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李爱贤等
, 2011,
分子生物学
技术在甘薯
(
Ipomoea batatas
(L.) Lam.)
遗传育种中的应用
,
分子植物育种
(online) Vol.9 No.106 pp.1766-1775 (doi: 10.5376/mpb. cn.2011.09.0106)
1767
薯新品种，严重影响了品种改良工作的进程。首先，
甘薯属于同源六倍体作物
(2n=6x=90)
，遗传背景复
杂，具生活力的种子数量少，遗传分析和改良非常
困难；其次，甘薯组种内、种间存在广泛的杂交不
亲和性，严重限制了育种中的资源利用和亲本自由
选配；另外，基因资源匮乏也是制约甘薯育种工作
进展的重要原因，尤其是抗病、虫害等方面缺乏有
效的抗源，我国目前育成的品种中，
90%
以上具有
美国品种南瑞苕和日本品种胜利百号的血缘；此
外，育种实践表明，甘薯产量和抗病性与淀粉含量、
可溶性糖含量等一些重要的品质性状间存在着明显
的负相关，传统的育种方法难以突破其种质范围。
分子生物学技术能够对生物的遗传基因进行改
造或重组，去掉基因型中与有益基因紧密连锁的不
利基因
(
遗传累赘
)
，并使其在细胞内表达，创造出
优异的新材料，然后通过杂交育种，聚合人们所需
要的各种有利基因，有可能在较短时期内育成有突
破性的新品种。因此，解决上述问题的唯一途径是
引进和创新各类优异的种质资源，采用分子生物学
技术等多种育种手段，打破甘薯常规育种中存在的
物种隔离和基因连锁等障碍，结合常规育种手段，
提高育种效率。分子生物学技术在甘薯上的应用研
究虽然起步较晚，但目前已取得了可喜的成绩。
1
分子标记技术在甘薯遗传育种研究中的
应用
DNA
分子标记是指能反映生物个体或种群间
基因组中某种差异特征的
DNA
片段，这种片段的
特性可通过将基因组
DNA
经限制性内切酶酶切、
PCR
扩增、分子杂交等技术在电泳凝胶上检测出
来。
DNA
分子标记是遗传变异在
DNA
水平上的直
接反映，与传统的形态标记相比，分子标记不受生
物细胞类型及发育时期的影响，而且数量丰富，稳
定性好，操作简便。分子标记技术的应用，使甘薯
等的遗传育种研究工作进入一个新的阶段，现已日
益广泛地用于甘薯的起源与进化、遗传多样性分
析、分子连锁图谱的构建和基因定位、分子标记辅
助选择育种以及品种鉴定等方面的研究。
1.1
分子标记技术在甘薯的起源、进化与分类中的
应用
关于甘薯的起源，研究者们从不同角度出发得
出不同结论，为此曾有过激烈的争论。考古学及植
物学等的研究表明，甘薯起源于美洲
(Gomara
和
Rumphias
手记
)
。
RAPD
和
AFLP
分析表明，南美
洲具有丰富的三浅裂野牵牛
(I.
trifida
)
资源，其甘薯
的遗传多样性高于巴布亚新几内亚，这一研究结果
从分子水平证实了美洲是甘薯最初的多样性和起
源中心
(Zhang et al., 1998; 2000)
。
甘薯及其近缘野生种统称为甘薯组
(
Section
batatas
)
，约含有
400
个种，根据同甘薯杂交的亲和
性，
Teramura (1979)
将甘薯组分为
A
、
B
两个群，
栽品种甘薯
(
I
.
batatas
)
被划入
B
群。
2
个群中
B
群
可以与栽品种甘薯
(
I
.
batatas
)
杂交；
A
群与栽品种甘
薯
(
I
.
batatas
)
杂交不亲和。
Rajapakse
等
(2004)
对不
同甘薯组植物
β
-淀粉酶基因片段扩增，根据其内含
子和外显子核苷酸序列变异程度，得出了与上述分
类方法基本一致的结果，从分子水平上验证了上述
分类方法的准确性。
Nashiyama
等
(1975)
通过
DNA
序列分析，证明甘薯组
B
群的进化速度快于
A
群。
Huang
和
Sun (2000)
利用
ISSR
技术对甘薯野生
资源进行亲缘关系验证，根据聚类图的分析，证明
三浅裂野牵牛
(
I
.
trifida
)
与栽品种甘薯
(
I
.
batatas
)
有
很近的亲缘关系；对
2
个物种的
β
-淀粉酶基因片段
进行测序，发现其外显子核苷酸序列相似性高达
98.8%
；另外通过种间杂交实验，结合染色体组分
析的结果，推测二倍体的三浅裂野牵牛
(
I
.
trifida
)
可
能是三浅裂野牵牛
(
I
.
trifida
)
的祖先之一。
Hu
等
(2004)
利用
SSR
标记对甘薯及其近缘野生种进行亲
缘关系分析，也表明甘薯与三浅裂野牵牛
(
I
.
trifida
)
有很紧密的亲缘性，与椴树野牵牛
(
I
.
tiliacea
)
的亲
缘性次之。
1.2
利用分子标记技术进行甘薯遗传多样性分析
随着分子生物学的发展，多种分子标记被应用
于甘薯遗传多样性的研究。利用特异序列扩增多态
性
(sequence specific amplified polymorphism, SSAP)
技术分析甘薯品种的遗传多样性，表明
SSAP
的多
态性高于
AFLP
和
RAPD (Berenyi et al., 2002)
。
在我国，
RAPD
首先被用于甘薯遗传多样性研
究
(
阎文昭等
, 1997)
，随后，相关研究迅速发展。贺
学勤等
(2005)
利用
RAPD
、
ISSR
和
AFLP
技术对
48
份中国地方甘薯品种进行分析，表明我国地方品种
的遗传变异十分丰富，支持中国是甘薯次生多样性
中心的观点；广东地区的地方品种遗传变异较高，
达极显著差异水平，从分子水平揭示广东应是中国
甘薯的最早引入地，并向周边省及内陆地区扩散，
指出在进行甘薯育种时应重点考虑广东地方品种