水稻种质资源的分子鉴定和育种利用  

叶卫军1 , 胡时开2 , 李媛媛2 , 马伯军1 , 郭龙彪2
1 浙江师范大学化学与生命科学学院, 金华, 321004;
2 中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室, 杭州, 310006
作者    通讯作者
《分子植物育种》印刷版, 2013 年, 第 11 卷, 第 24 篇   doi: 10.3969/mpb.011.000625
收稿日期: 2012年11月30日    接受日期: 2013年01月09日    发表日期: 2013年02月05日
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摘要

水稻种质资源包括栽培稻、野生稻及育种材料等各种类型,是水稻新品种选育、生物技术研究以及农业生产的物质基础。中国具有丰富的水稻种质资源,但其利用率却不高,原因之一就在于传统方法不能够对其进行准确的研究评价。理想的分子标记具有稳定性高、重复性好、检测简单快速和共显性遗传等优点。本文综述了分子标记技术在水稻种质资源遗传多样性分析、重要功能基因的挖掘、品种DNA指纹库的构建及分子育种材料遗传基础的拓展等方面的作用,旨在为更充分的将分子标记技术应用于水稻种质资源的鉴定和分子育种提供参考。

关键词
水稻种质资源;分子鉴定;遗传多样性;基因挖掘;育种应用

水稻是世界上最古老也是最重要的粮食作物之一,世界上约50%的人口以稻米为主食。一直以来,育种家都希望育成高产、优质、高抗的优良水稻品种,并取得了巨大的进步。其中水稻品种的半矮杆化和杂种优势的利用,使中国的水稻单产产生了两次飞跃。但是,由于传统育种方法和配种骨干亲本运用的局限性,限制了水稻产量和质量的进一步提高,使得水稻增产陷入瓶颈期。随着分子生物技术的迅猛发展,分子标记技术已经较为成熟,并已在种质资源遗传多样性分析、优良基因的挖掘和分子种质库的建立等工作中得到了广泛的应用,大量的优异种质被鉴定、优良基因被克隆,使得有利性状逐渐向优良品种聚合,为培育或改良水稻品种打下了坚实的基础。

1分子标记在水稻种质资源遗传多样性分析中的应用
水稻种质资源,广义地讲,是指决定水稻各种性状的细胞核内基因和核外基因的总和(罗利军, 1998,作物品种资源, (3): 11-12),即包括栽培稻和野生稻等在内的各种类型,它是进行一切水稻科学研究和遗传育种工作的物质基础,也是解决粮食问题的重要希望(潘大建等, 2006, 广东农业科学, (9): 84-87)。遗传多样性也称基因多样性,它反映了种间或种内的遗传变异,是种质资源鉴定和利用的基础(金伟栋等, 2008)。目前,世界各地收集并保存的水稻及其近缘野生种约有2.5×105种,理论上保留了水稻的所有基因。然而,这些种质资源却没能够得到充分的利用,其原因之一就在于传统的水稻种质资源的分类和研究评价仅局限于形态特征的简单描述和鉴定,及后来发展的酶标记,由于受数量、环境与生物生长发育阶段的影响,都不能对水稻种质资源进行确切的鉴定、评价,使得其应用范围受到一定的限制(应杰政等, 2007)。分子标记能在DNA分子水平上揭示试验材料的不同,成为种质资源鉴定分析可靠且高效的工具,尤其适用于亲缘关系较近的品种。目前,分子标记已在籼粳亚种、主栽品种、地方品种和杂交稻骨干亲本等遗传多样性分析中得到广泛的应用。在所有的分子标记中,SSR (simple sequence repeats)标记由于具有数量丰富、稳定性高、专一性强、共显性遗传等优点而成为应用最多的标记。近年来,一些新的分子标记技术,如SNP (single nucleotide polymor phism)标记,InDel (insertion-deletion)标记,ILP (intron length polylnorphisms)标记等也逐渐应用于水稻科学研究中,弥补了SSR标记在水稻第6、第8、第9和第12号染色体上的稀疏引起的不足。

