先,它比较稳定,不受环境因素的影响。其次,它在种子和幼苗期就可以鉴定,且所需植物材料少,除进
6、行酶分析外,还可以对其它性状进行观察,直至收获种子。再次,同工酶为共显性,即来自双亲的一对等位基因可以在杂交后代中同时检测出来。而不象显—隐性状那样,杂交后代隐性性状被显性性状所掩盖。目前已对30多种植物进行了40多种同工酶分析,许多重要农作物都已有了比较完整的同工酶图谱。但是,在植物的群体中,仅有10～20种同工酶表现出位点的多态性〔3,4〕。因而限制了同工酶的利用。1.2 RFLP标记70年代中期,遗传学家发现了DNA水平上的分子标记——RFLP,它是由限制性内切酶酶解样品DNA,从而产生大量的限制性内切酶片段,通过凝胶
7、电泳将DNA片段按照各自的长度分开。当酶解DNA产生的酶切片段数量比较多时,电泳虽按片段的长度分开,但实际形成连续一片。因此,需将电泳的DNA通过Southern转移至支持膜上,利用某一片段DNA作为探针,使酶切片段跟探针杂交,从而显示出RFLP。当利用同一种限制内切酶,酶解不同品种的DNA时,由于不同品种的DNA既有同源性又有变异,因而酶切片段就有差异,这种差别就是RFLP(图1)。它是DNA分子水平上变异的反映,它既可以是内切酶识别序列的改变,也可能涉及部分片段的缺失、插入、易位、倒位等〔5〕。RFLP作为分子标记具有独
8、特的优点〔6,7〕。第一,RFLP标记等位基因之间是共显性的(图1),因而不受杂交方式的限制,对隐性基因更有利。第二,RFLP标记是反映基因型之间的差异,无表型效应,不受环境条件和发育阶段的影响。第三,RFLP标记的非等位基因之间不存在上位效应以及其它形式的基因互作。因此,RFLP标记之间
