水稻两种主要分子标记及其在功能基因组学和分子育种中的应用

水稻是世界上一半以上人口的主食，其消费者主要集中在亚洲。随着全球耕地资源锐减、人口激增与经济发展需求，提升水稻单位面积产量已成为保障全球粮食安全的战略核心。传统育种主要针对表型进行选择，存在选择效率低、育种周期长、主要依赖经验等固有瓶颈。近年来，随着水稻基因组学的快速发展，分子标记辅助育种通过直接选择基因，实现了目标性状的定向改良。当前，以SSR（Simple Sequence Repeats，简单重复序列 ） 和 KASP（Kompetitive Allele-SpecificPCR，竞争性等位基因特异性 PCR）为代表的分子标记技术为核心，实现了水稻的定向改良，该技术具有效果好、效率高等特点，未来发展空间极大。

一、水稻中两种主要的分子标记

目前水稻主要应用的分子标记为简单序列重复标记（Simple Repeat Sequence，SSR） 和 竞 争 性 等 位 基 因 特 异 性 PCR 标 记（Kompetitive Allele-Specific PCR，KASP）。真核生物基因组中广泛存在着由 1-6 个核苷酸组成的短 DNA 串联重复序列，长度通常在 200bp 以下，称为简单序列重复。1995 年，Panaud 等通过重复序列探针筛选构建 SSR 基因组文库，成功开发出首个水稻 SSR 分子标记集。McCouch 等于 2002 年突破性发布含 2240 个位点的水稻基因组 SSR 标记库，为基因精细定位、种质资源鉴定、标记辅助选择提供了高密度标记支撑 [1]。国际水稻基因组测序计划在 2005 年权威发布，水稻全长基因组总共含有 18828 个 ssR 分子标记位点。SSR 标记与同时代的其他分子标记相比，具有技术操作简捷稳定、共显性遗传等优点，加之多态性位点丰度高且基因组覆盖广等诸多优点，成为目前水稻分子标记辅助选择育种的理想技术体系 [2]。KASP 是由英国的 KBioscience公司所开发的一种基于 SNP 的新型基因分型技术，该技术是基于引物末端碱基的特异匹配来对复杂的基因组 DNA 样品中的 SNP 以及 InDel 位点进行精准检测 [3]。KASP 技术基于常规 PCR 与荧光检测，兼具灵活、低成本和高准确性的优势，可适配普通实验室的低中高基因分型通量需求，更易实现高通量自动化检测[4]。

二、两种分子标记技术在水稻功能基因组学中的应用

SSR 标记主要应用于水稻重要农艺性状的 QTL 定位与候选区段的精细定位。兰涛等利用 122 个微卫星标记构建了关于 PA64s/E32 两系杂交稻的分子遗传连锁图谱 [5]。胡凤益首次构建了包含了 181 个 SSR 标记和 227 个来自种间杂交 F2 单株的分子连锁图，其完全基于微卫星标记，总长 1758.6cM，覆盖了水稻 12 条染色体，标记平均相距 9.72Cm 。为长雄野生稻优异性状基因的分子遗传学研究建立基础 [6]。张秋丽等通过单片段代换系定位到籼粳亚种间粒型分化关键基因 qRBG1/OsBZR5。该基因负调控籽粒大小[7]。

随着 SNP 标记资源的积累与基因组学的发展，利用高密度遗传图谱促进了作物重要性状基因的精细定位。其主要方法包括基于 SSR 或 KASP 标记的目标性状筛选结合 QTL 定位缩小候选区间和通过大规模群体 SNP 分型实现基因精细定位。刘晓敏等以黄绿叶突变体 ygl-9108 为试材，利用突变体 ygl-9108 和五山丝苗杂交的 F2 群体进行基因定位。利用图位克隆方法，ygl-9108 被定位于水稻第 11 号染色体两 SSR 标记 11Y39 和 11Y45 之间，物理距离约为 147kb，是一个新的黄绿叶调控基因 [8]。Xin 等利用水稻 F2，3 代的 638 个个体进行 QTL-seq 分析，通过 13 个KASP 标记将株高相关 QTL 区间从 2.02Mb 精细定位至 126kb，最终从区间内 15个基因中鉴定出株高相关候选基因[9]。