1.1分子标记在籼粳亚种遗传多样性分析中的应用
籼稻和粳稻是普通栽培稻的两个亚种,二者在形态和生理上都存在着显著的差异,日本晴和93-11为典型的粳、籼稻品种,二者的全基因组籼粳差异达22%以上,从不同的遗传群体也构建了一系列籼粳特异标记,部分籼粳功能标记已广泛应用于水稻超级稻分子育种中(郭龙彪等, 2004)。分子标记在水稻籼粳亚种的遗传多样性的研究中已有大量报导,并取得了重大进展。赵建亚等(2009)用60对ILP引物对52份亲本材料(以93-11, 日本晴为对照, 以及50份籼粳材料)进行检测,其中有45对ILP标记只检测到2种等位基因条带,即93-11带型和日本晴带型,可以很好的鉴别籼稻和粳稻品种。张建勇等(2005)用123对多态性SSR引物对93份水稻亲本材料进行聚类分析,可以明显的分为两个类群,即籼稻类群和粳稻类群,且籼稻的遗传多样性要大于粳稻。籼稻品种主要分布在秦岭、淮河以南的长江流域稻区和华南稻区,而粳稻品种主要分布在太湖流域和北方稻区,表现出明显的地域分布特点,反映了不同的地理气候条件对遗传多样性的影响。Yu等(2008)和Teng等(2006)利用籼粳遗传群体,分别图位克隆了酚染控制基因Phr1 (phenol reaction)和KClO3抗性或敏感性主效QTL-qCS-2b两个与籼粳分类有关的基因,并从基因水平指导遗传多样性分析。中国水稻研究所还利用籼粳形态指数和分子标记指数作为衡量籼粳属性的指标,提出了在超级稻育种中,籼粳中间型亲本选配方法,成功地选育了一系列超级稻。Huang等(2012)选取了400多份普通野生水稻进行基因组重测序和序列变异鉴定,与先前的栽培稻基因组数据一起,构建出一张水稻全基因组遗传变异的精细图谱。比较发现水稻驯化从中国南方地区的普通野生稻开始,广西很可能是最初的驯化地点,经过漫长的人工选择形成了粳稻,随后往北逐渐扩散。而往南扩散中的一支,进入了东南亚,在当地与野生稻种杂交,经历了第二次驯化,产生了籼稻,对籼粳稻驯化提供了重要的科学依据。

1.2分子标记在中国水稻主栽品种遗传多样性分析中的应用
阐明水稻栽培品种遗传多样性的变化,对于栽培品种的合理布局和品种鉴定都有重要意义。应杰政等(2007)采用分布于12条染色体的24个SSR标记对中国63个主栽品种和杂交稻组合亲本进行遗传多样性测试,其相似系数变异为0~0.958,平均值为0.318。并通过聚类分析分为三个类群,即保持系类群、恢复系类群和粳稻类群。对比发现,籼稻品种(保持系类群和恢复系类群)平均每个座位的等位基因的多态性值和等位基因的数目要比粳稻品种高,品种间的遗传相似水平较低,这主要与籼、粳稻育种亲本的选择有关;三系杂交组合恢复系比保持系/不育系的遗传多样性明显要高,主要由于育种中常用的保持系的遗传背景过于单一。实验结果与传统的系谱分析方法一致,且更为准确,部分基因座位上的标记在某些品种中表现出特征谱带,这对品种鉴定有重要的借鉴意义。魏兴华等(2009)也用微卫星标记对近60年来329份中国常规稻主栽品种的遗传变异进行检测分析,结果显示中国主栽品种总体表现为较低的遗传相似系数,但籼粳亚种内的遗传变异较低,可能是因为籼粳亚种间存在较大的遗传分化。所以,以后在分析栽培稻的遗传多样性时,需要分别在籼粳亚种间讨论,才能真实反映栽培稻品种的遗传变异。

1.3分子标记在中国水稻地方品种遗传多样性分析中的应用
地方品种是指在局部地区内种植、没有经过现代育种技术遗传改造的一类资源,其中包含了许多现代常规品种不具有但可利用的有利性状,如各种抗性,地区适应性和优良品质等。许多研究利用分子标记已对部分地区的地方品种遗传多样性进行了分析,金伟栋等(2008)用SSR标记对基于19个农艺性状构建的太湖流域粳稻地方品种核心种质库进行遗传多样性分析,发现粳稻地方栽培品种不仅具有丰富的遗传变异性,且可以用分子标记将其与该地区推广的现代品种完全区分开来,说明这二者有较大遗传差异,表明太湖流域地方品种可以用来拓宽育种亲本的遗传背景。张恩来等(2011)利用20对SSR引物分析416份云南地方品种,每个位点平均检测到5.8个等位变异,高于太湖流域224份粳稻地方品种(4.08个) (于萍等, 2009)和云南85份地方水稻品种检测到的等位变异(4.37个) (Zhu et al., 2004),表明云南地方稻种具有非常丰富的遗传变异。同时,云南省的地方稻品种具有各种优良品质,如耐冷性、抗病虫等,还有许多品种是特种稻资源,具有特殊功能,如果能够得到合理的收集和利用,对于地方稻种优良基因的保护和绿色超级稻的育种都有重大的现实意义。此外,该实验也证实位点的多态性与与材料数量的多少无直接联系。

1.4分子标记在中国主要杂交稻亲本资源遗传多样性分析中的应用
20世纪70年代,杂交水稻三系配套育种得到广泛的利用,为中国的粮食安全做出了巨大贡献。其中,水稻雄性不育系和恢复系扮演着举足轻重的作用。充分了解中国杂交水稻亲本材料的遗传背景与遗传关系,对杂交亲本的合理选择,杂交优势的有效利用等都具有很重要的意义。肖小余等(2006)和李云海等(1999)分别对42份四川省的杂交稻亲本和33份中国广泛使用且具有代表性的杂交水稻亲本材料进行SSR多态性分析和聚类分析,发现恢复系和不育系的遗传基础均较狭窄,但二者之间的遗传距离相对较远,这在一定程度上表明杂种优势和遗传距离的正相关性。Xie等(2012)利用215份中国南方和IRRI的杂交水稻亲本,及300多个SNP标记,进行遗传优势群的分析,聚类发现IRRI的优势群明显地不同于中国品种,而中国品种又可以分成3个亚类,中国品种的遗传多样性高于IRRI品种。鉴于分子标记的优越性,可以利用分子标记建立杂交水稻亲本的分子标记指纹库,从而有效解决杂交稻亲本材料种质资源材料的鉴别和遗传关系等问题,指导杂交水稻亲本的配选。

1.5分子标记在特种稻种质资源遗传多样性分析中的应用
中国具有丰富的特种稻种质资源,如各种有色米,甜米,香米,巨胚米等。通过对特种稻进行遗传多样性分析,对于特种稻优异种质的高效利用和核心种质库的构建等都具有重要的意义。Jain等(2003)利用15个SSR标记研究了12个香稻品种第8号染色体的微卫星多态性,平均每个微卫星标记检测到3.13个等位基因,说明不同种质的香稻品种间存在遗传多样性。张涛等(2008)采用60对SSR引物检测32个香稻品种的遗传多样性,共检测到等位基因188个,平均每对引物检测到等位基因3.13个。各香稻品种的间的遗传相似系数值变动范围为0.51~0.96,平均值为0.697。在遗传相似系数0.58处将32个香稻品种分为籼稻类群(遗传相似系数的平均值为0.816)和粳稻类群(遗传相似系数的平均值为0.707)。可以看出此次供试材料中籼稻类群的遗传相似系数较粳稻类群大,品种间的遗传差异较小。研究中使用的部分功能标记未检测到多态性,证明这些功能基因具有同源性,并用某些标记把籼粳中间类型的材料划分到亚种内,再次证实了分子标记具有更高的辨识度。崔海丽等(2007)也利用SSR标记对黑稻资源的遗传多样性进行分析,品种间遗传一致度为0.083 3~0.958 3,表明黑稻中存在较为丰富的遗传变异,同时也验证了种质的地理分布与分子标记之间存在着相关性。