三、 两种分子标记技术在水稻分子育种中的应用

丁佳等利用 KASP 技术开展回交转育，成功培育出了 6 个含有抗虫基因Cry1Ab，抗病基因 Pi9、 Xa23 的改良恢复系新材料，并开发了2 对用于 CrylAb 分型的 KASP 引物 K2 和 K4[10]。朱小品等借助水稻 10K 液相芯片对 314 份来自江苏不同地域水稻种质资源进行SNP 基因分型，筛选出多个高多态性的SNP 位点并开发出了 122 个 KASP 标记。经过一系列筛选得到 56 个核心 KASP 标记，并对 102份江苏粳稻品种进行遗传多样性分析，构建了江苏粳稻品种 DNA 指纹图谱库 ^[11]∘ 裴法敬等基于 GW7 基因内的 SNP 位点进行筛选，开发了两个 KASP 标记 GW7-7YG6092/6398，在苗期可精准鉴定基因型，实现粒型性状高效选育[12]。李瑶等根据籼稻品种‘Nona Bokra’携带的耐盐性基因 SKC1NB 中的功能性 SNP 位点开发了一个 KASP 分子标记 SKC1NB-KASP，该标记使得耐盐性水稻分子标记辅助育种的效率显著提高[13]。但 KASP 技术还存在一定局限，一是 SNP 邻近序列限制引物设计，可能导致PCR 扩增效率降低；二是模板DNA 质量直接影响检测成功率。

杨丹丹等选用 WA 型强恢复系云恢 1973 和 WA 型不育系广 8A 构建 F2 群体，由 SSR 分析获得与云恢 1973 恢复基因紧密连锁的 12 个标记，利用分子标记辅助选择从云恢 290/ 云恢 1973 创制的 300 份 F8 代重组自交系材料中筛选到 72 份含恢复基因的新恢复系，为杂交水稻的可持续提供了新材料基础 [14]。徐晓明等以杂交水稻‘万象优 337’及其亲本为材料，基于 SSR 标记进行引物筛选及其种子纯度鉴定，筛选确定多态率占 16.7% 的多态性引物 B12 和 C9 为‘万象优 337’种子纯度鉴定的可靠核心引物。应用于两个批次 10 份材料，其种子纯度鉴定结果与田间形态学鉴定相符，为大面积推广万象优 337 品种提供技术支撑。针对 34份江苏自主选育水稻品种，杜灿灿等综合分析了 42 个表型性状，利用 41 个 SSR标记对以上品种进行基因型鉴定，采用多指标和多方法进行聚类分析。结果表明，整合农艺性状、品质性状及 SSR 标记的聚类信息进行亲本分类，相较于单一方法，能显著提高亲本选配准确性、优化育种流程并提升效率。通过应用该方法成功利用镇稻 18 号与盐稻 11 号组合，选育出镇稻 23 号、32 号和 33 号等新品种。

四、展望

水稻分子标记辅助育种通过与传统育种技术的深度融合，显著提升了目标性状选择的精准性和效率。目前，通过开发与目标基因精密连锁的 SSR 标记或KASP 标记，已在单基因控制的质量性状改良中取得显著成效，例如抗病虫害基因（如 Xa21、Pi9）和耐逆基因（如 Sub1、DRO1）的高效导入。未来，育种学家应聚焦于以功能基因组学与高通量标记技术的深度整合，基于全基因组测序和转录调控网络解析，开发功能标记（如 SSR 和 KASP）以精准靶向产量、品质及营养吸收相关基因；全基因组选择与人工智能的交叉应用，通过机器学习模型整合基因型、表型、环境等多重数据，实现低遗传力性状的早期预测；定向聚合抗病（Pi2/Pi9）、耐旱（OsNAC14）及低镉（OsLCD）等多性状位点。尽管存在数量性状遗传解析瓶颈及技术标准化不足等问题，随着多组学技术、生物信息学工具的持续发展，开发出更多功能更加完善的分子标记，加速水稻育种从经验驱动向全基因组设计育种的模式转变，为应对气候变化和粮食安全挑战提供核心科技支撑。

参考文献：

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[13] 朱小品 ， 徐婷婷 ， 孟珊 ， 等 . 基于核心 KASP 标记的江苏粳稻品种 DNA指纹图谱构建 [J]. 江苏农业学报 ，2024，40（09）：1569-1585.

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【

作者简介】赵明卓（2001-），男，甘肃张掖市人，硕士研究生在读，主要研究方向：水稻育种。

【通讯作者】邱先进（1984-），男，汉族，湖北武汉市人，博士研究生学历，农学院教授，主要研究方向：水稻分子遗传与育种。