2分子标记在水稻功能基因克隆中的应用
由于分子标记具有与控制目标表型基因相连锁的优点,通过构建遗传群体和图谱,利用与目标基因连锁的特点,已挖掘了一批具有优良性状的基因(表1),包括控制水稻的株型、穗型、粒型、抗性、品质等的基因,促进了分子育种的进展。

 
表1 水稻重要基因及其功能标记
Table 1 Rice important genes and functional markers

2.1水稻直立穗型控制基因DEP1
水稻的产量与谷粒的数量和大小关系密切,中国科学家利用直立密穗型品种沈农265成功克隆了水稻产量关键基因DEP1 (Huang et al., 2009),该基因位于第9号染色体上,编码一个含有PEBP-like (phosphatidylethanolamine-binding protein-like)结构域的蛋白,并在N末端与GS3有同源区域。突变的DEP1基因能提高分生组织的分裂能力,使稻穗变密,每穗枝梗数和粒数同时增多,且使水稻表现为直立或半直立的表型,促进水稻增产15%以上。进一步的研究表明中国生产中种植的半直立和直立穗型品种都含有dep1基因,说明DEP1已在水稻增产中发挥了重要作用。研究还发现,DEP1基因同样在小麦和大麦的生长发育中起着重要作用。该基因的深一步利用,对培育出更高产量的农作物新品种有重要的现实意义。

2.2水稻理想株型基因IPA1
上世纪90年代初,国际水稻研究所的科学家们提出了新株型育种计划,认为可以通过对株型的改良来突破增产的瓶颈,将杂种优势和理想株型的优势相结合再次提高水稻单产。现在我们认为水稻理想株型表现为少分蘖,茎秆粗壮,叶片和穗部直立等特点。Jiao等(2010)利用一份与理想株型表型类似的少蘖粳稻品种(Shaoniejing),成功克隆水稻理想株型控制基因IPA1IPA1编码类Squamosa启动子结合蛋白OsSPL14,并受小RNAOsmiR156的调控,主要在茎尖和根尖中表达,在第一、二次枝梗中也高效表达,控制水稻的分蘖和穗分支。OsSPL14点突变后,干扰了OsmiR156对OsSPL14的调控,使得水稻表现为分蘖减少,茎秆粗壮,同时每穗粒数和千粒重增加,抗倒伏能力增强,从而产量提高。通过对该基因的深入研究加深了我们对水稻理想株型的分子机理的认识。李家洋等认为IPA1基因利用可以作为新株型超级稻育种的切入点,为高产水稻品种的分子育种提供了强有力的支撑(颜红岚, 2012, http://www.caas.net.cn/caasnew/ysxw/xzhd/62224.shtml)。

2.3水稻抗病基因
稻瘟病、纹枯病和白叶枯病已成为影响中国水稻产量的三大病害,每年均有一定程度的发生,重灾时可导致严重减产,甚至颗粒无收。另外,由于中国近年来氮素化肥施用量大幅增加,矮杆、多蘖品种的大面积种植,使得这三大病害有加重的趋势。长期以来,对这三大病害的防治方法主要依赖于化学药剂的喷洒和栽培措施的改进,但成效甚微,还造成了严重的环境污染。因此,从经济和保护环境的角度出发,选育出抗病品种是可行途径之一。所以,水稻抗病种质资源的发掘、研究与利用显得尤为重要。国际和国内的育种学家很早就开始了对抗病种质资源的鉴选和基因的克隆工作,并已鉴定出一批具有高抗能力的种质资源,如国际著名稻瘟病抗源Tetep。且已克隆出一批抗病的基因,如抗纹枯病基因Rsb1,抗稻瘟病基因Pi-a、Pi-b、Pi-2、Pi-9、Pi-b、葡萄糖的芪合成酶等,还有一系列的抗白叶枯病基因如Xa-1、Xa-21、Xa-3/Xa-26,CaMV35S和Chil等。

2.4耐盐胁迫基因
粮食生产易受逆境因素的影响而造成减产,如在沿海和广大的半干旱或干旱地区,由于土壤或灌溉用水的盐渍化趋势越来越严重,已成为包括水稻在内的农作物生产的主要障碍。水稻属于中等感盐作物,若土壤中的盐浓度超过0.3%时,不耐盐品种即表现为盐害症状而造成歉收(Akbar et al., 1972; Akbar and Yabuno, 1974)。所以发掘水稻耐盐基因对于提高水稻产量和增大适宜种植地区都具有重大的意义。研究认为不同水稻品种间的耐盐性往往存在较大差异,并且耐盐机制也各不相同,创造水稻耐盐种质的一个有效方法是将不同耐盐机制聚合到一起,首要任务是定位和克隆耐盐胁迫的基因。Lin等(2004)通过分子标记技术发掘和克隆了两个主效耐盐QTL,SKC1SNC7SKC1基因编码钠离子专一性转运蛋白,但不运输钾离子。由于地上部的钠离子在SKC1基因的作用下向地下部运输,从而为钾离子向地上部的运输提供了空间,使得水稻地上部分维持高钾、低钠的状态,增加了植株的耐盐性。我们已培育含SKC1/BADH双抗盐胁迫的水稻品种越秀T22,具有广谱抗胁迫能力,有较大的应用潜力。

2.5粒型控制基因
粒型是影响水稻产量的关键因素之一,也是目前水稻产量研究关注的重点和热点。控制粒型的基因多为数量性状基因,因此克隆难度较大。但是在各方面专家学者的共同努力下已克隆了多个控制粒型的基因,如GW2、GW5、GS3、GS5、GS7qGW8(OsSPL16)等(http://www.ricedata.cn/gene/)。GW2编码一个未知的RING型蛋白,推测具有E3泛素连接酶活性。GW2功能的丧失导致了水稻颖壳细胞数目的增加,使得颖壳变宽,同时加快了灌浆速率,从而增加粒重和产量。GW2WY3等位基因除了可以显著增加粒宽和千粒重外,还能增加每株穗数,并延长生育期,但却降低了穗长和每穗粒数,这表明GW2具有一因多效的功能(Song et al., 2007)。GS5编码丝氨酸羧肽酶蛋白,GS5的表达可以促进控制细胞周期的基因表达上调,提高了细胞的分裂能力,增加细胞的数目的同时也增加了横向的生长,从而正向调节籽粒的大小,因此GS5是一个控制籽粒粒宽、结实率和千粒重的多效基因(Li et al., 2011)。多个粒型控制基因的成功克隆对于了解水稻籽粒的生长发育和提高产量有着重要的指导意义。

3水稻品种DNA指纹库的构建
目前,水稻种质资源材料的收集数量和种类越来越多,大大增加了收集、保存和利用的难度,需要提出切实可行的办法;另外,水稻品种的数目也不断增加,且有许多品种都有相似的亲本和遗传背景,给品种的审定和鉴定带来了一定的难度,迫切需要为水稻品种建立一种可以像人的指纹一样的图谱,能够及时高效的鉴定品种的不同。由此,DNA指纹图谱技术应运而生,它是建立在分子标记的基础上,为不同的水稻品种建立区别于其它品种的图谱。中国水稻研究所的庄杰云等(2006)对中国植物新品种保护条例涵盖的第一批保护作物中的水稻,建立水稻品种微卫星标记数据库,利用24个水稻公有微卫星标记,已构建了103个主栽常规稻品种、杂交稻组合和杂交稻亲本的分子指纹库。在此基础上,再逐步地建立水稻骨干亲本微卫星标记库。只有建立有效的品种微卫星标记库,并且库中的品种数据量足够多,才能有效的分析材料间的亲缘关系,从而指导育种亲本的选配,也是今后品种鉴定比较的基础。

4水稻分子育种材料遗传基础的拓展
栽培稻由于长期受到人工驯化和选择等因素的影响,虽然产量和质量上都得到了很大的提高,但同时也造成了栽培稻品种遗传背景的单一,致使许多现代品种都有相同或者相似的遗传背景。张建勇等(2005)认为中国目前常用的恢复系大多有明恢63和IR系统的血缘,而不育系则由珍汕97和D297衍生而来。遗传背景过于单一不仅造成产量难以再次提高,也可能会使栽培品种易受逆境伤害,造成减产。如美国1970年玉米小斑病的爆发正是由于美国大面积种植T型胞质杂交种的原因。这就警示我们要拓宽中国水稻栽培品种的遗传多样性,防止类似的流行性病虫害的爆发。此外,水稻品种遗传背景单一也是造成目前中国水稻产量和品质难以取得突破的重要原因。因此,迫切需要拓宽中国栽培稻品种的遗传基础。现今多种野生稻、农家品种、国外引进品种、特种稻等已在稻种资源分子遗传基础的拓展中发挥了重要的作用。

4.1野生稻资源在分子育种中的利用
野生稻是稻属中除了非洲栽培稻(O. glaberrima Steud)和亚洲栽培稻(O. Sativa L.)以外的稻属野生种的总称,约有20个稻种。有人认为,在水稻育种中,栽培稻种内资源为一级库,野生稻为二级种质资源库。野生稻是栽培稻的野生近缘种,长期处于野生状态,经受各种逆境的考验,它们中蕴藏着优异的基因资源,有许多是栽培稻不具有或已经消失了的基因。在中国的野生稻中,就已鉴定出具有抗虫、抗病、耐寒以及高矮杆、高生物产量和高收获指数等各种有利基因(何光存, 1998),且其遗传多样性高于栽培稻。但野生稻由于背景复杂,不利基因也较多,使许多有利基因被掩盖,传统的表型鉴定等方法难以进行基因的定位和克隆,致使其长期未能得到充分利用。我们可以利用分子标记的优势快捷、高效的发掘野生稻中可用农艺性状的控制基因,如广谱抗白叶枯病基因Xa-21已从长雄蕊野生稻种克隆出来,将其转入到栽培稻中被广泛应用。目前,多种优异的野生稻种质资源已得到了直接或间接应用,如IR系列品种中的抗草丛矮缩病基因就是60年代末IRRI从尼瓦拉野生稻(O. nivara)中筛选到的唯一抗草丛矮缩病的抗性基因。武汉大学也曾用红芒野生稻成功转育出红芒不育系,成为中国四大雄性不育系之一。上世纪70年代,中国首次实现了杂交水稻的“三系”配套,其野败型细胞质雄性不育系就是在海南的普通野生稻中发现的。但是在野生稻种资源中,非AA组野生稻和栽培稻杂交后,有利基因和不利基因连锁遗传的倾向非常强,阻碍了杂种后代在育种中的利用。为了打破这种局限性,可以利用与控制有利表型的基因相连锁的分子标记,准确选择出只带目的基因的个体,打破连锁障碍,提高杂种后代的可利用性。随着水稻基因图谱研究的进展,分子标记技术势必将为野生稻中的优异基因的选择、鉴定和在现代育种中的利用提供有力的手段(Song et al., 1995)。

4.2突变体种质资源在品种分子改良中的应用
变异在自然界的进化中扮演着举足轻重的作用。对人类而言,动植物中的各种对人类有利的变异被人工选择保留了下来,如掀起第二次绿色革命的半矮杆基因sd-1就是来自于自然突变。但是自然突变的概率过低,人们就利用各种方法来诱发突变,如各种理化诱变和生物诱变技术,以期提高突变率,获得新的遗传材料。我们已初步建立了突变体数据库,其中,2 386个水稻突变体已被高级分类和初步定位(郭龙彪等, 2006)。水稻突变体的研究已发现许多的优良基因,不仅丰富了水稻基因资源库,同时有些性状优良的突变品种可以直接用于生产,或创造出极为珍贵的具有某些优异性状的突变体应用于杂交育种。利用突变体所克隆的基因许多已被自觉或不自觉得应用到了作物生产中。浙江省农科院以突变体种质资源“浙粳22-双粒”为亲本,与三系杂交水稻的保持系或不育系所育成的双粒不育系,分别与其恢复系或保持系杂交,所结的杂交F1代和不育系种子均为双粒,简化了杂交水稻繁种、制种的程序,降低了杂交水稻不育系的繁种和制种的成本(张小明等, 2008, 中国专利, 200710070955.4)。突变体种质资源的应用不仅扩大了作物遗传基础的变异性,也增加产生突破性新材料的可能性,加大了对水稻种质资源的利用力度。

4.3特种稻稻种资源在水稻分子改良中的应用
近些年来,随着人们生活水平的不断提高,越来越注重稻米的食味、营养和保健等。然而,由于一直以来中国水稻育种工作过于片面的注重水稻产量的提高,忽视了优质及功能性稻米的研究与开发,从而导致优质大米的紧缺。特种稻是指具有特殊遗传性状和特殊用途的水稻,是水稻种质资源的重要组成部分,含有较高的各种微量元素、维生素等营养成分以及生物碱、黄酮等各种活性成分,具有营养保健功能,包括各种香稻、色稻、专用稻等(赵则胜等, 1995; 全东兴等, 2004)。由于较一般稻米而言具有特殊功能,近年来具有高营养和保健功能的特种稻种质越来越受到国内外学者的广泛关注,如受到世界科学家广泛关注富含维生素A的“黄金大米”。日本和韩国科学家利用MNU (N-甲基-N-亚硝基脲)化学诱变剂处理水稻受精卵,从处理的群体中选育出软米、甜米、粉质米等特种稻种质,并将其与常规育种和生物技术相结合,培育出高维生素、高铁、高纤维等特种稻种质(Satoh and Omura, 1981)。国际水稻所也成功育成里铁含量超过25 mg/kg的富铁水稻品种IR164 (胡培松, 2003, 中国稻米, 3-5)。中国有丰富的特种稻种质资源,如黑米、红米、香米、巨胚米等特种稻种质(钟代彬和应存山, 1997, 中国农业出版社, 48-54),并已利用这些资源筛选或选育出一批优良的特种稻品种,如紫香糯、黑珍米、龙锦1号等具有较高营养价值或特殊用途的水稻品,这对改善中国居民的膳食结构、增加农民收入和提高身体健康水平有着重要的意义。

5结语
水稻品种遗传背景过于单一已限制了中国水稻产量和质量的提高,林世成和闵绍楷认为通过对大面积推广品种的系谱研究发现,这些品种都可追溯到相似的祖先,如矮仔占、南特号、农垦58等几个少数品种(林世成和闵绍楷, 1991, 上海科学技术出版社, pp.156-179)。齐永文等的研究也表明自20世纪50年代起中国水稻品种的遗传多样性就一直成下降趋势(齐永文等, 2006, 科学通报, 51(6): 693-699)。对种质资源在分子水平上进行遗传多样性分析,有助于解析中国丰富的稻种资源之间的关系,准确掌握育种材料之间的进化和亲缘关系,进而选择适当的亲本用于水稻育种,提高育种的效率,扩大品种的遗传变异度。对控制种质优良性状基因的定位和克隆,有助于优良基因的聚合和分子标记辅助育种等工作。且多个基因已在实际生产中得到了应用,这为育成水稻新品种提供了新的工具,对提高水稻的产量、抗性和品质都有重大的意义。第三代分子标记技术(SNP标记)的具有数量多、密度大、便于大规模、自动化分析及直接反映基因的变异等优点,已被广泛应用于高密度图谱的构建,功能基因组学研究,关联性分析等工作中,大大提高了分子标记在科学研究中应用的广度和深度。随着技术和方法的不断进步,分子标记具有的优势也将会在其他的研究工作中得到广泛的应用。野生稻、农家品种和特种稻等种质资源具有较高的遗传变异,且含有较多的优良基因,若能得到合理的利用,将能使我们获得更多的育种亲本类型和优良性状的基因,培育出更加优异的品种。

作者贡献
叶卫军完成本文的数据分析以及论文初稿的写作;胡时开和李媛媛参与论文的修改;郭龙彪和马伯军是本文的构思者及负责人,指导数据分析,论文写作与修改。全体作者都阅读并同意最终的文本。

致谢
本研究由农业部生物新品种培育重大专项(2011ZX08001-003, 2011ZX0811-001)资助。感谢中国水稻研究所的钱前老师在论文写作过程中的帮助。

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